97国际基于物联网的预付费水表系统及预付费方法pdf

　　一种可在线充值和管理的基于物联网的预付费水表系统及预付费方法。该系统包括若干个安装在使用端且为机电一体化的预付费计量水表、掌上终97国际官方网址端、互联网和后台水务管理中心，预付费计量水表的电控模块由主控MCU、无线通信模块、阀门控制模块、电子计量模块和电池供电模块构成。采用掌上终端与预付费计量水表进行无线互联并将相关数据信息通过互联网发送给后台水务管理中心；其可有效解决水表电子计数与机械字轮读数在不同的充值周期内存在的计数误差给用户带来的不公平问题；通过掌上终端可使用户在线充值，即充即用，有效解决了用户购水受

　　1.一种基于物联网的预付费水表系统，包括若干个安装在使用端且为机电一体化的预

　　付费计量水表、掌上终端、互联网和后台水务管理中心，其特征在于：所述预付费计量水表

　　的电控模块由主控MCU、无线通信模块、阀门控制模块、电子计量模块和电池供电模块构成，

　　无线通信模块，与内置于掌上终端内的蓝牙模块配对互联；该无线通信模块将存储在

　　主控MCU内的上一周期结束时的脉冲电子累积计数值发送给掌上终端，同时接收掌上终端

　　通过拍照获取的显示在该预付费计量水表窗口上的上一充值周期结束时的机械字轮读数

　　及新的充值周期用水预充量值并将该机械字轮读数和用水预充量值存入主控MCU中；

　　掌上终端将所述上一周期结束时的脉冲电子累积计数值、所述机械字轮读数和用水预

　　主控MCU，实时存储电子计量模块记载的脉冲电子累积计数值并在新的充值周期启动

　　时，将上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值更新为上一充值周期结束时的机械字轮

　　读数；充值成功后，主控MCU向阀门控制模块发出开启该预付费计量水表工作的指令；

　　电子计量模块，采集该预付费计量水表机械计数指针旋转时产生的脉冲信号，以获取

　　2.根据权利要求1所述的基于物联网的预付费水表系统，其特征在于：在所述预付费计

　　量水表中还设有对所述电池供电模块中电池进行监测的电池电压监测模块，所述无线通信

　　模块可将包含电池状态、阀门状态和环境磁干扰在内的运行状态信息发送到后台水务管理

　　3.根据权利要求1所述的基于物联网的预付费水表系统，其特征在于：在所述预付费计

　　4.根据权利要求1所述的基于物联网的预付费水表系统，其特征在于：所述主控MCU采

　　用型号为MSP430FR6972IRGC的芯片；所述无线通信模块主要采用型号为E66_V01的蓝牙模

　　5.一种基于物联网水表系统的预付费方法，采用权利要求1－4中任一项所述的基于物

　　用户或管理人员采用下载有预付费APP的包含手机、专用移动终端在内的掌上终端，对

　　预付费计量水表包含印刷在表上的二维码、条形码或绑定在水表上的RFID在内的地址码进

　　行扫描，获取地址码相关信息并与该预付费计量水表中的无线通讯模块配对互联；

　　预付费计量水表将存储在其中的上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值和包含

　　表端电池电压状态、阀门状态及环境磁干扰状态在内的运行状态信息上传送给掌上终端；

　　掌上终端对预付费计量水表窗口上显示的上一充值周期结束时的机械字轮读数进行

　　预付费计量水表内的主控MCU将上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值更新为所

　　述上一充值周期结束时的机械字轮读数，更新后的数值作为新的充值周期初始的脉冲电子

　　采用掌上终端将新的充值周期内需要使用的用水预充量发送至预付费计量水表，充值

　　主控MCU根据存入的用水预充量值，控制阀门正确动作，水表正常供水，同时，预付费计

　　量水表内的电子计量模块在所述初始的脉冲电子累积计数值的的基础上进行电子累积计

　　将更新后的脉冲电子累积计数值、用水预充量值和所述运行状态信息通过无线通信模

　　6.根据权利要求5所述的基于物联网水表系统的预付费方法，其特征在于：所述阀门状

　　1)掌上终端与预付费计量水表完成无线)主控MCU检测与阀门控制模块相接的阀门到位检测引脚OFF-M与ON-M,若同时为高电

　　7.根据权利要求5所述的基于物联网水表系统的预付费方法，其特征在于：所述环境磁

　　1)掌上终端与预付费计量水表完成无线)主控MCU检测与电子计量模块传感器相接的输出信号引脚PA-M与PB-M，若同时为低

　　8.根据权利要求6或7所述的基于物联网水表系统的预付费方法，其特征在于：所述后

　　台水务管理中心根据预付费计量水表在若干充值周期内脉冲电子累积计数值与机械字轮

　　读数之间出现的计数误差分析判断并决定是否更换该预付费计量水表，或者决定是否在该

　　[0001]本发明涉及一种水、电和气付费系统和付费方法，特别涉及一种基于物联网的智

　　[0002]现有技术中，针对用户采用预付费方式使用水、气或电的处理办法，基本是通过以

　　[0003]第一步，用户去主管公司(指自来水公司、燃气公司和供电公司)指定的售卡点购

　　买IC充值卡，并按所需将可购买设定量(水和气以立方计量，电以度计量)的水、气、电或对

　　[0004]第二步，将IC充值卡以接触或非接触方式与其对应的机电一体化的IC卡计量表

　　(也称IC卡预付费水表或IC卡水表)互联，即可启动该计量表工作(即该计量表将按IC充值

　　[0005]第三步，当IC充值卡上的设定量用完后，所述计量表即会关闭，停止输出水、气或

　　[0007]1)IC卡水表，通常，在使用过程中，其是通过以下方式计数的：

　　[0008]机械式计数：流过该水表的水推动叶轮旋转，叶轮带动齿轮组联动，从而，使与齿

　　轮组中相关齿轮连接的机械计数字轮上的数字(如，记载10、10…10立方等不同数量级

　　[0009]电子式计数：通过机械表端带磁指针旋转，磁感应元件检测采集脉冲信号计数，即

　　[0010]在该类水表的使用过程中，水表因管道压力不足、水锤与自转等现象会导致表端

　　表出现正转与反转，此时检测指针旋转圈数的传感器均会产生计数脉冲，即无论正转还是

　　反转，均会计为用水，但此时水表并未真正用水，水表机械字轮并未增加，但是电子计数部

　　分却会计数，从而导致脉冲电子累积计数值与水表机械字轮计数值出现偏差，且因偏差会

　　叠加，水表无法定期实现机电同步，水表使用时间越久偏差越大，导致用户与管理方之间产

　　[0011]2)无论是非接触式IC卡水表，还是接触式IC卡水表，均无法实现线上充值，用户充

　　值需携带用户卡到指定售水点充值，购水时间、地点均有限制，充值等待时间长，给用户日

　　[0012]3)IC卡水表难以杜绝充值舞弊问题(极少数徇私舞弊的管理人员通过大头小尾为

　　[0013]4)IC卡水表由于水量预购，用户用水量不能同步到后台，导致自来水公司长期财

　　务挂账(“预收账款”会计处理记为“负债”，因此无法确认“收入”)，严重影响财务核算，且不

　　[0014]5)IC卡水表为一个独立工作的个体，后台无法对其进行监控，只有用户报修或进

　　行水表巡检时才能发现水表故障，故障无法及时发现与排除，造成表端与后台管理系统之

　　[0016]本发明要解决的技术问题是提供一种可在线充值和管理的基于物联网的预付费

　　[0018]本发明的基于物联网的预付费水表系统，包括若干个安装在使用端且为机电一体

　　化的预付费计量水表、掌上终端、互联网和后台水务管理中心，其特征在于：所述预付费计

　　量水表的电控模块由主控MCU、无线通信模块、阀门控制模块、电子计量模块和电池供电模

　　[0019]无线通信模块，与内置于掌上终端内的蓝牙模块配对互联；该无线通信模块将存

　　储在主控MCU内的上一周期结束时的脉冲电子累积计数值发送给掌上终端，同时接收掌上

　　终端通过拍照获取的显示在该预付费计量水表窗口上的上一充值周期结束时的机械字轮

　　读数及新的充值周期用水预充量值并将该机械字轮读数和用水预充量值存入主控MCU中；

　　[0020]掌上终端将所述上一周期结束时的脉冲电子累积计数值、所述机械字轮读数和用

　　[0021]主控MCU，实时存储电子计量模块记载的脉冲电子累积计数值并在新的充值周期

　　启动时，将上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值更新为上一充值周期结束时的机械

　　字轮读数；充值成功后，主控MCU向阀门控制模块发出开启该预付费计量水表工作的指令；

　　[0023]电子计量模块，采集该预付费计量水表机械计数指针旋转时产生的脉冲信号，以

　　[0024]在所述预付费计量水表中还设有对所述电池供电模块中电池进行监测的电池电

　　压监测模块，所述无线通信模块可将包含电池状态、阀门状态和环境磁干扰在内的运行状

　　[0025]在所述预97国际官方网址付费计量水表中还设有提示充值成功与否的蜂鸣器提示模块。

　　型号为E66_V01的蓝牙模块；所述阀门控制模块主要采用型号为SPX3010的芯片。

　　[0027]本发明的基于物联网水表系统的预付费方法，采用本发明的基于物联网的预付费

　　[0029]用户或管理人员采用下载有预付费APP的包含手机、专用移动终端在内的掌上终

　　端，对预付费计量水表包含印刷在表上的二维码、条形码或绑定在水表上的RFID在内的地

　　址码进行扫描，获取地址码相关信息并与该预付费计量水表中的无线通讯模块配对互联；

　　[0031]预付费计量水表将存储在其中的上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值和

　　包含表端电池电压状态、阀门状态及环境磁干扰状态在内的运行状态信息上传送给掌上终

　　[0032]掌上终端对预付费计量水表窗口上显示的上一充值周期结束时的机械字轮读数

　　进行拍照并通过图像识别软件转换为对应的数字信息并传送给该预付费计量水表；

　　[0033]3)修正电子存储计数底数，确保预付费计量水表的机电计量同步；

　　[0034]预付费计量水表内的主控MCU将上一充值周期结束时的脉冲电子累积计数值更新

　　为所述上一充值周期结束时的机械字轮读数，更新后的数值作为新的充值周期初始的脉冲

　　[0036]采用掌上终端将新的充值周期内需要使用的用水预充量发送至预付费计量水表，

　　[0038]主控MCU根据存入的用水预充量值，控制阀门正确动作，水表正常供水，同时，预付

　　费计量水表内的电子计量模块在所述初始的脉冲电子累积计数值的的基础上进行电子累

　　[0040]将更新后的脉冲电子累积计数值、用水预充量值和所述运行状态信息通过无线通

　　[0042]1)掌上终端与预付费计量水表完成无线)主控MCU检测与阀门控制模块相接的阀门到位检测引脚OFF-M与ON-M,若同时为

　　[0044]本发明的方法中，所述环境磁干扰状态是否正常通过以下方法判断：

　　[0045]1)掌上终端与预付费计量水表完成无线)主控MCU检测与电子计量模块传感器相接的输出信号引脚PA-M与PB-M，若同时

　　[0047]本发明的方法中，所述后台水务管理中心根据预付费计量水表在若干充值周期内

　　脉冲电子累积计数值与机械字轮读数之间出现的计数误差分析判断并决定是否更换该预

　　[0048]与现有技术相比，本发明采用掌上终端与预付费计量水表进行无线互联并将相关

　　数据信息通过互联网发送给后台水务管理中心；其可有效解决水表电子计数与机械字轮读

　　数在不同的充值周期内存在的计数误差给用户带来的不公平问题；通过掌上终端可使用户

　　[0053]图5为图1系统中的预付费计量水表的无线通信模块的电路原理图。

　　[0054]图6为图1系统中的预付费计量水表的阀门控制模块的电路原理图。

　　[0055]图7为图1系统中的预付费计量水表的电池供电模块的电路原理图。

　　[0056]图8为图1系统中的预付费计量水表的电池电压监测模块的电路原理图。

　　[0057]图9为图1系统中的预付费计量水表的蜂鸣器提示模块的电路原理图。

　　[0058]图10为图1系统中的预付费计量水表的电子计量模块的电路原理图。

　　[0060]该预付费水表系统的技术构思，可以应用于对燃气、电力等预付费的系统。以下以

　　[0061]如图1所示，该预付费水表系统由互联网、后台水务管理中心、掌上终端和若干个

　　[0063]安装在用户使用端，其为机电一体化的水表，该水表用于计量用户用水量，其既有

　　机械计数结构，又有电子计数结构，其中，机械计数结构为常规的水表齿轮组件。

　　[0064]本发明的预付费计量水表的电子计数结构(也称电控模块)除常规的电子计量模

　　块和电池供电模块外，还具有主控MCU、无线通信模块、阀门控制模块、电池电压监测模块和

　　[0066]其主要作用为完成通信存储、计量、低功耗管理等整表调度管理，具体如下：

　　[0067]a.存储电子计量模块记载的针对用水量的电子累积计数值(下称脉冲电子累积计

　　[0068]b.在每个新的充值周期开始时，修正上一充值周期结束时记载的脉冲电子累积计

　　数值，预付费计量水表以使该预付费计量水表的机械字轮读数与脉冲电子累积计数值在新

　　的充值周期起始时同步计数，以消除上个充值周期内机电计数误差给用户造成的不公。

　　[0069]c.将更新后的脉冲电子累积计数值与该预付费计量水表的运行状态信息(运行状

　　态信息包括表端电池电压、阀门是否正常及水表所在环境是否存在磁场干扰等状态信息)

　　[0073]a.与内置于掌上终端内的蓝牙模块无线配对互联，并将该预付费计量水表的脉冲

　　电子累积计数值与所述运行状态信息上传到掌上终端，并通过网络传至后台水务管理中

　　心，实现预付费计量水表物联网，便于预付费计量水表维修、维护、保养及水务管理公司大

　　[0074]b.接收来自于掌上终端通过图像识别获取的该预付费计量水表的机械字轮读数

　　[0075]c.接收掌上终端发送的用户在新的充值周期内充入的购水量(简称用水预充量

　　值，包括针对同一用户，上一充值周期因脉冲电子累积计数值与机械字轮读数值的误差多

　　[0076]3)阀门控制模块(参见图6所示)，采用型号为SPX3010的芯片。

　　[0077]阀门控制模块U4控制该预付费计量水表的水阀打开或关闭，其中，主控MCU的第

　　“22”脚(管脚引线名为“CTLON”)和第“23”脚(管脚引线名为“CTLOFF”)分别与该阀门控制模

　　[0079]a.关阀(即关闭水阀，其是由用户欠费、充值量用完或无人使用暂停等原因所致)

　　[0080]控制“CTLOFF”为高电平(人为定义)，“CTLON”为低电平(人为定义)。

　　[0084]主控MCU检测与阀门控制模块相接的阀门到位检测引脚OFF-M(主控MCU的第“24”

　　脚)与ON-M(主控MCU的第“25”脚)，主控MCU的第“24”脚与阀门控制模块电机驱动芯片的第

　　“5”脚相连，主控MCU的第“25”脚与阀门控制模块电机驱动芯片的第“4”脚相连。

　　[0085]主控MCU检测到其第“24”脚为低电平时，则判断为关阀成功；检测到97国际官方网址其第“25”脚为

　　低电平时，则判断为开阀成功；若检测到第“24”脚和第“25”脚同时为高电平时，则判断阀门

　　[0086]4)电子计量模块(参见图10所示)中，图中标示为U10和U11的部分为两个磁敏元

　　件，磁敏元件U10与U11产生脉冲信号采集预付费计量水表的机械计量指针旋转圈数脉冲

　　[0087]电子计量模块负责实现机电信号转换用于计量。由主控MCU控制供电控制脚VM-M

　　(主控MCU的第“42”脚)，同时给两路磁感应元件U10与U11供电，PA-M(主控MCU的第“43”脚)

　　与PB-M(主控MCU的第“44”脚)分别为信号检测引脚,当指针旋转一周时,PA-M与PB-M分别先

　　[0088]主控MCU检测与电子计量模块相接的输出信号引脚PA-M(主控MCU的第“43”脚)与

　　PB-M(主控MCU的第“44”脚)，若同时为低电平时，则判断为周边环境存在磁干扰现象。

　　[0089]5)电池供电模块(参见图7所示)，为主控MCU、无线通信模块、阀门控制模块和电子

　　[0090]电池供电模块的电池接入点VBAT，经稳压电路稳压后，接入图8所示的U1B芯片(内

　　置在主控MCU内的滤波电路)的四个引脚DVCC1、DVCC2、DVCC3与AVCC1进一步滤波后给主控

　　[0092]如图8所示，负责定期监测电池电压，出现欠压，及时告警。即主控MCU通过控制

　　BAT_EN(主控MCU的第“7”脚)高电平使能电池电压监测，再通过BAT_DEC(主控MCU的第“30”

　　[0094]如图9所示，负责完成充值成功或失败、预付费计量水表告警信息等提示用户。

　　[0096]安装有预付费应用软件(又称预付费APP)的移动终端，可以是用户使用的手机、平

　　[0097]该掌上终端通过扫描设置在预付费计量水表上代表该水表的唯一身份的地址码

　　即可与该预付费计量水表内的无线通信模块无线97国际官方网址互联。地址码可为二维码、条形码或RFID

　　(无线]该掌上终端内置有图像识别软件，当将其对准预付费计量水表机械字轮读数窗口

　　进行拍照后，掌上终端即可将一组机械字轮读数转换为数字信息并发送给该预付费计量水

　　[0099]掌上终端与预付费计量水表完成无线互联后，预付费计量水表内主控MCU通过控

　　制BAT_EN高电平使能电池电压监测，再通过BAT_DE采样电池电压，采样获取的电压与预警

　　下限值对比，低于下限值则产生欠压告警状态，主控MCU检测阀门到位检测信号引脚OFF-M

　　与ON-M,若同时为高电平，则判断阀门状态异常，主控MCU检测计量模块传感器U10与U11的

　　输出信号引脚PA-M与PB-M电平信号若同时为低电平，即两个磁传感器信号同时检测到磁信

　　号，则判断为环境磁干扰状态；状态检测完成后，预付费计量水表内的无线通信模块将该预

　　付费计量水表包含电池欠压状态、阀门异常状态和环境磁干扰状态在内的运行状态信息发

　　[0101]可以是内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线网络、基于光纤通道的存储区域

　　网络(SAN)和以太网中的一个或多个。其作用是将预付费计量水表、掌上终端与后台水务管

　　[0103]对物联网中的若干预付费计量水表的使用状态、充值管理和数据统计进行监督管

　　[0104]后台水务管理中心根据预付费计量水表在若干充值周期内的脉冲电子累积计数

　　值与机械字轮读数值之间出现的计数误差决定是否更换该预付费计量水表，或者在该预付

　　费计量水表前加装止回阀，以解决因水锤或管网压力不足引起水表倒转造成的电子计量模

　　[0106]1)底数(即脉冲电子累积计数值与机械字轮读数)及时同步，掌上终端每次充值时

　　通过拍照图像处理后，获取水表窗口机械字轮读数，通过无线通信将底数设置到表端，保证

　　电子读数(即脉冲电子累积计数值)与窗口读数(即机械字轮读数)及时同步，解决IC卡水表

　　[0107]2)在线充值，用户通过掌上终端线上支付，即充即用，方便用户快速充值，解决了

　　[0108]3)用户绑定，用户采用掌上终端，扫描表面板二维码、条形码或RFID，实现终端用

　　[0109]4)远程抄表与远程监控，物联网预付费计量水表充值时表端数据与状态信息及时

　　上传到后台，方便水司财97国际官方网址务结算与大数据管理，实现对水表用量远程抄收与运行状态远程

　　[0110]5)性价比更高，本发明的预付费计量水表无需IC卡、读卡器与LCD，成本更低；

　　[0111]6)用量信息及时查询，用户可随时通过掌上终端查询已绑定水表，查询用水量、历

　　[0112]7)大数据分析提高用户体验，即用户每次充值机电同步时，后台均记录其当前机

　　电误差与状态信息，对多次出现机械读数与电子读数相差较大用户，建议在表前安装止回

　　阀，若电池欠压则安排维护人员及时更换电池，改善用户体验，解决IC卡水表因状态与表读

　　[0113]8)预购量补退，即若预付费计量水表因管道压力不足、水锤与自转等现象导致表

　　端电子计量数值与预付费计量水表机械字轮计数值出现正或负偏差时，预付费计量水表则

　　会根据用户预购水量出现对应提前或推迟关阀门，即对用户预购量的多扣或少扣；待用户

　　执行下一次预付费充值时，掌上终端获取预付费计量水表机械字轮计数值，并与上一期机

　　械字轮计数值及上期预充水量比对后得出应补退预购水量，此时掌上终端将应补退水量与

　　本期用户预充水量一起充入预付费计量水表，彻底解决机电误差引起的用户消费不公平问

　　[0115]采用本发明所述基于物联网的预付费水表系统，按以下步骤预付费(参见图2所

　　[0117]主控MCU(图3中标为U1A)上电先初始化电子计量模块(即METER计量部分)和无线，然后进入低功耗省电状态。

　　[0118]用户或管理人员采用下载有预付费APP的包含手机、专用移动终端在内的掌上终

　　端，对预付费计量水表包含印刷在表盘上的二维码、条形码或绑定的RFID在内的地址码进

　　行扫描，获取地址码等相关信息进行配对，以完成所述掌上终端与该预付费计量水表的无

　　线]预付费计量水表将存储在其中的上一充值周期结束时累积的脉冲电子累积计数

　　值及表端电池电压状态、阀门状态与环境磁干扰状态等运行状态信息上传送给掌上终端；

　　[0121]掌上终端对预付费计量水表窗口上的当前机械字轮读数进行拍照，然后该掌上终

　　端通过其内的图像识别软件从图片中提取预付费表端机械字轮读数，并将此机械字轮读数

　　[0123]预付费计量水表内的主控MCU将上一充值周期结束时累积的脉冲电子累积计数值

　　更新为通过无线通信模块从掌上终端获取的当前的机械字轮读数，更新后的脉冲电子累积

　　[0125]掌上终端获取预付费计量水表机械字轮读数，并与上一期机械字轮读数及上期预

　　充水量比对后得出应补退预购水量，此时掌上终端将应补退水量与本期用户预充水量一起

　　[0127]主控MCU根据用水预充量的存入，控制阀门正确动作，水表正常供水，向阀门控制

　　模块发出启动该预付费计量水表工作的指令，同时，预付费计量水表内的电子计量模块在

　　[0129]将更新后的脉冲电子累积计数值及表端状态信息通过无线通信模块、掌上终端、

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