本發(fā)明屬于用水控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于NB-IoT技術(shù)的用水控制系統(tǒng)，其特別適用于家庭使用。

背景技術(shù)：

眾所周知，飲用水以及家庭其它用水，作為每個人生活必不可少的一部分，越來越多地受到人們的重視。當(dāng)今社會，在各類改善人們生活、提高生活品質(zhì)的科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的前提下，人們越來越多地關(guān)注健康以及便捷的生活方式。

而在現(xiàn)有的家庭用水當(dāng)中，存在的問題比較多，主要包括以下幾點(diǎn)：

1)、家庭飲用水多為過濾水或外購?fù)把b水，并無專業(yè)的檢驗(yàn)機(jī)器，用水質(zhì)量安全存在比較大的風(fēng)險(xiǎn)，對身體健康的威脅較大。

2)、生活用水的控制大多依靠人工手動控制(洗漱用水等，直接通過開關(guān)水龍頭進(jìn)行控制)，費(fèi)時費(fèi)力，不夠智能、簡便。

3)、無法智能統(tǒng)計(jì)用水量與用水時間等數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)水資源浪費(fèi)的情況。

上述只是目前家庭用水存在的部分問題，亟需通過現(xiàn)代化技術(shù)來解決上述問題。目前，在中國專利公開的文獻(xiàn)中也有涉及此類技術(shù)。

例如，中國專利申請?zhí)?01510919830.9公開了一種飲用水供應(yīng)裝置及其控制方法。飲用水供應(yīng)裝置包括：潔凈水管，潔凈水在其中流動；流量傳感器，用于感測潔凈水的流量；水供應(yīng)管，用于排放潔凈水；礦物質(zhì)供應(yīng)管，用于將礦物質(zhì)供應(yīng)到水供應(yīng)管，其設(shè)有礦物質(zhì)供應(yīng)閥，該閥取決于是否要產(chǎn)生礦物質(zhì)水選擇打開和關(guān)閉；礦物質(zhì)盒，其連接到礦物質(zhì)供應(yīng)管；礦物質(zhì)水產(chǎn)生單元，其連接到水供應(yīng)管和礦物質(zhì)供應(yīng)管；泵，用于對礦物質(zhì)盒或礦物質(zhì)供應(yīng)管加壓使得礦物質(zhì)供應(yīng)到礦物質(zhì)水產(chǎn)生單元，泵被構(gòu)造成基于泵的輸出電壓改變泵的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)數(shù)；排放管，其連接到礦物質(zhì)水產(chǎn)生單元，用于排放潔凈水或礦物質(zhì)水；和控制器，用于基于由流量傳感器感測到的流量改變泵的輸出電壓以調(diào)節(jié)供應(yīng)到水供應(yīng)管的礦物質(zhì)量。如，中國專利申請?zhí)?01520033568.3公開了一種飲用水安全控制系統(tǒng)，該飲用水安全控制系統(tǒng)通過沉淀大顆粒雜質(zhì)，過濾銅、鉛、鎘等重金屬，調(diào)節(jié)水的PH值，對過濾水進(jìn)行多次反滲透過濾，對過濾水進(jìn)行殺菌消毒等一系列操作，再由中央處理器13對整個過濾過程進(jìn)行安全控制管理，提高其工作效率和可靠性，最后對原水完成高精度的提純。又如，中國專利申請?zhí)?01520107540.X提出了一種飲用水溫度控制裝置，其加熱單元和溫度檢測單元均置于加熱水箱內(nèi)部；溫度檢測單元與溫度控制單元連接，溫度檢測單元在檢測到加熱水箱內(nèi)的水溫滿足預(yù)設(shè)條件時，向溫度控制單元發(fā)送電信號；溫度控制單元與加熱單元電連接，根據(jù)接收到的所述溫度檢測單元發(fā)送的電信號控制所述加熱單元的通電狀態(tài)。本裝置可用于各種飲水設(shè)備，徹底解決了現(xiàn)有飲水設(shè)備加熱不充分的問題。再如，中國專利申請?zhí)枺?01310416446.8公開了一種制造與供給熱水控制方法，應(yīng)用于開放式儲熱水槽，利用控制裝置，并設(shè)置液位感測裝置、離開制熱裝置溫度傳感器、供給熱水溫度傳感器等，偵測和控制開放式儲熱水槽內(nèi)熱水量、制熱水溫度和供給熱水溫度，及其設(shè)定的水位差和溫度差值，并配合熱泵或熱回收等制熱系統(tǒng)、補(bǔ)給水、制熱循環(huán)水泵及供給熱水泵等控制裝置，依不同供給熱水量及節(jié)能需求控制，使熱水供給裝置具有快速制熱供給熱水功能、滿足熱水需量排程供給熱水功能和離峰用電時段全量制熱水功能等三種供給熱水方法，使熱水供給裝置具有提高擴(kuò)充儲熱水槽供給熱水的釋熱效率和熱泵系統(tǒng)制熱循環(huán)的制熱運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

上述各專利技術(shù)方案，雖各有其優(yōu)點(diǎn)，但各專利技術(shù)方案均只是解決用水的某一方面問題，其功能較為單一，而在人們的日常用水中，涉及水的用途非常多，現(xiàn)有技術(shù)卻無法一體式解決。隨著時代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，健康便捷的生活，優(yōu)秀智能的家居，越來越成為人們追求的目標(biāo)。此于此，本發(fā)明提出了一種基于NB-IoT技術(shù)的用水控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述現(xiàn)狀，本發(fā)明以應(yīng)用NB-IoT技術(shù)的通信模塊為基礎(chǔ)，構(gòu)建一整個用水控制系統(tǒng)，并且其在傳統(tǒng)的飲水機(jī)等基礎(chǔ)上，加裝上相應(yīng)的傳感器，針對飲用水等的質(zhì)量作實(shí)時地監(jiān)測與控制，以確保飲用水的質(zhì)量，使用戶能放心、安全地使用。

本發(fā)明優(yōu)選方案的目的之一在于：針對其它生活用水，本發(fā)明通過添加智能手機(jī)控制與PC端控制等方式，實(shí)現(xiàn)了智能化的安全用水方式。

本發(fā)明優(yōu)選方案的再一目的在于：將日常用水的水量、用水時間等等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行云端統(tǒng)計(jì)整理，智能分析控制用水習(xí)慣，更好地控制家庭用水，既節(jié)約了水資源，又減少了家庭開銷，方便了生活，符合現(xiàn)代化生活的需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種基于NB-IoT的用水控制系統(tǒng)，包括操作應(yīng)用層、數(shù)據(jù)收集層、分析控制層；其中，操作應(yīng)用層面向用水設(shè)備，于用水設(shè)備上安裝傳感器，傳感器收集相應(yīng)的參數(shù)，并通過NB-IoT傳遞至數(shù)據(jù)收集層；

數(shù)據(jù)收集層收集操作應(yīng)用層傳遞而來的數(shù)據(jù)，并上傳給分析控制層；

分析控制層對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并給出相應(yīng)的操作處理。

優(yōu)選的，用水設(shè)備包括飲水機(jī)、熱水器、水龍頭中的一種或多種。

優(yōu)選的，飲水機(jī)上安裝水質(zhì)傳感器，水質(zhì)傳感器用于探測包括PH值、ORP、熒光法溶解氧氧氣濃度、電導(dǎo)、鹽度、溫度。

優(yōu)選的，熱水器上安裝括溫濕度傳感器，溫濕度傳感器用于探測水溫、壓力、用量參數(shù)，并設(shè)有低水位、低水壓報(bào)警功能。

優(yōu)選的，水龍頭上安裝水量傳感器。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)收集層包括PC機(jī)、智能手機(jī)中的一種或多種。

優(yōu)選的，分析控制層通過所述的PC機(jī)和/或智能手機(jī)來實(shí)現(xiàn)，通過PC機(jī)的控制軟件或智能手機(jī)的APP對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)收集層還包括云服務(wù)器，所述的PC機(jī)或智能手機(jī)將數(shù)據(jù)同時上傳至云服務(wù)器。

優(yōu)選的，分析控制層還包括云服務(wù)器的云端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，將所述云服務(wù)器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

優(yōu)選的，云端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基于Python語言進(jìn)行編寫。

優(yōu)選的，分析控制層包括自動下單、APP查詢與控制功能操作中的一種或多種。

NB-IoT技術(shù)為服務(wù)于當(dāng)下熱門的M2M(機(jī)器終端到機(jī)器終端)協(xié)議的一種技術(shù)手段，具有窄頻、低功耗、覆蓋范圍廣、低時延、支持設(shè)備數(shù)量巨大等諸多明顯的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明正是基于目前正在國內(nèi)蓬勃發(fā)展的NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)，提出的一種用水控制系統(tǒng)，其可以適用于家庭、賓館、辦公場所等。

本發(fā)明基于NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))這一技術(shù)，以普通家庭、賓館、辦公場所等必備的飲水機(jī)、熱水器、PC(個人電腦)、智能手機(jī)為基本組件，分別搭配相應(yīng)的交互終端，實(shí)現(xiàn)日常用水的智能控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、健康、便捷的用水目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種優(yōu)選基于NB-IoT的用水控制系統(tǒng)功能框圖。

圖2是數(shù)據(jù)收集層與操作應(yīng)用層之間的流程圖。

圖3是目前的NB-IoT技術(shù)的三種部署方式。

圖4是操作應(yīng)用層、數(shù)據(jù)收集層以及分析控制層間的流程框圖。

圖5是一統(tǒng)計(jì)得到的歷年P(guān)H值的匯總例子。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

本發(fā)明實(shí)施例基于目前正在國內(nèi)蓬勃發(fā)展的NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)的家庭用水控制設(shè)計(jì)，以普通家庭必備的飲水機(jī)、熱水器、PC(個人電腦)、智能手機(jī)等為基本組件，分別搭配特定的交互終端，以實(shí)現(xiàn)家庭用水的智能化控制，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、健康、便捷的用水控制，適應(yīng)現(xiàn)代化生活的需求。

本發(fā)明中涉及的NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)，是未來極速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，其在國內(nèi)主要由華為公司進(jìn)行主導(dǎo)，其主要特點(diǎn)是：低成本、低功耗、高連接設(shè)備數(shù)。隨著智能生活的普及應(yīng)用，萬物互聯(lián)是未來一種不能避免的發(fā)展趨勢，不同種類、不同功能的機(jī)器之間的信息交互成為未來IT(信息技術(shù))企業(yè)所關(guān)注與探索的目標(biāo)。本文中提到的NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)，正是能夠較好地服務(wù)于此種需求，其能夠在使用極低的功耗(使用AA電池供電)、極低的成本(初步估計(jì)通信模塊成本會低于5美金)、極大的覆蓋范圍(比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，覆蓋面積理論增加100倍)的前提下，實(shí)現(xiàn)高壽命(5～10年)與高設(shè)備連接數(shù)(每個扇區(qū)最多都可支持十萬個設(shè)備連接)；此外，本發(fā)明技術(shù)方案涉及的芯片，制造成本低，非常適用于大規(guī)模布網(wǎng)商用。

本發(fā)明以NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)的通信模塊為基礎(chǔ)，構(gòu)建一整個家庭用水控制模型，主要實(shí)現(xiàn)的方式包括：在傳統(tǒng)的飲水機(jī)等的基礎(chǔ)上，加裝上不同的傳感器，針對飲用水的質(zhì)量做實(shí)時的監(jiān)測和控制，保證飲用水的放心和安全；另外，針對生活用水，添加智能手機(jī)控制與PC端控制等，實(shí)現(xiàn)了安全智能的用水方式；最后，將日常用水的水量，用水時間等等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行云端統(tǒng)計(jì)整理，智能分析控制用水習(xí)慣，更好地控制家庭用水，既節(jié)約了水資源，又減少了家庭開銷，方便了生活。

本發(fā)明基于NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))的用水控制系統(tǒng)主要可以分為三層結(jié)構(gòu)：操作應(yīng)用層、數(shù)據(jù)收集層、分析控制層，其各功能模塊框圖如圖1所示。

其中，操作應(yīng)用層主要為面向用戶日常接觸到的飲水機(jī)、熱水器、水龍頭等常用用水裝置或設(shè)備，還可以包括其他用水設(shè)備，其主要用過內(nèi)置各傳感器與帶有NB-IoT技術(shù)的終端設(shè)備，進(jìn)行包括溫度、用量、余量、時間等參數(shù)的探測和收集，以及進(jìn)行水源的分配與管理。

數(shù)據(jù)收集層主要依靠家庭用PC(個人電腦)、手持智能手機(jī)、云端服務(wù)器等，對上一層的進(jìn)行溫度、用量、時間、余量等各相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理，并進(jìn)行上傳。

分析控制層主要包括PC端用智能控制軟件、手機(jī)端用APP、云端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等部分，對上一層上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而給出正確的操作處理。

下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明，包括對本發(fā)明所涉的三層框架以及三層構(gòu)架之間的相互協(xié)同關(guān)系予以更為詳細(xì)的描述。

本實(shí)施例設(shè)計(jì)的基于NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)的用水控制系統(tǒng)主要可以分為三層構(gòu)架：分別是操作應(yīng)用層、數(shù)據(jù)收集層、分析控制層，此三層構(gòu)架之間的信息可以交互，彼此影響，以形成一個完整的控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)零散控制存在的問題。

本實(shí)施例基于NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)的用水控制系統(tǒng)可通過智能手機(jī)端的APP(安卓系統(tǒng)程序)或PC機(jī)上的客戶端等進(jìn)行對應(yīng)的控制，不同的層級之間側(cè)重的主要技術(shù)不同，下面對不同的層級所涉及的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行說明。

第一層：操作應(yīng)用層

該層主要由飲水機(jī)、熱水器、水龍頭以及其他用水裝置(如洗衣機(jī)用水設(shè)備、座便器用水設(shè)備)等多種用水設(shè)備組成，不同的用水設(shè)備上加裝上不同的傳感器，各傳感器用于探測不同的參數(shù)。各設(shè)備上的傳感器收集各項(xiàng)參數(shù)，收集起來的參數(shù)都傳遞到第二層即數(shù)據(jù)收集層。

其中，在該層構(gòu)架中，飲水機(jī)是日常家庭生活、工作場所中使用非常廣泛的用水設(shè)備，人們每天都需要喝水，水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響人們的身體健康狀況，因此，飲水機(jī)及其相關(guān)設(shè)備是本發(fā)明中最重要的用水設(shè)備。在本實(shí)施例中，飲水機(jī)上主要安裝的傳感器包括水質(zhì)傳感器，該水質(zhì)傳感器用于探測包括PH值、ORP(氧化還原電位)、熒光法溶解氧氧氣濃度、電導(dǎo)、鹽度、溫度等等多個參數(shù)，用戶可以通過第三層的客戶端進(jìn)行詳細(xì)參數(shù)查詢，以判斷飲用水的水質(zhì)狀況，若水質(zhì)出現(xiàn)了問題，那么用戶可以很及時了解到相關(guān)情況，以便進(jìn)行相關(guān)的操作來提高水質(zhì)的質(zhì)量，符合安全飲用水的要求。

飲水機(jī)上的傳感器通過NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))與第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)進(jìn)行通信，其將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)。

在該操作應(yīng)用層的構(gòu)架中，熱水器也是日常生活中使用廣泛的用水設(shè)備，熱水器上主要安裝的傳感器包括溫濕度傳感器，溫濕度傳感器用于探測水溫、壓力、用量等參數(shù)，并且設(shè)置有低水位、低水壓報(bào)警功能，保證實(shí)際用水安全。

在一般狀態(tài)下，飲水機(jī)直接與水源連通。由于熱水器中的水一般不符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，而為了使用的便攜性，在本實(shí)施例中，熱水器中的水通過過濾裝置后，可以直接通入飲水機(jī)中，供人們飲用。該過濾裝置需達(dá)到飲用水過濾的標(biāo)準(zhǔn)要求。

熱水器上的傳感器通過NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)與第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)進(jìn)行通信，其將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)。

在該操作應(yīng)用層的構(gòu)架中，還涉及水龍頭結(jié)構(gòu)，水龍頭的應(yīng)用比飲水機(jī)、熱水器等用水設(shè)備的就去更為廣泛，因此，對其進(jìn)行智能化控制具有非常積極的意義。在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，水龍頭上主要安裝的傳感器包括水量傳感器，此外，其與供水源端的之間還安裝有過濾裝置，供水源端進(jìn)入的水不一定能符合日常用水標(biāo)準(zhǔn)，通過相應(yīng)的過濾裝置的過濾作用后，使其達(dá)到相應(yīng)的用水標(biāo)準(zhǔn)，該用水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的用水要求而定。而其中涉及的水量傳感器主要監(jiān)測水壓和水位，對于供水的異常情況(長時間處于打開狀態(tài)、水壓急劇下降或升高等)優(yōu)先發(fā)出報(bào)警，并且做出切斷水源的處理，極大地提高了用水的安全可靠性。

在一般狀態(tài)下，熱水器直接與水源連通。在本實(shí)施例中，水龍頭與熱水器之間可以通過水管連通，以將水龍頭中的水通往熱水器中使用。

水龍頭上的傳感器可以通過NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)與第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)進(jìn)行通信，其將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)，也可以與熱水器中的傳感器一起通過NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)將收集到的數(shù)據(jù)傳遞至第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)。

本實(shí)施例的操作應(yīng)用層還涉及了其他用水設(shè)備，例如洗衣機(jī)、座便器等設(shè)備，此類用水設(shè)備也是應(yīng)用廣泛而且非常重要的用水設(shè)備，有必要對其進(jìn)行智能化控制。

其他用水設(shè)備一般狀態(tài)下，其與水源直接連通。當(dāng)然，其也可以通過水管與上述的水龍頭相通。在此類用水設(shè)備上也安裝有傳感器，主要是水量傳感器，其主要作用是監(jiān)測水壓、水位，對于水流的異常情況，如長時間處于打開狀態(tài)、水壓急劇下降或升高等，會發(fā)出警報(bào)，并且做出關(guān)閉水閥的處理，極大地提高了此類設(shè)備用水的安全性。

其他用水設(shè)備上的傳感器可以通過NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)與第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)進(jìn)行通信，其將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)；也可以與水龍頭、熱水器中的傳感器一起通過NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)將收集到的數(shù)據(jù)傳遞至第二層即數(shù)據(jù)收集層的PC機(jī)或智能手機(jī)。

第二層：數(shù)據(jù)收集層

本層主要涉及到的技術(shù)為NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)是一種3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃)標(biāo)準(zhǔn)定義的LPWA(低功耗廣域網(wǎng))解決方案，旨在克服物聯(lián)網(wǎng)主流蜂窩標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中功耗高和距離限制、采用授權(quán)頻譜的技術(shù)之一。

隨著社會的進(jìn)步，IoT(物聯(lián)網(wǎng))時代逐漸到來，“萬物互聯(lián)”的未來發(fā)展方向，對于技術(shù)的革新提出了更高的要求。IoT(物聯(lián)網(wǎng))將有數(shù)百億物體接入網(wǎng)絡(luò)，而以往通信網(wǎng)絡(luò)是為人服務(wù)，比如，近距離無線接入技術(shù)和移動蜂窩網(wǎng)技術(shù)看重高速率帶寬、允許頻繁充電，而物聯(lián)網(wǎng)中物與物的通信則不然，業(yè)務(wù)特性、連接需求、場景差異化較大，因而催生了LPWA(低功耗廣域網(wǎng))的興起，以構(gòu)建低帶寬、低功耗且強(qiáng)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)時代的到來。其中，NB-IoT技術(shù)就主要針對上述應(yīng)用場景發(fā)展起來。

NB-IoT終端的射頻帶寬設(shè)計(jì)為180kHz，上下保護(hù)帶各10khz，共計(jì)200khz，即GSM(全球移動通信系統(tǒng))的一個載波帶寬。下行子載波間隔為15khz，采用OFDMA(正交頻分多址接入)調(diào)試技術(shù)，速率最高支持250kbps；NB-IoT支持單音終端和多音終端，上行單音模式有3.75khz和15khz兩種間隔，多音模式為15khz子載波間隔，采用SC-FDMA(單載波頻分多址接入)調(diào)制技術(shù)，速率最高分別支持250kbps(對應(yīng)15khz子載波間隔)和20kbps(對應(yīng)3.75khz子載波間隔)。

如圖3所示，目前的NB-IoT技術(shù)主要有三種部署方式：

1、獨(dú)立模式：采用獨(dú)立在運(yùn)營商外的頻段，適用于對GSM頻帶的重耕。

2、保護(hù)帶模式：利用LTE系統(tǒng)邊緣無用的邊帶進(jìn)行部署。

3、帶內(nèi)模式：可利用LTE載波中間的任何資源塊進(jìn)行部署。

與傳統(tǒng)的藍(lán)牙或wifi(無線保真)技術(shù)相比，NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有以下幾個顯著的特點(diǎn)：

1、大連接數(shù)

在同一基站的情況下，NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。舉例來說，受限于帶寬，運(yùn)營商給家庭中每個路由器僅開放8-16個接入口，而一個家庭中往往有多部手機(jī)、筆記本、平板電腦，未來要想實(shí)現(xiàn)全屋智能、上百種傳感設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)就成了一個棘手的難題。而NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)則足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

2、廣覆蓋

NB-IoT比LTE(長期演進(jìn))提升20dB增益，其不僅可以滿足農(nóng)村之類地區(qū)的廣覆蓋需求，且對于廠區(qū)、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應(yīng)用也同樣適用。以井蓋監(jiān)測為例，現(xiàn)有GPRS的方式需要設(shè)置一根伸出的天線，可想而知，來往的車輛、行人等極易將其損壞，而NB-IoT只需要部署得當(dāng)，就可以較好的解決這一難題。

3、超低功耗

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，例如，安置于高山荒野等偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備。由于NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此，NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，設(shè)備續(xù)航時間可以從過去的幾個月提升到幾年，大幅提升了設(shè)備的續(xù)航時間，這對現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用具有極其重要的作用。

4、低成本

以中國移動為例，900MHZ里面有一個比較寬的頻帶，只需要清出來一部分2G的頻段，就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IoT的同時部署。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來低成本優(yōu)勢。

5、穩(wěn)定可靠

NB-IoT直接部署于GSM/LTE網(wǎng)絡(luò)，但不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)帶寬，以保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可同時穩(wěn)定、可靠的進(jìn)行。除此之外，與wifi模式相比，NB-IoT的數(shù)據(jù)安全系數(shù)更高。

數(shù)據(jù)收集層主要包括家庭用PC機(jī)、個人用智能手機(jī)客戶端以及云端服務(wù)器等，其主要功能為收集來自上一層即操作應(yīng)用層的數(shù)據(jù)，主要包括PH值、ORP(氧化還原電位)、熒光法溶解氧氧氣濃度、電導(dǎo)、鹽度、溫度、用水量、用水時間(包括用水時間點(diǎn)和用水時長)、目前水余量(針對熱水器和飲水機(jī))、水壓等等參數(shù)。

本數(shù)據(jù)收集層與操作應(yīng)用層之間的流程圖詳見圖2：

水源將水流通入飲水機(jī)、熱水器、水龍頭以及其他用水設(shè)備，當(dāng)然，在通入飲水機(jī)前，應(yīng)先通過過濾裝置。

各用水設(shè)備上安裝的傳感器(如飲水機(jī)上安裝的水質(zhì)傳感器、熱水器上安裝的溫濕度傳感器、水龍頭上安裝的水量傳感器、其他用水設(shè)備上安裝相應(yīng)的傳感器)取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行總計(jì)整理，再通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳遞到家用PC機(jī)或者用戶智能手機(jī)端，從而用戶可以在戶外或者工作單位對家用的各參數(shù)進(jìn)行便捷的查看。

隨后，各傳感器所收集的數(shù)據(jù)會進(jìn)行判斷，將各數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的參數(shù)相比，判斷其是否處于正常的范圍，如果正常，則繼續(xù)上傳到第三層即分析控制層進(jìn)行顯示并控制；如果不正常，則進(jìn)行切斷水源等操作。

在本實(shí)施例中，所有的數(shù)據(jù)都會上傳到云端服務(wù)器進(jìn)行保存，進(jìn)行個人、家庭、辦公室的用水習(xí)慣的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以便用戶能夠清楚地了解其用水習(xí)慣，更有效地控制用水，養(yǎng)成良好的用水習(xí)慣。

第三層：分析控制層

該層的硬件是第二層數(shù)據(jù)收集層中對應(yīng)的硬件，其主要是第二層硬件的功能延伸即其功能通過第二層的硬件來實(shí)現(xiàn)，主要構(gòu)成包括(第二層中的)電腦PC端的其它詳細(xì)功能，如圖1中提到的自動下單功能、智能手機(jī)端對應(yīng)的APP查詢與功能，以及云服務(wù)器端的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。

其中，在本實(shí)施例中，服務(wù)器端的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基于Python語言進(jìn)行編寫，Python語法簡潔而清晰，具有豐富和強(qiáng)大的類庫，其常被昵稱為膠水語言，其能夠把用其他語言制作的各種模塊(尤其是C/C++)很簡便地聯(lián)系于一起。一種常見的應(yīng)用情形是：使用Python快速生成程序的原型(有時甚至是程序的最終界面)，Python語言中有很多既有的數(shù)學(xué)模型，針對用戶信息可以進(jìn)行便捷的統(tǒng)計(jì)和查詢。因此，針對生活或工作中出現(xiàn)的不良的用水習(xí)慣(忘記關(guān)閉水龍頭、廁所沖水水量浪費(fèi)大、飲用水存放時間過長已不適宜飲用等現(xiàn)象)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且能夠長期大量地分析水質(zhì)水量對家庭或辦公場所開銷的影響，從而能夠綜合地評估家庭或辦公場所用水情況是否健康以及合理。如圖5所示為一例子，其是統(tǒng)計(jì)得到的歷年P(guān)H值的匯總圖樣，通過該圖可以清楚地了解水質(zhì)中歷年P(guān)H值的情況，以便更好地為后續(xù)用水提供參考。

操作應(yīng)用層、數(shù)據(jù)收集層以及分析控制層間的流程框圖如圖4所示：

操作應(yīng)用層通過相應(yīng)的傳感器收集用水量、用水時間、水余量、溫度、PH值、ORP(氧化還原電位)、熒光法溶解氧氧氣濃度、電導(dǎo)、鹽度、溫度、水壓等參數(shù)，而后將各參數(shù)匯總，并傳遞至數(shù)據(jù)收集層。

數(shù)據(jù)收集層如PC端、智能手機(jī)端對各數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析并判斷其是否處于正常的范圍之內(nèi)，若不是，則返回操作應(yīng)用層繼續(xù)收集數(shù)據(jù)；若是，則傳遞至分析控制層進(jìn)行分析及控制操作，并上傳云端服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

分析控制層可以進(jìn)行各種控制功能操作，如自動下單、APP查詢等。

本發(fā)明以NB-IoT技術(shù)的通信模塊為基礎(chǔ)，構(gòu)建一整個用水控制系統(tǒng)，并且在傳統(tǒng)的用水設(shè)備如飲水機(jī)等的基礎(chǔ)上，加裝上不同的傳感器，針對飲用水、其他用水的質(zhì)量做實(shí)時的監(jiān)測和控制，保證飲用水以及其他用水的安全使用。

本發(fā)明針對生活用水，添加智能手機(jī)控制、PC端控制等，實(shí)現(xiàn)了安全智能的用水方式，符合現(xiàn)代化生活的需求。

本發(fā)明還能將日常用水的水量、用水時間等等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行云端統(tǒng)計(jì)整理，智能分析控制用水習(xí)慣，更好地控制家庭用水，既節(jié)約了水資源，又減少了家庭開銷，方便了生活，提高了生活質(zhì)量。

本文中所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。