专利名称：自供电自动抄表可远程断水智能化自来水表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种的远程控制和无人自动抄表自来水终端系统，尤其是那种不需要外部提 供电源其内部自动产生电能可长期工作的自来水智能化终端系统。
背景技术：
众所周知，水表传统抄表方式是抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后再到各 家去索取，误差大，统计工作量大，人为的错误多，给物业管理者和用户带来极大不便。目 前，有一种自来水自动抄表系统，它主要由电子流量计和GSM/GPRS模块组成，能通 过GSM/GPRS网络将数据传给中央控制器完成自动抄表过程，但这种自动抄表系统需要外 部提供电源， 一旦遇到停电和用户故意断电情况就会出现计量不准的问题。
发明内容
为克服现有自来水自动抄表系统的不足，本发明提供一种自来水自动抄表终端系统，该 系统不仅能自动抄表，而且还能远程控制断水，语音提示，尤其是它自动发电，不需要外部 提供电源，可保证系统长久稳定的工作。
本发明解决技术问题的所采取的技术方案是本发明由霍尔开关、GSM/GPRS模块、 单片机、微型发电机、电磁阀及其驱动电路、备用充电电池、电源及其检测电路、麦克风、 显示模块、叶轮及齿轮组构成。水流动时带动叶轮转动，叶轮带动齿轮组转动，齿轮组带动 微型发电机的转子转动产生电能，经过电源电路整流稳压， 一边将电能提供给单片机和 GSM/GPRS模块， 一边给充电电池充电。齿轮组的末端齿轮上有一块小磁铁，每当它靠近 霍尔开关时就会使其导通产生一个电脉冲，霍尔开关和单片机内部计数器电连接，单片机通 过其内部的计数器计算霍尔开关导通的次数从而计算出水的流速及流量，并将一定时间的流 量计后的数据通过GSM/GPSR模块发送中央控制器。中央控制器将用户水表发来的数据分 类整理，并根据用户的交费情况通过用户水表的GSM/GPRS模块语音电路通知用户交费， 如果用户欠费可通过GSM/GPRS模块给用户水表发送断水指令，用户水表的单片机通过 GSM/GPRS模块收到断水指令后开启电磁阀断开水流，用户就无法用水不得不主动去交费。 如果单片机通过计算比较发现用户某一段时间(譬如一晚上)的每个单位时间用水量都很平
均或是每次用完水后还有极少量的水还在流动，不符合一般居民用水习惯，那么此处肯定是 漏水或是渗水，可以通过GSM/GPSR模块的定位功能及相关的信息找到此地方，通知该用 户，限定其在一定的时间内修好否则断水，这样有利于节水。
本发明的有益效果是，可以自动抄表的同时，还可以通过语音提示督伲用户及时交费， 并且可以发现漏水现象，限定其在一定时间内修好，尤其是本发明自身可以产生电能供其电 路使用，避免使用外部电源时的停电和用户故意断电等麻烦。
图1是本发明的电路原理图
图1中，F是微型发电机，D2是三相整流桥堆，W是5v稳压电源，L是电磁阀，S是 麦克风，IC1是霍尔开关，IC2是单片机P89LPC935， BT是充电电池，Jl是微型继电器， SW是复位开关，LCD是液晶显示模块。
图2是齿轮组部分的结构示意图
图2中，1、 2、 3、 4、 5、 6是变速传动齿轮，7、 8、 9、 IO是叶轮的叶片，11是微型磁铁，12是霍尔开关，13是微型发电机齿轮。
具体实施例方式
在图2中，叶轮和齿轮(6)同轴连接，齿轮(6)大齿轮和齿轮(5)的小齿轮连接，齿轮 (5)大齿轮和齿轮(4)的小齿轮连接，齿轮(4)大齿轮和齿轮(3)的小齿轮连接，齿轮 (3)大齿轮和齿轮(2)的小齿轮连接，，齿轮(2)大齿轮和齿轮(1)的小齿轮连接，微
型发电机的的转子通过齿轮(13)和齿轮(3)大齿轮连接，而微型发电机的的转子和齿轮 (13)同轴。
当用户打开水龙头时，水管中的水流动带动叶轮的叶片旋转，由于和齿轮(6)同轴， 所以齿轮(6)也跟着旋转，带动齿轮5、 4、 3、 2、 1 一起加速旋转，微型发电机转子在齿 轮(13)的带动下旋转，将水的动能转换成电能供有关电路使用。同时齿轮(1)也在快速 旋转，它每转一圈，霍尔开关就导通一次。
在图1中，微型发电机F定子线圈的三个绕组分别接三相整流桥堆D2三个交流输入端 A、 B、 C，微型发电机F提供的电压经经整流器D2整流，W稳压，03降压后约4.3￥提供 给GSM/GPRS模块电源的使用，并给充电电池BT充电，再经Dl降压约3.6v提供给单片 机IC2电源的使用。
当用户用水，水流动时，微型发电机发电F发电，电池BT充电，单片机IC2、霍尔开 关IC1、 GSM/GPRS模块开始工作。 一方面，霍尔开关IC1在旋转磁铁(11)的作用下不断 地导通和截止，不断输出脉冲信号给单片机IC2的11脚，11脚是单片机IC2内部的计数器 0的输入端，单片机IC2通过计算其11脚脉冲个数从而计算水的流量，并和以往的流量累 加后保存在其内部的存储器中。另一方面，单片机IC2的串口 RXD、TXD分别和GSM/GPRS 模块的串口 TXD、 RXD电连接通，单片机IC2通过GSM/GPRS模块将一段时间总流量报告 给中央控制器，并请求中央控制器回复该终端的控制信息，检査该终端是否欠费，如果欠费 是不多就将一段语音信号发给GSM/GPRS模块通过其音频电路和麦克风S语音提示用户赶 快缴费。
在图1中单片机IC2的三个I/0(24、22、19脚)分别与液晶模块的片CS端、STD端、SCLK 端相连接，进行串行通信，将流量数据显示在液晶屏上。液晶模块的电源端接在稳压器的输 出端，液晶模块的背光电源和电磁阀的电源接在一起。所以只有用水时，液晶模块才有显示， 才耗电。
在图1中，三极管Q1、 Q2、 Q3、 Q4，电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6组成电磁阀L的 桥式驱动电路，电磁阀一端电连接Q1和Q2的集电极，另一端电连接Q3和Q4的集电极， 而三极管Q1和Q2的基极分别通过电阻R1、 R3和单片机(IC2)的I/O 口 (l脚)电连接， 三极管Q3和Q4的基极分别通过电阻R5、 R6和单片机(IC2)的I/O 口 (2脚)电连接。。 当单片机IC2的1脚(P2.0)为低电平、2脚(P2.1)为高电平时，Q2、 Q4导通,Q1、 Q3截 止，电磁阀上的电流是从a端流向b端，电磁阀关断水流。当单片机IC2的1脚(P2.0)为 高电平、2脚(P2.1)为低电平时，Q2、 Q4截止,Q1、 Q3导通，电磁阀上的电流是从b端 流向a端，电磁阀打开水流。充电电池(BT)的正极分别和继电器(J)的线包和中间触点 电连接，而继电器(J)线包的另一端电连接三极管(Q5)的集电极，三极管(Q5)的基极 和单片机(IC2)的I/0口 (12脚)电连接，继电器(J)常开触点和电磁阀驱动电路的电源 端(E)电连接。电磁阀L受单片机(IC2)控制，在一般情况下继电器(J)是不闭合的， 电磁阀驱动电路不耗电。电磁阀的阀门是双向移动瞬间导通的，每次移动到位后，单片机通 过其I/0(28脚)输出低电平，让Q5截止，继电器J失电断开电磁阀控制电路的电源，这样可 以节省很多电能。但电磁阀L的阀门必须水平放置，让其免受重力的影响。
在图1中R7、 R8和单片机IC2的A/D(4脚)端构成发电电压检测电路。R7的一端接桥 堆D2的正极，另一端接单片机IC2的A/D端，单片机IC2将发电电压通过其内部的A/D转 换器变成数字信号进行分析，如果发电电压过高，单片机IC2将接通电磁阀和液晶模块背光
4电源，在不改变电磁阀工作状态的情况下，给其通电让它们分流一部份电流。
其实，当不用水，水不流动时，微型发电机F不发电，桥堆D2没输出电压，单片机IC2 检测到后经过短暂延时后就工作于完全掉电模式，耗电电流极小约1个微安左右。与此同时， 单片机IC2的I/O (P0.1)为低电平，通过GSM/GPRS模块的电源开关端(POWER)关断 GSM/GPRS模块的电源。但单片机IC2的内部实是时钟仍然在运行，每隔一定时间(譬如 15分钟)会唤醒单片机的cpu工作一次(譬如1秒钟)，这时单片机IC2首先会打开GSM/GPRS 模块的电源即IC2的I/OP (26脚)输出高电平，通过GSM/GPRS模块和中央控制器进行 通信，若单片机没数据传给中央控制器或中央控制器没控制信号传过来，单片机会马上关掉 GSM/GPRS模块的电源，再工作于完全掉电模式。若它们之间有数据通信，等执行完相应 的操作后单片机关掉GSM/GPRS模块的电源，再工作于完全掉电模式。例如此时单片机IC2 通过GSM/GPRS模块接收通信平台发来的断水指令就会让其1/0 口 (P2.7)输出高电平，让 Q5导通，继电器J得电导通给电磁阀提供电源，同时还让其两个I/0口 (l脚)为高电平、
(2脚)为低电平时，Q2、 Q4截止，Q1、 Q3导通，电磁阀上的电流是从b端流向a端，电 磁阀打开水流，完成后单片机关掉GSM/GPRS模块和电磁阀驱动电路电源，再工作完全掉 电模式。这样在没有水流动，没有发电的情况下本系统的平均耗电电流也不过几个微安，一 块普通手机电池就让会它工作非常长的时间。但如果单片机发现用户很长时间都没有用水
(譬如l个月)，就会自动关掉内部的实时时钟，不再唤醒cpu工作，以免电池耗尽。这时 要让系统重新工作，必须手动恢复，按复位开关SW给单片机(IC2)外部中断(11) 一个 触发信号唤醒其cpu让其重新工作。同样，电阻RIO、 Rll、三极管Q6构成自动复位电路， 每次有水流动时，微型发电机发电，稳压器W输出高电平，Q6输出低电平脉冲给单片机外 部中断端让其复位唤醒其cpu让其重新工作。
其次，当不用水，水不流动时，单片机IC2有个短暂延时才进入完全掉电工作模式，在 这段时间内单片机会检査其内部计数器是否还在计数，如果还在计数而且发电电压很低，说
明水阀没关好或是漏水。如果接连多次发生这种现象，说明水管渗水。另外，如果通过计算 比较发现用户某一段时间(譬如一晚上)的每个单位时间用水量都很平均，而且时间较长， 不符合一般居民用水习惯，那么此处肯定是漏水，可以通过GSM/GPSR模块的定位功能及 相关的信息找到此地方，通知该用户，限定其在一定的时间内修好否则断水，这样有利于节 水。
权利要求
1. 一种能自供电自动抄表的可远程断水智能化自来水表，由霍尔开关、GSM/GPRS模块、单片机、微型发电机、电磁阀及其驱动电路、备用充电电池、电源及其检测电路、显示模块、叶轮及齿轮组构成，其特征是微型发电机的转子通过齿轮组和叶轮机械连接，而微型发电机定子线圈三个绕组分别和电源电路中三相整流器的三个交流输入端电连接。
2.根据权利1要求所述的自来水表，其特征是叶轮和齿轮(6)同轴连接，齿轮(6)大齿 轮和齿轮(5)的小齿轮连接，齿轮(5)大齿轮和齿轮(4)的小齿轮连接，齿轮(4)大齿 轮和齿轮(3)的小齿轮连接，齿轮(3)大齿轮和齿轮(2)的小齿轮连接，，齿轮(2)大齿 轮和齿轮(1)的小齿轮连接，微型发电机的的转子通过齿轮(13)和齿轮(3)大齿轮连接， 而微型发电机的的转子和齿轮(13)同轴。
3. 根据权利1要求所述的自来水表，其特征是齿轮(1)上嵌有微型磁铁(11)，齿轮(1) 旁放置霍尔开关(H)。
4. 根据权利1要求所述的自来水表，其特征是微型发电机(F)的定子线圈三个绕组分别 和电源电路中三相整流器(D2)的三个交流输入端电连接，整流桥堆(D2)的直流输出端正 极和稳压电源(w)的输入端电连接，负极接地，稳压电源(w)的输出端通过降压二极管 D3和充电电池(BT)正极、GSM/GPRS模块的电源端(vcc)、液晶模块的背光电源端(LEDA) 电连接，而充电电池(BT)正极通过降压二极管(Dl)和单片机(IC2)的电源端电连接。
5. 根据权利l要求所述的自来水表，其特征是稳压电源(w)的输出端， 一方面通过电阻 R10电连接三极管Q6的基极，通过电阻Rll 电连接三极管Q6的集电 极和单片机(IC2)的外部中断脚(10脚)，另一方面直接和霍尔开关(IC1)的电源端(vcc) 电连接。
6. 根据权利l要求所述的自来水表，其特征是单片机(IC2)的串口RXD、 TXD端分别 和GSM/GPRS模块的串口 TXD、RXD端电连接，单片机(IC2)的I/0 口(26脚)和GSM/GPRS 模块的开关机端(POWER)电连接。
7. 根据权利l要求所述的自来水表，其特征是电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6, PNP型 三极管Q2、 Q3， NPN型三极管Q1、 Q4构成电磁阀(F)的桥式驱动电路，电磁阀一端电连 接Q1和Q2的集电极，另一端电连接三极管Q3和Q4的集电极，而三极管Ql和Q2的基极 分别通过电阻R1、 R3和单片机(IC2)的I/0口 (l脚)电连接，三极管Q3和Q4的基极分 别通过电阻R5、 R6和单片机(IC2)的I/0口 (2脚)电连接。
8. 根据权利1要求所述的自来水表，其特征是充电电池(BT)的正极分别继电器(J)的 线包和中间触点电连接，而继电器(J)线包的另一端电连接三极管(Q5)的集电极，三极管(Q5)的基极和单片机(IC2)的I/0口 (28脚)电连接，继电器(J)常开触点和电磁阀驱 动电路的电源端(E)电连接。
9. 根据权利l要求所述的自来水表，其特征是手动复位开关(SW)和单片机(IC2)的外部 中断端(10)电连接。
10. 根据权利l要求所述的自来水表，其特征是电阻R8的一端电连接桥堆D2的正极，另 一端电连接电阻R7的一端和单片机(IC2)内部的A;D的输入端(4脚)，而电阻R7的另一 端和地电连接。
全文摘要
一种不需要外部提供电源其内部自动产生电能可远程控制断水和无人自动抄表智能化自来水表。本发明由霍尔开关、GSM/GPRS模块、单片机、微型发电机、电磁阀及其驱动电路、备用充电电池、电源及其检测电路、麦克风、显示模块、叶轮及齿轮组构成。单片机通过霍尔开关计算水的流量，通过GSM/GPRS模块接收控制指令和发送流量数据，通过电磁阀来控制水流。微型发电机可将水流动的动能转化成电能提供给本系统。本系统可以分析单位时间内的流量数据发现漏水和渗水现象，可节水，并且可以在自动抄表的同时，还可以通过语音提示和断水的方式督促用户及时交费，尤其是它可以自己产生电能供内部电路使用，避免使用外部电源时的停电和用户故意断电等麻烦。
文档编号G08C19/38GK101441809SQ20071018688
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者徐世刚 申请人:徐世刚