智能水表设计的研究

1、智能水表设计的研究摘要：文章研究市场的现行智能水表类型及种类，查找一些组成单元应用中的不足，进一步研究探讨新型智能水表的设计思路。关键词：智能水表;研究;应用1研究智能水表的必要性近年来，面向用户的智能产品越来越多，许多传统型的纯硬件式产品都面临革新的命运，几乎融入物物相通的通信技术口面向用户操作的计算机技术，不但改变了原有的控制模式，甚至改变了原来的管理模式。具中，水表便是一例，对中国用户来说，虽然水表在城镇用户中大量使用的历史不长，但水表的制作在悄悄地演变。由于各种历史原因，再加上当时的应用技术所限和成本的考虑，长期以来许多用户都采用纯机械式水表计量水费，管理方面采用人工抄表（增加运营成本

2、）存在误抄（无意之间增加公司与用户之间的矛盾缴纳水费费时费事（整个过程人工完成情况下故障异常不及时报警等一系列问题，不但浪费人工成本，而且可能增加社会不稳定因素、不必要矛盾，因此应用新技术解决此类问题势在必行。随着现在通信技术、计算机科学技术等其他技术的快速发展,提供了强有力的技术支持,政府倡导的智慧小区不断深入建设，行业、公司或个人对各类智能水表的研究开发不断深入，如今新型智能水表越来越普及。实行新的缴费方式，为各用户的水费收费提供更加方便、快捷的服务，既节省人力、物力的开支成本，又解决了水务公司拖欠水费久的"钉子户”问题,所以，低成本而又运行可靠的智能型水表开发前景十分可观。而如

3、何对水表在性价比上实行优化设计，将是问题的关键所在。2测量水量的传感器应用目前占据水表市场的水表类型主要有3类产品：纯机械式水表、半机械半电子式水表、纯电子式水表。随着计算机技术及通信技术、电气技术等的快速发展，传统型的纯机械式水表将被市场淘汰，许多水表的制作越来越向智能型发展。测量水量的器件是传感器。传感器一般安装在水管中，根据流过水管的水体积量装换成电信号，并进行放大，送到转换电路板，供控制中心、处理。传统机械式水表是利用水表内叶轮的旋转速度来测定流过水的体积，虽然在成本方面比较低廉，但其存在国员大、精度差等弊端。半机械半电子式水表，即使用电感电容器、霍尔传感器等器件来检测叶轮的转动次数，

4、并通过相应的电路转换成数据输送给微处理器进行处理。但这些仪表部件会出现磨损和不准确的情况,且无法检测到低流量或小泄漏，同时，污垢积累及部件老化将影响测量的精度，势必造成要进行定期校准等一系列问题。其中霍尔传感器的使用较具有代表性。霍尔转速表在被测转速的转轴上安装一个齿盘，在旋转圆盘边上粘一块磁钢,把霍尔传感器安装在靠近圆盘的附近，当齿对准霍尔元件时,磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平。反之，当齿轮的空挡对准霍尔奇牛时，输出为低电平。这样圆盘旋转一周，齿盘的转动使磁路的磁阻随气误差，导致用户与隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形

5、后可以确定被测物的转速。虽然霍尔传感器有种种优点，但电源长时间断电会产生管理公司产生不必要的矛盾。得益于相应的技术进步和物联网技术的快速发展，水表逐步向纯电子式方向发展，包括超声波测量等。超声波智能水表，与其他类型的智能水表相比,超声波水表的优点有：（1）防堵性更强，超声波水表采用的是直通管段，不会彝生内部堵塞情况。（2）耐损性更强，超声波水表测量部分内部没有任何I的活动部件。因此，以超声波传感器为计量的纯电子式水表得以应用。超声波智能水表，不会发生如水污染、污垢以及老化等影响测量精度的问题，无须重新校准，且具有使用寿命长等优点，满足了水务公司的要求。诚然对于前期投入，超声波智能水表的成本比早

6、期的机械式成本可能较高。但从后期维护成本对比、采用新技术的产品还是匕限划算的。测量精准，数据稳定，后期维护量小，寿命长，成本低、抗干扰性强等是测量器件的关键。3通信模块在水表中的应用随看城镇建设不断扩张、住户人数的日益庞大，城市住户的水表抄表难问题也越来越突出，比如建筑楼层高、入户抄表难、安装难等，因此抄表能否通过无线通信技术来解决，是水务业界面临的新问题。所谓的远程抄表系统就是通过通信方式，将采集的数据传输到采样器终端中，采集器可以保存相关水量信息，控制器与采样终端之间通过自组网等通信模块接收数据，最后传输到管理空制中心，管理者通过电脑进行数据处理，然后发送到用户，这就是远程抄表系统的基本工

7、作原理。针对通信问题，一般采用的办法有两种：一种是利用通信公司的基站进行搭建使用，需要得到相应部门的许可和配合;另一种是自行组建一个内部小型的网站，以少一些制约因素。在现有水表硬件设施上增加通信收发单元，是实现自动读取用水量信息或实时监测水网运行状况智能化的主要应用之一，是对水表智能控制优化的主要途径。在通信方面，目前主要采用下列技术或芯片技术。(1)ZigBee技术。近年来兴起的一种传输距离短、低功耗、低成本、可以灵活组网的无线通信技术，适用于数据传输量小的场合，操作大众化，ZigBee技术在某种程度上填补了制作成本低、运行功耗低的无线通信市场空缺。(2)窄带物联网(NarrowBandIn

8、ternetofThings,NB-IOT)技术。物联网领域一个新兴技术，具有支持海量连接、深度覆盖、低功耗、低成本等优点，支持设备在广域网的蜂窝数据连接，是实现万物互联的突破性技术。主要适用于密集型的客户场合。(3)ATC60A模块通信技术。具有自组网无线通信功能，无线远传集抄系统结构简单，应用灵活，无须布线，安装维护便捷、自维护、全自动运行，无须人工干预等特点。(4)蓝牙通信技术。利用蓝牙短距离通信传输的蓝牙智能水表，非常便捷，它能在不打扰住户生活的情况下，及时统计住户的用水情况。不用组网，省去了集中器安装、调试的麻烦,只需要用户手机自带的蓝牙通信功能进行传输、在手机APP里就能实现用水数

9、据的抄表、缴费与存储等工作。(5)通用分组无线服务(GeneralPacketRadioService,GPRS)网络监控系统技术。具有数据传输快等特点。(6)远距离无线电(LongRangeRadio,LoRa)通信技术。具有适合传输距离远、运行可靠性高和实时性强等的特点。总之，不管采用何种通信模式，均有各自的优点和不足，但力求通信单元自身功耗要低，速率尽可能地快、传输数据准确、体积小型化、便于安装、寿命要长、故障率要低、可组网、用户量要大、成本要低、支持一般通用技术操作、使用方便等均是业界的理想目标。当然,"鱼与熊掌不可得兼"，在相关指标冲突时可适当取舍。4结语无论是无线组网通信抄表系统还是传统机械水表智能化改造系统，都趋向操作简单化、成本低廉化、智能化的发展方向。在智能水表设计中，对测量器件、采集器、转换器和控制器、网络等都提出了严格的要求，以确保抄水管理体系的正常运行。无线传输智能型水表均受到电池问题的困扰，导致其可靠性幽氐。因此,随着中国企业,如华为公司,在电池领域研究成果的应用有望解决这方面存在的难题，相信在不久的将来，智能型水表目前存在的一些不足问题必才条导以解决，抄表控制系统将更加完善。参考文献陈正峰