專利名稱：自供電自動抄表可遠(yuǎn)程斷水智能化自來水表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種的遠(yuǎn)程控制和無人自動抄表自來水終端系統(tǒng)，尤其是那種不需要外部提 供電源其內(nèi)部自動產(chǎn)生電能可長期工作的自來水智能化終端系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，水表傳統(tǒng)抄表方式是抄表人員定期挨家挨戶抄取數(shù)據(jù)，結(jié)算出費(fèi)用后再到各 家去索取，誤差大，統(tǒng)計(jì)工作量大，人為的錯誤多，給物業(yè)管理者和用戶帶來極大不便。目 前，有一種自來水自動抄表系統(tǒng)，它主要由電子流量計(jì)和GSM/GPRS模塊組成，能通 過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳給中央控制器完成自動抄表過程，但這種自動抄表系統(tǒng)需要外 部提供電源， 一旦遇到停電和用戶故意斷電情況就會出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有自來水自動抄表系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供一種自來水自動抄表終端系統(tǒng)，該 系統(tǒng)不僅能自動抄表，而且還能遠(yuǎn)程控制斷水，語音提示，尤其是它自動發(fā)電，不需要外部 提供電源，可保證系統(tǒng)長久穩(wěn)定的工作。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的所采取的技術(shù)方案是本發(fā)明由霍爾開關(guān)、GSM/GPRS模塊、 單片機(jī)、微型發(fā)電機(jī)、電磁閥及其驅(qū)動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、麥克風(fēng)、 顯示模塊、葉輪及齒輪組構(gòu)成。水流動時帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪帶動齒輪組轉(zhuǎn)動，齒輪組帶動 微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能，經(jīng)過電源電路整流穩(wěn)壓， 一邊將電能提供給單片機(jī)和 GSM/GPRS模塊， 一邊給充電電池充電。齒輪組的末端齒輪上有一塊小磁鐵，每當(dāng)它靠近 霍爾開關(guān)時就會使其導(dǎo)通產(chǎn)生一個電脈沖，霍爾開關(guān)和單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器電連接，單片機(jī)通 過其內(nèi)部的計(jì)數(shù)器計(jì)算霍爾開關(guān)導(dǎo)通的次數(shù)從而計(jì)算出水的流速及流量，并將一定時間的流 量計(jì)后的數(shù)據(jù)通過GSM/GPSR模塊發(fā)送中央控制器。中央控制器將用戶水表發(fā)來的數(shù)據(jù)分 類整理，并根據(jù)用戶的交費(fèi)情況通過用戶水表的GSM/GPRS模塊語音電路通知用戶交費(fèi)， 如果用戶欠費(fèi)可通過GSM/GPRS模塊給用戶水表發(fā)送斷水指令，用戶水表的單片機(jī)通過 GSM/GPRS模塊收到斷水指令后開啟電磁閥斷開水流，用戶就無法用水不得不主動去交費(fèi)。 如果單片機(jī)通過計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)用戶某一段時間(譬如一晚上)的每個單位時間用水量都很平
均或是每次用完水后還有極少量的水還在流動，不符合一般居民用水習(xí)慣，那么此處肯定是 漏水或是滲水，可以通過GSM/GPSR模塊的定位功能及相關(guān)的信息找到此地方，通知該用 戶，限定其在一定的時間內(nèi)修好否則斷水，這樣有利于節(jié)水。
本發(fā)明的有益效果是，可以自動抄表的同時，還可以通過語音提示督伲用戶及時交費(fèi)， 并且可以發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，限定其在一定時間內(nèi)修好，尤其是本發(fā)明自身可以產(chǎn)生電能供其電 路使用，避免使用外部電源時的停電和用戶故意斷電等麻煩。


圖1是本發(fā)明的電路原理圖
圖1中，F(xiàn)是微型發(fā)電機(jī)，D2是三相整流橋堆，W是5v穩(wěn)壓電源，L是電磁閥，S是 麥克風(fēng)，IC1是霍爾開關(guān)，IC2是單片機(jī)P89LPC935， BT是充電電池，Jl是微型繼電器， SW是復(fù)位開關(guān)，LCD是液晶顯示模塊。
圖2是齒輪組部分的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2中，1、 2、 3、 4、 5、 6是變速傳動齒輪，7、 8、 9、 IO是葉輪的葉片，11是微型磁鐵，12是霍爾開關(guān)，13是微型發(fā)電機(jī)齒輪。
具體實(shí)施例方式
在圖2中，葉輪和齒輪(6)同軸連接，齒輪(6)大齒輪和齒輪(5)的小齒輪連接，齒輪 (5)大齒輪和齒輪(4)的小齒輪連接，齒輪(4)大齒輪和齒輪(3)的小齒輪連接，齒輪 (3)大齒輪和齒輪(2)的小齒輪連接，，齒輪(2)大齒輪和齒輪(1)的小齒輪連接，微
型發(fā)電機(jī)的的轉(zhuǎn)子通過齒輪(13)和齒輪(3)大齒輪連接，而微型發(fā)電機(jī)的的轉(zhuǎn)子和齒輪 (13)同軸。
當(dāng)用戶打開水龍頭時，水管中的水流動帶動葉輪的葉片旋轉(zhuǎn)，由于和齒輪(6)同軸， 所以齒輪(6)也跟著旋轉(zhuǎn)，帶動齒輪5、 4、 3、 2、 1 一起加速旋轉(zhuǎn)，微型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在齒 輪(13)的帶動下旋轉(zhuǎn)，將水的動能轉(zhuǎn)換成電能供有關(guān)電路使用。同時齒輪(1)也在快速 旋轉(zhuǎn)，它每轉(zhuǎn)一圈，霍爾開關(guān)就導(dǎo)通一次。
在圖1中，微型發(fā)電機(jī)F定子線圈的三個繞組分別接三相整流橋堆D2三個交流輸入端 A、 B、 C，微型發(fā)電機(jī)F提供的電壓經(jīng)經(jīng)整流器D2整流，W穩(wěn)壓，03降壓后約4.3￥提供 給GSM/GPRS模塊電源的使用，并給充電電池BT充電，再經(jīng)Dl降壓約3.6v提供給單片 機(jī)IC2電源的使用。
當(dāng)用戶用水，水流動時，微型發(fā)電機(jī)發(fā)電F發(fā)電，電池BT充電，單片機(jī)IC2、霍爾開 關(guān)IC1、 GSM/GPRS模塊開始工作。 一方面，霍爾開關(guān)IC1在旋轉(zhuǎn)磁鐵(11)的作用下不斷 地導(dǎo)通和截止，不斷輸出脈沖信號給單片機(jī)IC2的11腳，11腳是單片機(jī)IC2內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 0的輸入端，單片機(jī)IC2通過計(jì)算其11腳脈沖個數(shù)從而計(jì)算水的流量，并和以往的流量累 加后保存在其內(nèi)部的存儲器中。另一方面，單片機(jī)IC2的串口 RXD、TXD分別和GSM/GPRS 模塊的串口 TXD、 RXD電連接通，單片機(jī)IC2通過GSM/GPRS模塊將一段時間總流量報(bào)告 給中央控制器，并請求中央控制器回復(fù)該終端的控制信息，檢査該終端是否欠費(fèi)，如果欠費(fèi) 是不多就將一段語音信號發(fā)給GSM/GPRS模塊通過其音頻電路和麥克風(fēng)S語音提示用戶趕 快繳費(fèi)。
在圖1中單片機(jī)IC2的三個I/0(24、22、19腳)分別與液晶模塊的片CS端、STD端、SCLK 端相連接，進(jìn)行串行通信，將流量數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。液晶模塊的電源端接在穩(wěn)壓器的輸 出端，液晶模塊的背光電源和電磁閥的電源接在一起。所以只有用水時，液晶模塊才有顯示， 才耗電。
在圖1中，三極管Q1、 Q2、 Q3、 Q4，電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6組成電磁閥L的 橋式驅(qū)動電路，電磁閥一端電連接Q1和Q2的集電極，另一端電連接Q3和Q4的集電極， 而三極管Q1和Q2的基極分別通過電阻R1、 R3和單片機(jī)(IC2)的I/O 口 (l腳)電連接， 三極管Q3和Q4的基極分別通過電阻R5、 R6和單片機(jī)(IC2)的I/O 口 (2腳)電連接。。 當(dāng)單片機(jī)IC2的1腳(P2.0)為低電平、2腳(P2.1)為高電平時，Q2、 Q4導(dǎo)通,Q1、 Q3截 止，電磁閥上的電流是從a端流向b端，電磁閥關(guān)斷水流。當(dāng)單片機(jī)IC2的1腳(P2.0)為 高電平、2腳(P2.1)為低電平時，Q2、 Q4截止,Q1、 Q3導(dǎo)通，電磁閥上的電流是從b端 流向a端，電磁閥打開水流。充電電池(BT)的正極分別和繼電器(J)的線包和中間觸點(diǎn) 電連接，而繼電器(J)線包的另一端電連接三極管(Q5)的集電極，三極管(Q5)的基極 和單片機(jī)(IC2)的I/0口 (12腳)電連接，繼電器(J)常開觸點(diǎn)和電磁閥驅(qū)動電路的電源 端(E)電連接。電磁閥L受單片機(jī)(IC2)控制，在一般情況下繼電器(J)是不閉合的， 電磁閥驅(qū)動電路不耗電。電磁閥的閥門是雙向移動瞬間導(dǎo)通的，每次移動到位后，單片機(jī)通 過其I/0(28腳)輸出低電平，讓Q5截止，繼電器J失電斷開電磁閥控制電路的電源，這樣可 以節(jié)省很多電能。但電磁閥L的閥門必須水平放置，讓其免受重力的影響。
在圖1中R7、 R8和單片機(jī)IC2的A/D(4腳)端構(gòu)成發(fā)電電壓檢測電路。R7的一端接橋 堆D2的正極，另一端接單片機(jī)IC2的A/D端，單片機(jī)IC2將發(fā)電電壓通過其內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn) 換器變成數(shù)字信號進(jìn)行分析，如果發(fā)電電壓過高，單片機(jī)IC2將接通電磁閥和液晶模塊背光
4電源，在不改變電磁閥工作狀態(tài)的情況下，給其通電讓它們分流一部份電流。
其實(shí)，當(dāng)不用水，水不流動時，微型發(fā)電機(jī)F不發(fā)電，橋堆D2沒輸出電壓，單片機(jī)IC2 檢測到后經(jīng)過短暫延時后就工作于完全掉電模式，耗電電流極小約1個微安左右。與此同時， 單片機(jī)IC2的I/O (P0.1)為低電平，通過GSM/GPRS模塊的電源開關(guān)端(POWER)關(guān)斷 GSM/GPRS模塊的電源。但單片機(jī)IC2的內(nèi)部實(shí)是時鐘仍然在運(yùn)行，每隔一定時間(譬如 15分鐘)會喚醒單片機(jī)的cpu工作一次(譬如1秒鐘)，這時單片機(jī)IC2首先會打開GSM/GPRS 模塊的電源即IC2的I/OP (26腳)輸出高電平，通過GSM/GPRS模塊和中央控制器進(jìn)行 通信，若單片機(jī)沒數(shù)據(jù)傳給中央控制器或中央控制器沒控制信號傳過來，單片機(jī)會馬上關(guān)掉 GSM/GPRS模塊的電源，再工作于完全掉電模式。若它們之間有數(shù)據(jù)通信，等執(zhí)行完相應(yīng) 的操作后單片機(jī)關(guān)掉GSM/GPRS模塊的電源，再工作于完全掉電模式。例如此時單片機(jī)IC2 通過GSM/GPRS模塊接收通信平臺發(fā)來的斷水指令就會讓其1/0 口 (P2.7)輸出高電平，讓 Q5導(dǎo)通，繼電器J得電導(dǎo)通給電磁閥提供電源，同時還讓其兩個I/0口 (l腳)為高電平、
(2腳)為低電平時，Q2、 Q4截止，Q1、 Q3導(dǎo)通，電磁閥上的電流是從b端流向a端，電 磁閥打開水流，完成后單片機(jī)關(guān)掉GSM/GPRS模塊和電磁閥驅(qū)動電路電源，再工作完全掉 電模式。這樣在沒有水流動，沒有發(fā)電的情況下本系統(tǒng)的平均耗電電流也不過幾個微安，一 塊普通手機(jī)電池就讓會它工作非常長的時間。但如果單片機(jī)發(fā)現(xiàn)用戶很長時間都沒有用水
(譬如l個月)，就會自動關(guān)掉內(nèi)部的實(shí)時時鐘，不再喚醒cpu工作，以免電池耗盡。這時 要讓系統(tǒng)重新工作，必須手動恢復(fù)，按復(fù)位開關(guān)SW給單片機(jī)(IC2)外部中斷(11) 一個 觸發(fā)信號喚醒其cpu讓其重新工作。同樣，電阻RIO、 Rll、三極管Q6構(gòu)成自動復(fù)位電路， 每次有水流動時，微型發(fā)電機(jī)發(fā)電，穩(wěn)壓器W輸出高電平，Q6輸出低電平脈沖給單片機(jī)外 部中斷端讓其復(fù)位喚醒其cpu讓其重新工作。
其次，當(dāng)不用水，水不流動時，單片機(jī)IC2有個短暫延時才進(jìn)入完全掉電工作模式，在 這段時間內(nèi)單片機(jī)會檢査其內(nèi)部計(jì)數(shù)器是否還在計(jì)數(shù)，如果還在計(jì)數(shù)而且發(fā)電電壓很低，說
明水閥沒關(guān)好或是漏水。如果接連多次發(fā)生這種現(xiàn)象，說明水管滲水。另外，如果通過計(jì)算 比較發(fā)現(xiàn)用戶某一段時間(譬如一晚上)的每個單位時間用水量都很平均，而且時間較長， 不符合一般居民用水習(xí)慣，那么此處肯定是漏水，可以通過GSM/GPSR模塊的定位功能及 相關(guān)的信息找到此地方，通知該用戶，限定其在一定的時間內(nèi)修好否則斷水，這樣有利于節(jié) 水。
權(quán)利要求
1. 一種能自供電自動抄表的可遠(yuǎn)程斷水智能化自來水表，由霍爾開關(guān)、GSM/GPRS模塊、單片機(jī)、微型發(fā)電機(jī)、電磁閥及其驅(qū)動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、顯示模塊、葉輪及齒輪組構(gòu)成，其特征是微型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過齒輪組和葉輪機(jī)械連接，而微型發(fā)電機(jī)定子線圈三個繞組分別和電源電路中三相整流器的三個交流輸入端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的自來水表，其特征是葉輪和齒輪(6)同軸連接，齒輪(6)大齒 輪和齒輪(5)的小齒輪連接，齒輪(5)大齒輪和齒輪(4)的小齒輪連接，齒輪(4)大齒 輪和齒輪(3)的小齒輪連接，齒輪(3)大齒輪和齒輪(2)的小齒輪連接，，齒輪(2)大齒 輪和齒輪(1)的小齒輪連接，微型發(fā)電機(jī)的的轉(zhuǎn)子通過齒輪(13)和齒輪(3)大齒輪連接， 而微型發(fā)電機(jī)的的轉(zhuǎn)子和齒輪(13)同軸。
3. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的自來水表，其特征是齒輪(1)上嵌有微型磁鐵(11)，齒輪(1) 旁放置霍爾開關(guān)(H)。
4. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的自來水表，其特征是微型發(fā)電機(jī)(F)的定子線圈三個繞組分別 和電源電路中三相整流器(D2)的三個交流輸入端電連接，整流橋堆(D2)的直流輸出端正 極和穩(wěn)壓電源(w)的輸入端電連接，負(fù)極接地，穩(wěn)壓電源(w)的輸出端通過降壓二極管 D3和充電電池(BT)正極、GSM/GPRS模塊的電源端(vcc)、液晶模塊的背光電源端(LEDA) 電連接，而充電電池(BT)正極通過降壓二極管(Dl)和單片機(jī)(IC2)的電源端電連接。
5. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自來水表，其特征是穩(wěn)壓電源(w)的輸出端， 一方面通過電阻 R10電連接三極管Q6的基極，通過電阻Rll 電連接三極管Q6的集電 極和單片機(jī)(IC2)的外部中斷腳(10腳)，另一方面直接和霍爾開關(guān)(IC1)的電源端(vcc) 電連接。
6. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自來水表，其特征是單片機(jī)(IC2)的串口RXD、 TXD端分別 和GSM/GPRS模塊的串口 TXD、RXD端電連接，單片機(jī)(IC2)的I/0 口(26腳)和GSM/GPRS 模塊的開關(guān)機(jī)端(POWER)電連接。
7. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自來水表，其特征是電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6, PNP型 三極管Q2、 Q3， NPN型三極管Q1、 Q4構(gòu)成電磁閥(F)的橋式驅(qū)動電路，電磁閥一端電連 接Q1和Q2的集電極，另一端電連接三極管Q3和Q4的集電極，而三極管Ql和Q2的基極 分別通過電阻R1、 R3和單片機(jī)(IC2)的I/0口 (l腳)電連接，三極管Q3和Q4的基極分 別通過電阻R5、 R6和單片機(jī)(IC2)的I/0口 (2腳)電連接。
8. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的自來水表，其特征是充電電池(BT)的正極分別繼電器(J)的 線包和中間觸點(diǎn)電連接，而繼電器(J)線包的另一端電連接三極管(Q5)的集電極，三極管(Q5)的基極和單片機(jī)(IC2)的I/0口 (28腳)電連接，繼電器(J)常開觸點(diǎn)和電磁閥驅(qū) 動電路的電源端(E)電連接。
9. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自來水表，其特征是手動復(fù)位開關(guān)(SW)和單片機(jī)(IC2)的外部 中斷端(10)電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自來水表，其特征是電阻R8的一端電連接橋堆D2的正極，另 一端電連接電阻R7的一端和單片機(jī)(IC2)內(nèi)部的A;D的輸入端(4腳)，而電阻R7的另一 端和地電連接。
全文摘要
一種不需要外部提供電源其內(nèi)部自動產(chǎn)生電能可遠(yuǎn)程控制斷水和無人自動抄表智能化自來水表。本發(fā)明由霍爾開關(guān)、GSM/GPRS模塊、單片機(jī)、微型發(fā)電機(jī)、電磁閥及其驅(qū)動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、麥克風(fēng)、顯示模塊、葉輪及齒輪組構(gòu)成。單片機(jī)通過霍爾開關(guān)計(jì)算水的流量，通過GSM/GPRS模塊接收控制指令和發(fā)送流量數(shù)據(jù)，通過電磁閥來控制水流。微型發(fā)電機(jī)可將水流動的動能轉(zhuǎn)化成電能提供給本系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以分析單位時間內(nèi)的流量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)漏水和滲水現(xiàn)象，可節(jié)水，并且可以在自動抄表的同時，還可以通過語音提示和斷水的方式督促用戶及時交費(fèi)，尤其是它可以自己產(chǎn)生電能供內(nèi)部電路使用，避免使用外部電源時的停電和用戶故意斷電等麻煩。
文檔編號G08C19/38GK101441809SQ20071018688
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者徐世剛 申請人:徐世剛