一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶的製作方法
2023-06-05 14:20:01 2
一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，採用改裝的傳統機械式水錶為基表，無線數據傳輸模塊作為數據處理和傳輸單元，具有人工直讀和電子直讀雙重功能，紅外接收編碼管組採集計數字輪上的數字編碼，經過無線數據傳輸模塊處理之後上傳至上位管理機系統，無線數據傳輸模塊由3.6V鋰電池組供電，鋰電池之間互為冷備份，無線數據傳輸模塊採用ZigBee無線通信協議，成本低，延時短、安全可靠。
【專利說明】—種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水錶計量測控【技術領域】，特別涉及一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶。
【背景技術】
[0002]隨著住宅單元化和高層化，供水企業的抄表工作面臨巨大的挑戰，一方面入戶難，另一方面抄表工作量急劇上升。實現水錶數位化和抄表自動化，已成為供水企業亟待解決的難題。目前，水錶數位化的主流技術是脈衝計數法，所以傳感器主要有幹簧管、霍爾、韋根、光電器件等。但脈衝記數技術存在一系列的技術缺陷:計數過程依賴穩定可靠的不間斷供電，這在工程實踐中難以保證；脈衝計數水錶的初始化和維護工作量大；現有的供水管網無法避免「水錘」現象(水錶自傳)的產生，脈衝計數法的累計誤差無法消除；隨著一戶一表的推廣，大量「水錘」現象的出線使得誤差問題日益顯現。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於提供一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶以克服現有技術的脈衝計數水錶功耗大，計量誤差大的技術缺陷。
[0004]為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[0005]一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，其特徵在於，包括基表和無線傳輸模塊，所述基表具有一計數字輪，所述計數字輪的外圈均勻設有O到9數字刻度，所述計數字輪的內圈設有一半圓形的透空孔，所述計數字輪上方正對於透空孔設置有紅外發射管，所述計數字輪下方設置有紅外接收編碼管組，紅外接收編碼管組由5個紅外接收管組成，所述5個紅外接收管相隔36度均勻排列正對於透空孔，所述無線傳輸模塊作為信號處理和發送單元與紅外接收編碼組連接。
[0006]進一步的，所述基表還包括指針和齒輪軸，所述指針位置固定，所述齒輪軸帶動計數字輪轉動。
[0007]進一步的，所述無線傳輸模塊包括轉換開關組、微控制器、ZigBee射頻晶片、射頻天線，所述轉換開關組包括5個轉換開關，分別與紅外接收編碼管組的5個紅外接收管連接，所述轉換開關與微控制器連接發送開關信號並激活處於休眠狀態的微控制器，所述微控制器處理開關信號並與ZigBee射頻晶片連接，ZigBee射頻晶片通過射頻天線發送處理完成的數據。
[0008]進一步的，所述無線傳輸模塊由一組電池組供電，所述電池組具有數塊鋰電池，其中一塊鋰電池作為工作電源,其餘的鋰電池作為冗餘電源,所述電池組連接有電壓檢測切換電路，所述電壓檢測切換電路偵測鋰電池的電壓，當一塊鋰電池電壓低於警示值時，電壓檢測切換電路切換到另一塊鋰電池作為工作電源。
[0009]進一步的，所述微控制器還連接有液晶顯示屏，液晶顯示屏顯示用水量和電池狀態。
[0010]有益效果
[0011]1.採用紅外線與數字編碼結合方式計算用戶用水量信息，有效避免了「水錘」效應造成的脈衝計數法的累計誤差；
[0012]2.具有人工直讀和電子直讀雙重功能，方便人工和抄表管理系統的讀取；
[0013]3.無線傳輸模塊平時處於休眠狀態，當水錶開始計數時自動啟動，大大降低了系統功耗，增加了鋰電池的使用壽命；
[0014]4.多塊鋰電池互為備份，電壓檢測切換電路實時檢測電壓並切換，保證了水錶的持續工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶的側視圖。
[0016]圖2為本實用新型的基表的結構示意圖；
[0017]圖3為具有半圓透空孔的計數字輪的平面圖；
[0018]圖4為紅外接收編碼管組的排列示意圖；
[0019]圖5為實用新型的無線傳輸模塊的電路方框圖。
[0020]附圖標記
[0021]基表1、無線傳輸模塊2、液晶顯示屏3、射頻天線4、計數字輪5、半圓形透空孔6、紅外發射管7、紅外接收編碼管組8、轉動齒輪9、齒輪軸10、指針11、轉換開關組12、微控制器13、射頻晶片14、電池組15、電壓檢測切換電路16。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0023]如圖1所示，一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，包括基表，作為數據處理和傳輸單元的無線傳輸模塊2，所述基表底部設置有進水口和入水口，基表頂部安裝有液晶顯示屏3，無線傳輸模塊2連接有射頻天線4。
[0024]如圖2和圖3所示，基表包括計數字輪5、指針11、齒輪軸10、轉動齒輪9、紅外發射管7、紅外接收編碼管組8。所述指針11位置固定，計數字輪5由齒輪軸10帶動轉動，齒輪軸10由基表內的轉動齒輪9驅動。計數字輪5的上表面外圈均勻設有O到9數字刻度，計數字輪5的上表面內圈設有一半圓形的透空孔6，紅外發射管7安裝於計數字輪5的上方垂直正對半圓形透空孔6。紅外接收編碼管組8包括五個紅外接收編碼管，五個紅外接收編碼管安裝於計數字輪5的下方並垂直正對半圓形透空孔6。紅外發射管7、紅外接收編碼管組8與半圓形透空孔6處在以齒輪軸10為圓心的同一圓弧上。半圓形透空孔6隨著字輪旋轉，紅外發射編碼管在抄表時發射紅外光，相應的紅外接收編碼管組8或接收或隔斷紅外發射管7發射的紅外光，通過紅外接收編碼管組8的通斷狀態，得到計數字輪5相應的轉角位置和字碼。
[0025]如圖4所示，紅外接收編碼管組8包括5個紅外接收編碼管，5個紅外接收編碼管間距36度均勻分布在半圓形透空孔6上。假設圖2為計數字輪5的初始狀態，圖3的紅外接收編碼管組8正對單環半圓的透空孔6，字輪及半圓形透空孔6順時針360度旋轉一周，紅外編碼接收管組輸出的字輪數字編碼如下表所示(接收到紅外線的接收管用I表示，反之為0，接收管編號參見圖3)。
[0026]
角度廣 __數碼管序號__讀數
__I__2__3__4__5__
0 11111036OIIII9
_72__O__0__I__I__I__8_
108__O__O__O__I__I__7_
144__OO__O__OI__6
180__O__0__O__O__0__5_
216__I__O__O__O__O__4_
252__I__I__O__O__O__3_
288__I__I__I__O__O__2_
324__I__I__I__I__O__I_
360I_[I_Ij_[I_[I_|_0_
[0027]如圖5所示，所述無線傳輸模塊2包括轉換開關組12、微控制器13、ZigBee射頻晶片14、射頻天線4、電池組15和電壓檢測切換電路16。轉換開關組12共有5個轉換開關分別連接5個紅外接收編碼管，根據紅外接收編碼管的開關狀態，發送O和I的脈衝信號。微控制器13接收脈衝信號之後，根據字輪數字編碼計算出計數字輪5轉動的角度，並轉換成相應的數字。射頻晶片14將微控制器13計算出的電子讀數發送到上位機管理程序。
[0028]作為一個優選的實施例，微控制器13採用德州儀器的MSP430F563X晶片，射頻晶片14採用CC2420的ZigBee射頻晶片14，無線通信遵循無線通信網絡協議ZigBee (IEEE80215.4)，通信頻率為2.4GHZ。微控制器13和射頻晶片14抄表式上電，讀取並發送計數字輪5的電子讀數，其餘時段處於休眠狀態。
[0029]作為一個優選的實施例，微控制器13還連接有液晶，顯示屏為定製生產的字符式液晶顯示屏3，視屏尺寸為65mmX 40mm，顯示漢字數字協調美觀。液晶顯示屏3作為水錶的輸出接口，累積用水量、電池狀態、本月積累用水量、電池電量等信息。
[0030]作為一個優選的實施例,無線傳輸模塊2由兩塊3.6V鋰電池的電池組15供電,鋰電池之間互為冷備份，電壓檢測切換電路16實時檢測電池電壓和電池切換，並將電池工況上傳至上位管理機系統。電池正常工作壽命為3年。當電路出現欠電壓工況是，電池將自動切換，防止因為電池欠壓而切斷進水，影響用戶的正常生活。
[0031]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶,其特徵在於,包括基表和無線傳輸模塊，所述基表具有一計數字輪，所述計數字輪的外圈均勻設有O到9數字刻度，所述計數字輪的內圈設有一半圓形的透空孔，所述計數字輪上方正對於透空孔設置有紅外發射管，所述計數字輪下方設置有紅外接收編碼管組，紅外接收編碼管組由5個紅外接收管組成，所述5個紅外接收管相隔36度均勻排列正對於透空孔，所述無線傳輸模塊作為信號處理和發送單元與紅外接收編碼組連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，其特徵在於，所述基表還包括指針和齒輪軸，所述指針位置固定，所述齒輪軸帶動計數字輪轉動。
3.根據權利要求2所述的一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，其特徵在於，所述無線傳輸模塊包括轉換開關組、微控制器、ZigBee射頻晶片、射頻天線，所述轉換開關組包括5個轉換開關，分別與紅外接收編碼管組的5個紅外接收管連接，所述轉換開關與微控制器連接發送開關信號並激活處於休眠狀態的微控制器，所述微控制器處理開關信號並與ZigBee射頻晶片連接，ZigBee射頻晶片通過射頻天線發送處理完成的數據。
4.根據權利要求3所述的一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，其特徵在於，所述無線傳輸模塊由一組電池組供電，所述電池組具有數塊鋰電池，其中一塊鋰電池作為工作電源，其餘的鋰電池作為冗餘電源，所述電池組連接有電壓檢測切換電路，所述電壓檢測切換電路偵測鋰電池的電壓，當一塊鋰電池電壓低於警示值時，電壓檢測切換電路切換到另一塊鋰電池作為工作電源。
5.根據權利要求4所述的一種基於ZigBee的單環編碼直讀式水錶，其特徵在於，所述微控制器還連接有液晶顯示屏作為微控制器的輸出裝置。
【文檔編號】G01F15/07GK203929155SQ201420306833
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】胡嘯鷹 申請人:上海至信實業股份有限公司