專利名稱：自供電自動抄表可遠程斷水智能化自來水表的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種的遠程控制和無人自動抄表自來水終端系統，尤其是那種不需要外部提 供電源其內部自動產生電能可長期工作的自來水智能化終端系統。
背景技術：
眾所周知，水表傳統抄表方式是抄表人員定期挨家挨戶抄取數據，結算出費用后再到各 家去索取，誤差大，統計工作量大，人為的錯誤多，給物業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，它主要由電子流量計和GSM/GPRS模塊組成，能通 過GSM/GPRS網絡將數據傳給中央控制器完成自動抄表過程，但這種自動抄表系統需要外 部提供電源， 一旦遇到停電和用戶故意斷電情況就會出現計量不準的問題。
發明內容
為克服現有自來水自動抄表系統的不足，本發明提供一種自來水自動抄表終端系統，該 系統不僅能自動抄表，而且還能遠程控制斷水，語音提示，尤其是它自動發電，不需要外部 提供電源，可保證系統長久穩定的工作。
本發明解決技術問題的所采取的技術方案是本發明由霍爾開關、GSM/GPRS模塊、 單片機、微型發電機、電磁閥及其驅動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、麥克風、 顯示模塊、葉輪及齒輪組構成。水流動時帶動葉輪轉動，葉輪帶動齒輪組轉動，齒輪組帶動 微型發電機的轉子轉動產生電能，經過電源電路整流穩壓， 一邊將電能提供給單片機和 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，每當它靠近 霍爾開關時就會使其導通產生一個電脈沖，霍爾開關和單片機內部計數器電連接，單片機通 過其內部的計數器計算霍爾開關導通的次數從而計算出水的流速及流量，并將一定時間的流 量計后的數據通過GSM/GPSR模塊發送中央控制器。中央控制器將用戶水表發來的數據分 類整理，并根據用戶的交費情況通過用戶水表的GSM/GPRS模塊語音電路通知用戶交費， 如果用戶欠費可通過GSM/GPRS模塊給用戶水表發送斷水指令，用戶水表的單片機通過 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。 如果單片機通過計算比較發現用戶某一段時間(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的信息找到此地方，通知該用 戶，限定其在一定的時間內修好否則斷水，這樣有利于節水。
本發明的有益效果是，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， 并且可以發現漏水現象，限定其在一定時間內修好，尤其是本發明自身可以產生電能供其電 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是本發明的電路原理圖
圖1中，F是微型發電機，D2是三相整流橋堆，W是5v穩壓電源，L是電磁閥，S是 麥克風，IC1是霍爾開關，IC2是單片機P89LPC935， BT是充電電池，Jl是微型繼電器， SW是復位開關，LCD是液晶顯示模塊。
圖2是齒輪組部分的結構示意圖
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，13是微型發電機齒輪。
具體實施例方式
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
型發電機的的轉子通過齒輪(13)和齒輪(3)大齒輪連接，而微型發電機的的轉子和齒輪 (13)同軸。
當用戶打開水龍頭時，水管中的水流動帶動葉輪的葉片旋轉，由于和齒輪(6)同軸， 所以齒輪(6)也跟著旋轉，帶動齒輪5、 4、 3、 2、 1 一起加速旋轉，微型發電機轉子在齒 輪(13)的帶動下旋轉，將水的動能轉換成電能供有關電路使用。同時齒輪(1)也在快速 旋轉，它每轉一圈，霍爾開關就導通一次。
在圖1中，微型發電機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，微型發電機F提供的電壓經經整流器D2整流，W穩壓，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Dl降壓約3.6v提供給單片 機IC2電源的使用。
當用戶用水，水流動時，微型發電機發電F發電，電池BT充電，單片機IC2、霍爾開 關IC1、 GSM/GPRS模塊開始工作。 一方面，霍爾開關IC1在旋轉磁鐵(11)的作用下不斷 地導通和截止，不斷輸出脈沖信號給單片機IC2的11腳，11腳是單片機IC2內部的計數器 0的輸入端，單片機IC2通過計算其11腳脈沖個數從而計算水的流量，并和以往的流量累 加后保存在其內部的存儲器中。另一方面，單片機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IC2通過GSM/GPRS模塊將一段時間總流量報告 給中央控制器，并請求中央控制器回復該終端的控制信息，檢査該終端是否欠費，如果欠費 是不多就將一段語音信號發給GSM/GPRS模塊通過其音頻電路和麥克風S語音提示用戶趕 快繳費。
在圖1中單片機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，進行串行通信，將流量數據顯示在液晶屏上。液晶模塊的電源端接在穩壓器的輸 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(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(IC2)的I/O 口 (2腳)電連接。。 當單片機IC2的1腳(P2.0)為低電平、2腳(P2.1)為高電平時，Q2、 Q4導通,Q1、 Q3截 止，電磁閥上的電流是從a端流向b端，電磁閥關斷水流。當單片機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 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(IC2)的I/0口 (12腳)電連接，繼電器(J)常開觸點和電磁閥驅動電路的電源 端(E)電連接。電磁閥L受單片機(IC2)控制，在一般情況下繼電器(J)是不閉合的， 電磁閥驅動電路不耗電。電磁閥的閥門是雙向移動瞬間導通的，每次移動到位后，單片機通 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IC2的A/D(4腳)端構成發電電壓檢測電路。R7的一端接橋 堆D2的正極，另一端接單片機IC2的A/D端，單片機IC2將發電電壓通過其內部的A/D轉 換器變成數字信號進行分析，如果發電電壓過高，單片機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的情況下，給其通電讓它們分流一部份電流。
其實，當不用水，水不流動時，微型發電機F不發電，橋堆D2沒輸出電壓，單片機IC2 檢測到后經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IC2的I/O (P0.1)為低電平，通過GSM/GPRS模塊的電源開關端(POWER)關斷 GSM/GPRS模塊的電源。但單片機IC2的內部實是時鐘仍然在運行，每隔一定時間(譬如 15分鐘)會喚醒單片機的cpu工作一次(譬如1秒鐘)，這時單片機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行 通信，若單片機沒數據傳給中央控制器或中央控制器沒控制信號傳過來，單片機會馬上關掉 GSM/GPRS模塊的電源，再工作于完全掉電模式。若它們之間有數據通信，等執行完相應 的操作后單片機關掉GSM/GPRS模塊的電源，再工作于完全掉電模式。例如此時單片機IC2 通過GSM/GPRS模塊接收通信平臺發來的斷水指令就會讓其1/0 口 (P2.7)輸出高電平，讓 Q5導通，繼電器J得電導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，完成后單片機關掉GSM/GPRS模塊和電磁閥驅動電路電源，再工作完全掉 電模式。這樣在沒有水流動，沒有發電的情況下本系統的平均耗電電流也不過幾個微安，一 塊普通手機電池就讓會它工作非常長的時間。但如果單片機發現用戶很長時間都沒有用水
(譬如l個月)，就會自動關掉內部的實時時鐘，不再喚醒cpu工作，以免電池耗盡。這時 要讓系統重新工作，必須手動恢復，按復位開關SW給單片機(IC2)外部中斷(11) 一個 觸發信號喚醒其cpu讓其重新工作。同樣，電阻RIO、 Rll、三極管Q6構成自動復位電路， 每次有水流動時，微型發電機發電，穩壓器W輸出高電平，Q6輸出低電平脈沖給單片機外 部中斷端讓其復位喚醒其cpu讓其重新工作。
其次，當不用水，水不流動時，單片機IC2有個短暫延時才進入完全掉電工作模式，在 這段時間內單片機會檢査其內部計數器是否還在計數，如果還在計數而且發電電壓很低，說
明水閥沒關好或是漏水。如果接連多次發生這種現象，說明水管滲水。另外，如果通過計算 比較發現用戶某一段時間(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 相關的信息找到此地方，通知該用戶，限定其在一定的時間內修好否則斷水，這樣有利于節 水。
權利要求
1. 一種能自供電自動抄表的可遠程斷水智能化自來水表，由霍爾開關、GSM/GPRS模塊、單片機、微型發電機、電磁閥及其驅動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、顯示模塊、葉輪及齒輪組構成，其特征是微型發電機的轉子通過齒輪組和葉輪機械連接，而微型發電機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.根據權利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，微型發電機的的轉子通過齒輪(13)和齒輪(3)大齒輪連接， 而微型發電機的的轉子和齒輪(13)同軸。
3. 根據權利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(H)。
4. 根據權利1要求所述的自來水表，其特征是微型發電機(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 極和穩壓電源(w)的輸入端電連接，負極接地，穩壓電源(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(IC2)的電源端電連接。
5. 根據權利l要求所述的自來水表，其特征是穩壓電源(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(IC2)的外部中斷腳(10腳)，另一方面直接和霍爾開關(IC1)的電源端(vcc) 電連接。
6. 根據權利l要求所述的自來水表，其特征是單片機(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(IC2)的I/0 口(26腳)和GSM/GPRS 模塊的開關機端(POWER)電連接。
7. 根據權利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構成電磁閥(F)的橋式驅動電路，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(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(IC2)的I/0口 (2腳)電連接。
8. 根據權利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(IC2)的I/0口 (28腳)電連接，繼電器(J)常開觸點和電磁閥驅 動電路的電源端(E)電連接。
9. 根據權利l要求所述的自來水表，其特征是手動復位開關(SW)和單片機(IC2)的外部 中斷端(10)電連接。
10. 根據權利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(IC2)內部的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部自動產生電能可遠程控制斷水和無人自動抄表智能化自來水表。本發明由霍爾開關、GSM/GPRS模塊、單片機、微型發電機、電磁閥及其驅動電路、備用充電電池、電源及其檢測電路、麥克風、顯示模塊、葉輪及齒輪組構成。單片機通過霍爾開關計算水的流量，通過GSM/GPRS模塊接收控制指令和發送流量數據，通過電磁閥來控制水流。微型發電機可將水流動的動能轉化成電能提供給本系統。本系統可以分析單位時間內的流量數據發現漏水和滲水現象，可節水，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，尤其是它可以自己產生電能供內部電路使用，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 優先權日2007年11月21日
發明者徐世剛 申請人:徐世剛