技术领域
[0001] 本发明涉及水表技术领域，更具体地说，涉及一种智能水表控制器。
相关背景技术
[0002] 智能水表控制器非接触式IC卡智能水表控制器内置微电脑，可以读取射频IC卡中存储的信息、对用户使用的水量进行记数、控制阀门的开、关等。智能控制器上设有液晶显示屏可以显示用户剩余水量、总购水量等信息。
[0003] 现有的智能水表控制器中的电池通常采用横放的方式，这样使得电池与微控制器之间互相干扰严重，使得电池的利用率低。
具体实施方式
[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0030] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0031] 图1为本发明的智能水表控制器框架示意图；图2是本发明的智能水表控制器一优选实施例的立体图；图3是本发明的智能水表控制器一优选实施例盖子打开状态示意图；图4是本发明的智能水表控制器一优选实施例另一状态示意图；图5是本发明的智能水表控制器一优选实施例沿A‑A、B‑B方向状态示意图；图6是本发明的智能水表控制器一优选实施例沿A‑A方向状态示意图；图7是本发明的智能水表控制器一优选实施例沿B‑B方向状态示意图；图8是本发明的智能水表控制器一优选实施例俯视图；图9是本发明的智能水表控制器一优选实施例侧视图。如图1～图9所示，在本发明第一实施例提供的智能水表控制器中，至少包括，通过电气连接的电池、微控制器、传感器、通信模块和存储模块，电池用于为智能水表控制器直流或交流转换成DC12V‑36V供电方式，微控制器用于处理传感器采集的数据，并通过通信模块将数据传输到云端和并与手机APP共享数据源，传感器把水表的数据采集过来传输到线路板CPU数据处理中心进行数据计算分析并处理，而且并进行分析水质及判断进行合闸及分闸，通信模块用于智能水表控制器与外部电子设备通过无线方式进行数据通信，存储模块用于保存用户信息和用水量数据，电池垂直设于智能水表控制器内部。
[0032] 传感器电性连接到微控制器上，通信模块和存储模块也通过接口电性连接到微控制器上。
[0033] 电池垂直设于智能水表控制器内部，可以使得电池竖着释放能力更加充足，减少信号干扰，能够更加充分利用电池，提高电池的使用率。
[0034] 智能水表控制器设有透明壳体1，透明壳体1设于智能水表控制器的外表面。通过透明壳体1，可以直观地看到水表数据。
[0035] 微控制器可以但是不限于采用Arduino或Raspberry Pi开源硬件平台。Arduino开源硬件平台包括通过电气连接的微控制器、输入板、输出板和电源。微控制器为Arduino板上的核心部件，负责处理和执行编程指令。在本实施例的一些可选的实现方式中，微控制器可以但是不限于为ATmega328P或者ESP8266等。本实施例中微控制器选为ATmega328P。输入/输出板：提供连接到外部设备的接口，例如传感器、开关、电机等。电源为整个Arduino板提供电力，通常通过USB接口或电池供电。
[0036] 传感器可以采用干簧管、霍尔传感器或无磁传感器中的任何一种。通过传感器，可以检测到水量数据。干簧管的作用有：导通电路，干簧管的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里，只要用磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通；切换电路，当它与线圈配合可制成干簧继电器，在电子设备中迅速切换电路。另外，干簧管是一种有触点的开关元件，具有结构简单、体积小、便于控制等优点。
[0037] 霍尔传感器的优点有：
[0038] 霍尔传感器可以用来测量磁场。霍尔传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，霍尔效应是磁电效应的一种，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向，将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。霍尔传感器优点在于：响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。
[0039] 传统磁感应水表需要一个磁场来驱动测量，而无磁传感器水表则绕过了这个磁场的需求，因而具有环保、安全、节能等优势，逐渐成为市场的主流。
[0040] 水表无磁传感器的工作原理是：主要利用压电效应，即在压力作用下会产生电荷，反之亦然，将水的流量转换为电信号来实现计量的。其工作原理就是将水流过程中的振动转化为压电信号，再通过信号处理模块进行滤波、分析、计算等处理，得到准确的流量读数。
[0041] 水表无磁传感器的优点有：环保、节能：由于无磁传感器水表不需要大量使用磁材料，因此使用过程中不会对环境产生任何污染，并且可以节约磁材料的使用；高效：无磁传感器水表可以精确、实时地测量水流量，避免了传统磁感应水表可能由于磁场干扰而导致的测量误差；安全：无磁传感器水表不存在由于磁场泄露造成的电磁辐射危险，对人体安全无害；维护方便：无磁传感器水表结构简单，易于维护，维修成本低廉。
[0042] 本实施例中，传感器采用水表无磁传感器。
[0043] 通信模块是指可以通过移动通信网络或者其他无线网络进行通信的模块,它可以将数据上传到云端或者将云端下发的指令执行。本实施例中，通信模块可以但是不限于采用Wi‑Fi模块、蓝牙模块、NB‑Iot无线远传模块、RF无线传输模块、4G cat1远程传输模块或者刷卡型及NFC非接触式方式中的任何一种。
[0044] Wi‑Fi模块是一种用于无线通信的设备，它的工作原理是通过无线电波传输数据。Wi‑Fi模块通常由射频芯片、基带处理器、天线和外部接口等组成。Wi‑Fi模块通过天线接收到一定频率的无线电波信号。这些信号是由无线路由器或其他无线设备发送出来的。接收到的无线电波信号经过射频芯片进行放大、滤波等处理,然后被转换成数字信号。
[0045] 蓝牙模块的工作原理是通过发射和接收无线电波来实现无线通信。它使用跳频技术,可以在2.4GHz频段实现最大的传输效率。它使用一种叫做GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)的调制方式,将数据以脉冲形式发射到空中,以此实现无线通信。蓝牙模块还可以在设备之间建立短距离通信。它可以在最大距离范围内(通常约10米)实现数据传输,并且可以在这个范围内的其他设备之间实现无线连接。
[0046] NB‑IoT无线通信模块是一种专为物联网设备而设计的通信模块，其工作原理基于蜂窝网络技术。相比于传统的GSM、3G或4G网络，NB‑IoT具有更低的功耗、更广的覆盖范围和更高的连接密度。NB‑IoT通信模块可以实现设备与云端平台之间的双向通信，为物联网应用提供了更稳定、更可靠的连接。
[0047] RF无线传输模块的工作原理基于射频(RF)技术。它通过发送信号，将数据从一处传输到另一处，无需传统的物理线缆。其工作过程包括以下几个步骤：
[0048] 调制：模块首先会将输入的数据信号进行调制。这通常涉及改变信号的频率或相位，以便在传输过程中进行识别。
[0049] 无线传输：经过调制的信号通过无线电波发送。这可以是短距离的无线电波(如蓝牙、Wi‑Fi或NFC)，也可以是更远距离的微波(如RFID或无线局域网)。
[0050] 接收器接收：在接收端，RF模块会接收到这些无线电波，并将其还原成原始数据信号。这一步涉及到将收到的无线电信号重新调整为原来的频率，并将其解码成可供接收器理解的信号。
[0051] 4G Cat1远程传输模块是一种基于4G网络的传输模块，其工作原理如下：4G Cat1远程传输模块内部集成有4G无线通信芯片，可以与4G网络进行通信，将数据传输到远程服务器。4G Cat1远程传输模块通过USB接口与设备进行连接，可以将设备中的数据上传到远程服务器。当设备需要接收远程服务器下发的指令或数据时，4G Cat1远程传输模块会将指令或数据存储在本地存储芯片中，并通过USB接口将数据传输到设备中进行处理。4G Cat1远程传输模块还支持断点续传功能，如果上传过程中出现断电等意外情况，会自动从断电处继续上传，避免数据丢失。在接收和发送数据时，4G Cat1远程传输模块会通过加密算法对数据进行加密和解密，保证数据的安全性。总的来说，4G Cat1远程传输模块通过与4G网络的连接，实现了设备与远程服务器之间的数据传输和指令下发，提高了设备的远程可控性和运维效率。
[0052] 刷卡型及NFC非接触式工作原理主要是基于无线射频技术(RFID)，通过发送无线信号来识别目标并交换数据。刷卡型通常用于读取卡片上的预先设置的信息。而NFC则是该技术的延伸，其工作范围更小，距离通常在几厘米以内。NFC可以用于交换数据等。刷卡型工作原理是通过刷卡器读取卡片上的信息，而NFC则无需物理接触，通过短距离内交换数据即可实现身份识别和数据交换。当设备进入预设定的射频识别工作区域，设备会自动完成识别和交换数据的过程。在这个过程中，数据交换是瞬间完成的，无需手动操作，因此被称为“非接触式”工作方式。
[0053] 本实施例中通信模块采用Wi‑Fi模块。
[0054] 智能水表控制器还设有旋转按钮2，旋转按钮2用于打开智能水表控制器。这样就方便从智能水表控制器中取出电池来更换。
[0055] 智能水表控制器还设有密封圈，密封圈设于智能水表控制器内部，用于智能水表控制器防水，这样使得本发明智能水表控制器具有防水、防潮的功能。
[0056] 另外，Arduino开源硬件平台还可以包括开发环境、编程接口、参考设计及开源规范等。开发环境包括集成开发环境(IDE)和编程语言，用于编写和上传到Arduino板的程序。编程接口为将IDE与Arduino板连接起来的软件和硬件接口。参考设计提供各种不同类型和尺寸的Arduino板设计，供用户参考和定制。开源规范为Arduino平台的设计和制造规范，任何人都可以根据这些规范设计和制造自己的Arduino板。这些是Arduino开源硬件平台的主要元器件，这些元器件共同构成了Arduino平台的硬件基础，使得开发者可以方便地构建各种不同类型的物联网应用。
[0057] Raspberry Pi开源硬件平台可以包括通过电气连接的CPU、存储器、电源、RS485接口、HDMI接口、GPIO接口等。
[0058] Raspberry Pi为开源的单片机开发板，可用于构建各种不同的硬件项目。其硬件平台包括以下主要元器件：
[0059] CPU，Raspberry Pi使用Broadcom BCM2835处理器，它包含一个ARM1176JZFS核心，运行速度为100MHz；
[0060] 存储器，可以是具有1GB的RAM，可满足大多数应用的需求；
[0061] eMMC闪存，可以是板载4GB的eMMC闪存，同时支持MicroSD卡用于存储和操作系统；
[0062] RS485接口；
[0063] USB和网络接口，可以具有两个或者USB 2.0端口和一个以太网接口，可以连接键盘、鼠标、Wi‑Fi适配器和其他USB设备等；
[0064] HDMI接口：可以设置具有一个HDMI输出端口，可以连接到电视机或显示器；
[0065] GPIO接口，用户可以通过它连接各种电子组件，如LED、按钮、传感器等；
[0066] 电源，可以由5V电源适配器来供电。
[0067] 可以采用现有技术中通过C/C++语言编写的传感器采集水量的程序。数据采集程序使用传感器驱动程序来读取传感器数据。水量数据采集后，在对水量数据进行处理。可以使用用户信息和用水量数据进行费用计算，并将结果传输到手机APP；远程控制程序可以根据手机APP的指令进行编程，以实现开关等操作。同时，为了实现智能化控制，可以对用户用水习惯进行分析和预测。可以采用现有技术中的机器学习算法和大数据分析技术，对用户用水数据进行学习和预测。例如，通过分析用户的用水数据，可以预测出用户的用水量高峰期和低谷期，从而在低谷期自动调整水表的开关状态，以节约水资源。
[0068] 通过对水表的智能化控制，能够提高用水效率；其次，可以通过手机APP进行远程控制，方便用户管理；最后，可以结合用户信息和用水量数据进行费用计算和预测，提高收费透明度和准确性。未来，随着智能家居市场的不断扩大和技术的不断发展，水表智能控制器将有更广阔的应用前景。
[0069] 本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过设置通过电气连接的电池、微控制器、传感器、通信模块和存储模块，电池用于为智能水表控制器供电，微控制器用于处理传感器采集的数据，并通过通信模块将数据传输到云端或手机APP，传感器用于读取水表数据，通信模块用于智能水表控制器与外部电子设备通过无线方式进行数据通信，存储模块用于保存用户信息和用水量数据处理，电池垂直设于智能水表控制器内部；电池与微控制之间因为竖向分离，平行分开使得彼此之间互不干扰，提高电池的充分释放能力，由原来大多数的卧式放置的释放率的75％提高到91％，充分利用电池；结构精灵便携，并且更换电池简单方便,不用专用工具；还可以将水表智能控制器与智能家居系统集成在一起，实现更加智能化和自动化的用水管理；还可以将水表智能控制器与能源管理系统集成在一起，实现更多物联网综合的能源、能耗管理及分析；同时，随着物联网技术的不断发展，水表智能控制器还可以应用于更多的领域，例如智慧城市、工业用水管理等；具有广阔的市场前景和发展潜力。
[0070] 本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
