一种低频高分辨率信号采集的智能水表的制作方法

1.本发明涉及水表技术领域，具体而言，涉及一种低频高分辨率信号采集的智能水表。


背景技术：

2.对管径处于dn15至dn25之间的水管内水流量进行计量的智能水表，其中，智能水表主要包括端盖组件、壳体以及设置于壳体内的计量模组和叶轮组件，端盖组件安装于壳体上，计量模组包括电池、计量模块、主控模块和显示模块，电池用于给其他三个模块提供工作电源，叶轮组件包括叶轮本体和固定于壳体内的水流传感器，计量模块与水流传感器电连接，以接收水流传感器采集到的叶轮组件在水管内水作用力下旋转产生的脉冲并将其发送至主控模块，主控模块根据脉冲进行计算以形成水流量数据，并控制显示模块工作以显示水流量数据，从而实现对水管内水流量的计量和显示；
3.其中，计量模块在计量时，通过计量水管内1l水流时计量模块上的指针旋转一圈作为一个脉冲，对脉冲进行采集后传输至主控模块，以实现水管内水流量的计量；若水流量数据采集以1l为最小测量单位，当测量10l水时，可能会丢失1个脉冲，此时误差影响量为1/10＝10％，而国标要求等级为2级的冷水表，在小流量时误差不超过5％；但是当检测水量过多例如超过10l时，计量的准确性则更无法保障。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何有效提高智能水表的计量准确性。
5.为解决上述问题，本发明提供一种低频高分辨率信号采集的智能水表，包括壳体以及设置于所述壳体内的叶轮组件和计量模组，所述叶轮组件包括叶轮本体和磁性圆环，所述计量模组包括主控模块、基板和多个磁性传感器，所述磁性圆环设置于所述叶轮本体顶部，所述基板设置于所述磁性圆环的上方，多个所述磁性传感器呈环形间隔排列设置于所述基板，当所述叶轮本体带动所述磁性圆环旋转到与所述磁性传感器对应位置处时，所述磁性传感器生成一个状态量变化脉冲，各所述磁性传感器分别与所述主控模块连接。
6.可选地，所述叶轮组件还包括过滤网、转轴和支撑板，所述叶轮本体套设于所述转轴外且处于所述过滤网内，所述转轴的底部与所述过滤网连接，所述支撑板的中心圆孔套设于所述转轴的顶部，所述磁性圆环设置于所述中心圆孔与所述转轴的顶部之间处。
7.可选地，低频高分辨率信号采集的智能水表还包括端盖组件，所述端盖组件包括模块内盖、外盖和防护盖，所述计量模组还包括盖板和模块底座，所述模块底座通过所述盖板安装于所述支撑板上，所述主控模块通过所述基板安装于所述模块底座内，所述模块内盖盖设于所述基板上，所述外盖与所述模块底座连接以将所述模块内盖和所述基板进行封装，所述防护盖旋转设置于所述外盖的上部。
8.可选地，所述磁性传感器为霍尔传感器或磁阻传感器。
9.可选地，所述计量模组还包括功率放大电路，所述功率放大电路的输入端和输出
磁性圆环；33-过滤网；34-转轴；35-支撑板；36-叶轮壳；4-计量模组；41-基板；42-模块底座；431-主控模块；432-磁性传感器；433-功率放大电路；434-电池；435-切换开关；44-盖板；5-端盖组件；51-模块内盖；52-外盖；53-防护盖；6-充电电路；61-整流滤波电路；62-稳压电路；621-调整电路；622-取样电路；623-比较放大器；624-基准电压电路；625-保护电路；63-指示电路。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
29.为解决上述技术问题，结合图5所示，本发明实施例提供一种低频高分辨率信号采集的智能水表，包括壳体1以及设置于所述壳体1内的叶轮组件3和计量模组4，所述叶轮组件3包括叶轮本体31和磁性圆环32，所述计量模组4包括主控模块431、基板41和多个磁性传感器432，所述磁性圆环32设置于所述叶轮本体31顶部，所述基板41设置于所述磁性圆环32的上方，多个所述磁性传感器432呈环形间隔排列设置于所述基板41，当所述叶轮本体31带动所述磁性圆环32旋转到与所述磁性传感器432对应位置处时，所述磁性传感器432生成一个状态量变化脉冲，各所述磁性传感器432分别与所述主控模块431连接。
30.需要说明的是，磁性圆环32安装于叶轮本体31的顶部，从而可以在水管内水流的作用下旋转。基板41可以固定安装于壳体1内，以避免随着水管内水流进行旋转，并且基板41为多个磁性传感器432提供了安装位置，多个磁性传感器432呈环形间隔排列安装于基板41上；可以对多个磁性传感器432按照顺时针或逆时针进行顺序编号，叶轮本体31在水流作用下带动磁性圆环32旋转过程中，当磁性圆环32的磁极旋转到与某一磁性传感器432位置相对应时，该磁性传感器432导通并生成一个状态栏变化脉冲，并将其发送至主控模块431，当叶轮本体31带动磁性圆环32旋转一周时，主控模块431可以检测到一个完整的脉冲波形，主控模块431通过对脉冲波形进行计算，以获得水流量的计量。由于在基板41上设置多个磁性传感器432，当磁性圆环32的磁极旋转到与每个磁性传感器432相对应位置时，磁性传感
器432都会产生一个状态量变化脉冲并将其传输至主控模块431，从而在检测水管内水流时避免丢失或多脉冲，减少误差程度，以提高对水流水流量的检测精准度。
31.本实施例中叶轮组件3和计量模组4是通过壳体1安装于水管上，水流可以从壳体1的一端流入，以带动叶轮组件3转动，并从壳体1的另一端流出；通过将磁性圆环32设置于叶轮本体31顶部，以及多个磁性传感器432呈环形间隔排列设置在基板41上，且基板41设置于磁性圆环32的上方，其中多个磁性传感器432按照一定的规则进行顺序编号，故当水管内水流带动叶轮本体31以及磁性圆环32转动时，当磁性圆环32旋转到与磁性传感器432位置相对应时，磁性传感器432会产生一个状态量变化脉冲，主控模块431通过接收到的状态量变化脉冲，以准确判断磁性圆环32的位置，并将其进行计算，不仅获得水流量，而且还能在小流量或大流量水流检测时避免丢失或多脉冲，减少误差程度，从而大大提高智能水表的准确性，进而实现对水管内水流的低频高分辨率的信号采集。当然，磁性传感器432的数量可以随磁性圆环32的磁性大小和计量要求进行调整。
32.在本发明的一个实施例中，结合图4所示，所述叶轮组件3还包括过滤网33、转轴34和支撑板35，所述叶轮本体31套设于所述转轴34外且处于所述过滤网33内，所述转轴34的底部与所述过滤网33连接，所述支撑板35的中心圆孔套设于所述转轴34的顶部，所述磁性圆环32设置于所述中心圆孔与所述转轴34的顶部之间处。
33.需要说明的是，转轴34的底端与过滤网33的内底部连接，叶轮本体31套设在转轴34的中部，磁性圆环32套设在转轴34的顶端，在支撑板35的中部开设中心圆孔，将支撑板35套设在磁性圆环32上，这时由于转轴34的底部与过滤网33连接，转轴34的顶部通过磁性圆环32与支撑板35连接，由于叶轮本体31、过滤网33和支撑板35均处于壳体1内，此时壳体1可以有效的限制叶轮本体31的横向运动，从而可以使得叶轮本体31在水流的作用下旋转更加稳定。过滤网33的外周设有多个进水孔，以便于水流可以进入并带动叶轮本体31转动。
34.其中，磁性圆环32包括圆环结构和磁性块，在圆环结构开设容置区，所述磁性块嵌设于所述圆环结构内，磁性块可以为单级磁铁，容置区可以为凹槽，也可以为缺口，在此不做具体限定。所述支撑板35为圆形结构，以适于随叶轮本体31在壳体1内进行顺利旋转。其中，叶轮本体31可以采用与磁性圆环32密度一致的非导磁材。
35.在本发明的一个实施例中，所述叶轮组件3还包括叶轮壳36，所述叶轮壳36安装于过滤网33内，所述叶轮本体31安装于叶轮壳36内，转轴34的底端与叶轮壳36的内底部连接，或者穿过叶轮壳36与所述过滤网33的内底部连接。
36.需要说明的是，叶轮壳36安装于叶轮本体31与过滤网33之间，此时叶轮壳36可以对叶轮本体31起到限定作用，且两者适于同步转动；支撑板35与叶轮壳36的顶部固定连接，如在叶轮壳36的顶部设置呈环形间隔排列的多个凸起，支撑板35上开设呈环形间隔排列的多个定位孔，当将磁性圆环32、转轴34和叶轮本体31安装于叶轮壳36内之后，支撑板35与叶轮壳36的顶部接触，并使各凸起分别穿过支撑板35的定位孔，此时转轴34顶部的磁性圆环32嵌设于支撑板35的中心圆孔内，最后将过滤网33套设于叶轮壳36的外部，从而实现叶轮组件3的组装。
37.在本发明的一个实施例中，结合图2和图3所示，低频高分辨率信号采集的智能水表还包括端盖组件5，所述端盖组件5包括模块内盖51、外盖52和防护盖53，所述计量模组4还包括盖板44和模块底座42，所述模块底座42通过所述盖板44安装于所述支撑板35上，所
述主控模块431通过所述基板41安装于所述模块底座42内，所述模块内盖51盖设于所述基板41上，所述外盖52与所述模块底座42连接以将所述模块内盖51和所述基板41进行封装，所述防护盖53旋转设置于所述外盖52的上部。
38.需要说明的是，所述主控模块431通过所述基板41安装于所述模块底座42内，其中，在模块底座42内设置安装槽，基板41放置于安装槽内，从而使得模块底座42为基板41和基板41上的主控模块431提供安装位置；模块内盖51盖设于所述基板41上，从而有效的将主控模块431封装于模块底座42内；在外盖52与模块底座42连接之前，先将基板41以及基板41上的主控模块431安装于模块底座42内，然后再讲内盖盖设于基板41上，最后在将外盖52与模块底座42连接，从而有效地将内盖、基板41和主控模块431进行封装；其中，外盖52与模块底座42可以通过螺栓连接，也可以螺纹连接，当然也可以通过扣合连接等方式，在此不做具体限定。
39.计量模组4还包括表盘，主控模块431与表盘连接，以使水流量的数据在表盘上进行显示；其中，表盘可以设置在内盖上，在外盖52上开设窗口，以便于用户通过窗口观看表盘上的读数；防护盖53活动设置于外盖52上，以遮挡窗口，从而对表盘进行防护，防护盖53的一端通过转动件与外盖52连接，通过旋转防护盖53，可以以旋转的方式遮挡或打开窗口。
40.结合图1和图2所示，智能水表还包括连接螺母2，壳体1的两端分别为进水端和出水端，两个连接螺母2分别套设在进水端和出水端，从而当智能水表的壳体1设置在水管中时，在将壳体1的进水端和出水端分别与水管的管口对齐之后，通过旋转连接螺母2，以有效实现智能水表与水管的固定连通。
41.在本发明的一个实施例中，所述磁性传感器432为霍尔传感器或磁阻传感器。
42.需要说明的是，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，霍尔传感器一般具有四个引出端子，其中两根是偏置电流的输入端，另两根是霍尔电压的输出端，当磁性圆环32在旋转过程中，使得为霍尔传感器的磁性传感器432处于磁性圆环32的磁场中，此时由于洛仑兹力的作用下，偏置电流在通过霍尔传感器的会产生偏移，使得霍尔传感器在另一方向上产生电位差，即所谓的霍尔电压，该霍尔电压就是状态量变化脉冲；霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏。故通过将磁性传感器432限定为霍尔传感器，当磁性圆环32旋转并与作为磁性传感器432的霍尔传感器位置相对应时，此时磁性圆环32与磁性传感器432之间的距离最近，霍尔传感器所处的磁场就越强，进而所产生的霍尔电压就越大。
43.磁阻传感器也叫磁阻效应传感器，磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的，磁阻效应传感器一般有四个电阻组成，并将它们接成电桥，在被测磁场作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小，在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场成正比。故当磁性圆环32旋转并与作为磁阻传感器的霍尔传感器位置相对应时，此时磁性圆环32与磁性传感器432之间的距离最近，磁阻传感器所处的磁场就越强，进而电桥的输出的电压就越大。
44.故综上所述，不管磁性传感器432被限定为霍尔传感器还是磁阻传感器，在于磁性圆环32位置相对应时，都会输出作为状态量变化脉冲的输出电压，并将其传输至主控模块431。
45.在本发明的一个实施例中，结合图5所示，所述计量模组4还包括功率放大电路
433，所述功率放大电路433的输入端和输出端分别与所述磁性传感器432的输出端和所述主控模块431连接，以对所述状态量变化脉冲信号进行放大并传输至所述主控模块431。
46.需要说明的是，通常情况下，磁性传感器432例如霍尔传感器在变化磁场中，当磁场越弱，电压越弱，则霍尔传感器输出的霍尔电压值就越小，通常只有几个毫伏，从而在主控模块431到较低信号强度的状态量变化脉冲不利于计算水流量；故通过所述功率放大电路433的输入端和输出端分别与所述磁性传感器432的输出端和所述主控模块431连接，从而使得功率放大电路433可以对磁性传感器432输出的状态量变化脉冲即霍尔电压信号进行放大，从而使该霍尔电压放大到足以输出较强的信号强度，以便于主控模块431可以更好的接收，进而便于主控模块431根据较强信号强度的霍尔电压来计算水流量。
47.在本发明的一个实施例中，结合图6所示，所述计量模组4还包括两节电池434和切换开关435，两节所述电池434的输出端与所述切换开关435的输入端连接，所述切换开关435的输出端分别与所述磁性传感器432和所述主控模块431电连接。
48.需要说明的是，通常情况下，电池434可以给主控模块431和磁性传感器432提供电能，但是当电池434没电时，就需要关闭水管阀门后，才能更换新电表，这样会影响到水管的正常使用；故当一节电池434电量较低时，通过人工调整切换开关435的位置，以使另一节电池434投入使用，此时另一家电池434输出电压通过切换开关435给磁性传感器432和主控模块431供电，从而实现在一节电池434电量不足或没电时，无须关闭水管阀门，即可直接切换另一节电池434直接进行使用，提高了便利性。其中，切换开关435可以为单刀双掷开关。
49.其中，为了便于人工监控电池434的电量，可通过电池434电量测量芯片与电池434连接，从而可以实时检测到电压的剩余电量；电池434电量测量芯片可以采用ltc2942。
50.在本发明的一个实施例中，结合图6所示，低频高分辨率信号采集的智能水表还包括充电电路6，所述壳体1上设有充电接口11和充电开关12，所述充电电路6的输入端适于连接市电，所述充电电路6的输出端与所述充电接口11连接，所述充电接口11与所述充电开关12的输入端连接，所述充电开关12的输出端分别与两个电池434连接。
51.需要说明的是，当某一节电池434电量过低或没电时，可以通过充电电路6给该电池434进行充电；即将充电电路6的输出端与充电接口11的输入端连接，充电接口11的输出端与充电开关12的输入端连接，充电开关12的输出端分别与两个电池434连接，在进行给电量过低的电池434进行充电时，可以先将充电电路6的输出端与充电接口11连接，再将充电电路6的输入端连接市电，例如插座，最后打开充电开关12，使得市电输出的交流电经过充电电路6转换为低压直流电，并依次经过充电接口11和充电开关12后给电池434进行充电，进而无须更换掉没电的电池434，以保证水表可以长久使用，相应的延长水表的使用寿命。
52.其中，电池434可以设置在基板41上或模块底座42上，充电接口11和充电开关12可以设置在外盖52上，也可以设置在模块底座42上，从而距离电池434最近，以减少电池434与充电开关12之间的距离。
53.在本发明的一个实施例中，结合图7所示，所述充电电路6包括整流滤波电路61、稳压电路62和指示电路63，所述整流滤波电路61的输入端连接市电，所述整流滤波电路61的输出端与所述稳压电路62的输入端连接，所述稳压电路62的输出端通过所述指示电路63与所述充电接口11连接。
54.需要说明的是，整流滤波电路61的输入端和输出端分别连接市电和稳压电路62的
输入端，从而使得整流滤波电路61可以将市电的交流电先整流转换为低压直流电再进行滤波，以输出稳定的低压直流电；稳压电路62的输出端通过指示电路63与充电接口11连接，从而可以将稳定的低压直流电传输至充电接口11，以便于给电池434进行稳定的充电，以实现对电池434的安全充电，相应的延长电池434的使用寿命；指示电路63用于表明充电电路6以通电，已具备给电池434进行充电的条件。
55.其中，整流滤波电路61包括依次连接的交流降压变压器t、整流桥vd1-vd4和滤波器件，其中，滤波器件包括电阻r21和电容c21；交流降压变压器t用于将市电交流220v电压降压为低压交流6v,此时交流降压变压器t采用的是电源变压器；整流桥将低压交流6v整流以形成低压直流6v点，随后低压直流6v电在经过滤波器件进行滤波作用，从而获得更加稳定的低压直流6v电。稳压电路62用于将经过滤波器件滤波后的低压直流电再次进行稳压作用，且当输入电压或负载电流在一定范围内变化时，从而获得低压直流电3v。指示电路63包括滤波电容c22、限流电阻r28和电源指示灯vd7,当稳压电路62输出低压直流电3v时经过电源指示灯vd7，从而使得电源指示灯得电工作发光，从而指示这个充电电路6已带电；限流电阻r28与电源指示灯串联连接，起到分压作用，并与充电接口11并联，起到分流作用，即不仅可以限制稳压电路62对电源指示灯的电压，保护电源指示灯，而且还可以限制稳压电路62的输出端对电池434的充电电流，以防止过大的充电电流损坏电池434。滤波电容c22可以进一步滤除稳压电路62输出直流电压中的交流成分。
56.在本发明的一个实施例中，结合图7所示，所述稳压电路62包括调整电路621、取样电路622、比较放大器623和基准电压电路624，所述调整电路621的输入端与所述整流滤波电路61的一输出端连接，所述取样电路622的采集端与所述充电接口11连接，以采集所述充电接口11的采样电压值，所述基准电压电路624的输入端连接所述整流滤波电路61的另一输出端连接，所述取样电路622的输出端和所述基准电压的输出端分别与所述比较放大器623的两个信号输入端连接，所述比较放大器623的输出端与所述调整电路621的被控端连接。
57.需要说明的是，取样电路622包括取样电阻r26和取样电阻r27，其中，取样电路622与充电接口11连接，以采集充电接口11的采样电压值，并且取样电路622将所述稳压电路62对充电接口11的输出电压按照比例取出一部分，作为控制调整电路621的依据。所述调整电路621的输入端与所述整流滤波电路61的一输出端连接，所述基准电压电路624的输入端连接所述整流滤波电路61的另一输出端连接，其中，基准电压电路624包括稳压二极管vd5、vd6和限流电阻r25，该基准电压电路624是提供稳压的基准即基准电压，其稳定性直接关系到整个稳压电路62的稳定性；其中，稳压二极管vd5、vd6在串联之后可作为稳压管，以提供1.3v足有的稳定基准电压。
58.调整电路621包括大功率晶体管vt1和vt2，其具体连接关系见图7；比较放大器623用放大三极管vt3表示，其作用是将取样电路622获得的采样电压值与基准电压电路624提供的基准电压的差值进行放大，并根据该差值去控制调整电路621的变化，其中，放大三极管vt3的发射极连接基准电压，基极连接取样电路622采集到的采样电压，集电极电压作为调整电路621的控制电压；其中，所述比较放大器623的输出端即集电极与所述调整电路621的被控端即大功率晶体管vt2的基极连接，调整电路621在工作时，调整电路621的大功率晶体管vt2的基极输入电流受比较放大器623输出电压的控制，而大功率晶体管vt1和vt2连
接，构成复合管，可以大大提高调整电路621的电流放大系数，有利于改善稳压电路62的稳压系数。
59.总而言之，稳压电路62中调整电路621接入整流滤波电路61的输出电压与充电接口11上的输入电压之间，此时当充电接口11上的输入电压发生变化时，调整电路621作出反向变化加以抵消，从而可以确保充电接口11上输入电压的稳定性。
60.在本发明的一个实施例中，所述稳压电路62还包括保护电路625，所述保护电路625分别与所述调整电路621和所述比较放大器623连接。
61.需要说明的是，保护电路625包括三极管vt4和电阻r22、电阻r23和电阻r24，其具体连接关系见图7；通过所述保护电路625分别与所述调整电路621和所述比较放大器623连接，从而当整流滤波电路61的输出端即后级电路出现短路、过载等故障时电流剧增，保护电路625中的电阻r22、电阻r23和电阻r24会直接快速消耗掉因短路、过载等故障剧增的电流，从而有效保护整流滤波电路61和调整电路621。
62.其中，保护电路625的保护原理：当充电电路6在正常工作情况下，输出电流在电阻r24上产生的压降小于电阻r22上的压降，从而使得三极管vt4的基极电位低于发射极电位，三极管vt4的因反向偏置而截止，保护电路625无效。
63.当整流滤波电路61的输出端出现短路或过载时，整流滤波电路61的输出电流随之增大，此时在电阻r24的压降也随之增大，使得三极管vt4得到正向偏置而导通，三极管vt4的导通使整流滤波电路61的整流桥变为反向偏置而截止，从而保护了电路；但是当整流滤波电路61的输出端出现短路或过载故障被排除后，稳压电路62将自动恢复正常工作。
64.其中，稳压电路的输出电压u0由取样比和基准电压u
vd
决定：
65.u0＝(u
vd
+0.7v)x(r26+r27)/r27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2)
66.在上述公式中，0.7v是三极管vt4的基极和发射极的结节压降；改变取样电路的取样比或基准电压u
vd,
即可改变稳压电路的输出电压u
0，
其中，取样比为电阻r27/(r26+r27)。
67.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。