水表远程抄表方法、系统及智能水表.pdf

本发明提供一种不依附于互联网、安全性较高，而且不需要过多的IP地址，不需要过多的移动通信账号资源，成本较低的水表远程抄表系统，抄表方法以及应用于该抄表系统的智能电能表。采用本发明后，不依附于互联网，因此网络黑客不易侵入，安全性较高，而且不需要过多的IP地址，一个移动通信账号之下可以连接较多的智能水表，因此占用移动通信账号资源较少，而且不需要每个智能水表上都安装移动通信模块（如GSM模块），成本较低。

权利要求书一种水表远程抄表方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤（1），服务器通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送抄表命令，抄表命令中包括各信号集约收发器下的智能水表的地址和水表数据项信息；
步骤（2），信号集约收发器接收到抄表命令后根据智能水表的地址和水表数据项信息，通过有线数据传输方式采集该智能水表中的与水表数据项相对应的水表数据；
步骤（3），若采集成功，则信号集约收发器将采集到的水表数据通过无线公共网络发送给信号收发器，若采集不成功，则信号集约收发器则将故障信息通过无线公共网络发送给信号收发器；
步骤（4），信号收发器将水表数据或故障信息传给服务器。
根据权利要求1所述的水表远程抄表方法，其特征在于：它还包括以下步骤：
步骤（5）、若服务器需要控制用户用水的通断，则通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送控制命令，控制命令中包括信号集约收发器下的智能水表的地址和通断指令；
步骤（6）、信号集约收发器接收到控制命令后根据智能水表的地址和通断指令通过有线连接的方式将通断指令传输至该智能水表，智能水表根据通断指令控制用户供水阀门的通断；
步骤（7）、信号集约收发器将控制是否成功的信息通过无线公共网络发送给信号收发器，信号收发器将该信息传给服务器。
根据权利要求1或2所述的水表远程抄表方法，其特征在于：所述信号收发器与多个信号集约收发器进行无线数据传输，所述信号集约收发器与多个智能水表进行有线数据传输，所述每个信号集约收发器的地址以及信号集约收发器下的每个智能水表的地址均存储在服务器中。
根据权利要求3所述的水表远程抄表方法，其特征在于：所述服务器向每个信号集约收发器发送抄表命令是各自单独定时发送的。
一种水表远程抄表系统，其特征在于：它包括：
服务器，用于存储智能水表的地址以及通过信号收发器向智能水表发送抄表命令或控制命令，接收水表数据；
信号收发器，与服务器连接，与信号集约收发器通过无线公共网络进行无线数据传输；
信号集约收发器，与智能水表有线连接，用于接收抄表命令或控制命令，并通过有线数据传输接收智能水表的水表数据、故障信息或控制回复信息；
智能水表，用于采集水表数据，将水表数据传输给信号集约收发器，并用于通断用户供水阀门。
一种智能水表，其特征在于：它包括光电计数电路、信号控制电路及阀门控制电路，所述光电计数电路与信号控制电路连接，所述信号控制电路与阀门控制电路连接。
根据权利要求6所述的智能水表，其特征在于：所述光电计数电路包括光电转盘、光电接收模块、发光模块、计数模块、显示模块及叶轮，所述叶轮通过转轴与光电转盘连接，所述发光模块设在靠近光电转盘的一个端面的位置，所述光电接收模块设在靠近光电转盘的另一个端面的位置，所述光电转盘上开有转动时能使发光模块发出的光透过并照射到光电接收模块上的通孔，光电接收模块与计数模块连接，计数模块与显示模块连接；发光模块一直发出亮光，用户用水时，叶轮转动，从而带动光电转盘转动，当光电转盘上的通孔转到发光模块的位置时，光透过通孔照在光电接收模块上，光电接收模块接收到光照就发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块进行脉冲计数，若通孔为一个则一个脉冲表示光电转盘转动一圈，若通孔为两个则两个脉冲表示光电转盘转动一圈，计数模块通过计算脉冲数而检测用户用水量，并将用水量在显示模块中显示。
根据权利要求6所述的智能水表，其特征在于：所述信号控制电路包括微处理器、时钟控制模块、信号收发模块及接口模块，所述微处理器分别与计数模块、时钟控制模块、信号收发模块连接，所述信号收发模块与接口模块连接；时钟控制模块提供时间信息给微处理器，微处理器接收到计数模块发出的用水量数据，将用水量数据通过信号收发模块处理之后发送给接口模块，从而通过有线传输至信号集约收发器。
根据权利要求6所述的智能水表，其特征在于：所述阀门控制电路分别与内藏阀门以及微处理器连接；微处理器通过信号收发模块接收到通断指令后，通过控制阀门控制电路来控制内藏阀门，从而实现通断用户供水阀门。
根据权利要求7所述的智能水表，其特征在于：所述发光模块上设有发光器，所述发光器设在光电转盘转动时通孔的运动轨迹所对应的位置，所述光电接收模块上设有感光器，所述感光器设在与发光器垂直于光电转盘对应的位置。当通孔转动到发光器、通孔和感光器三者在一条直线上时，感光器接收到发光器的光照，光电接收模块发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块根据脉冲数计算用水量。

说明书水表远程抄表方法、系统及智能水表
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体讲是一种水表远程抄表方法、系统及智能水表。
背景技术：
目前用于水表的远程抄表方式一般有以下3种：
1、RS485总线抄表方式，如图4所示为一种总线制电表、水表及燃气表三表抄表系统，它的水表抄表系统是由智能水表+数据采集终端+计算机管理中心+互联网组成一个水表抄表网络，这种技术目前比较成熟，在维护和施工方便都有完整的执行体系，但是它的缺点也很明显，它是采用有线网的形式进行传输数据，布线较为复杂，成本较高、施工复杂、工程量大，而且在难以布线的地方也难以应用，而且每个通信环节都需要有IP地址，由于和互联网连接容易遭黑客侵袭篡改用户数据，安全性较差。
2、如图5是一种无线局域网加互联网组成的电表、水表及燃气表的远程抄表网络，在这种网络中水表与家庭网关之间是以点对点的形式进行无线通信，属于典型的无线局域网，家庭网关通过网卡与互联网连接，这样自来水公司就通过互联网对水表进行抄表，它的缺陷在于：每个用户必须联网，或者通过设置小区服务器，每个用户与小区服务器连接，小区服务器联上互联网，这样就同样存在管理成本和器材成本较高的问题，而且每个通信环节都需要有IP地址，同样要与互联网连接，容易遭黑客侵袭篡改用户数据，安全性较差。
3、如图6是一种采用移动通信模块进行电表、水表及燃气表的抄表方法，它采用GSM模块直接装在水表中，通过移动公网直接与自来水公司进行数据传输的抄表方法，这种方法需要在每个水表中安装GSM模块，也就是每个水表都需要一个单独的账户，这不但需要大量的GSM模块，更需要大量的移动通信账号，成本较好，而且占用移动账号资源，账号资源自然会成为移动通信发展的瓶颈，可行性太低。
4、还有一种是采用微型摄像头对准水表计数器，然后通过视频电缆将录像信号传输到自来水公司实现远程集中抄表。这种方法需要的器材更多，成本过于昂贵，更不可取。、
综上所述，按照目前物联网的要求，现在急需一种不依附于互联网、安全性较高，而且不需要过多的IP地址，不需要过多的移动通信账号资源，成本较低的水表远程抄表系统，抄表方法以及应用于该抄表系统的智能水表。
发明内容：
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种不依附于互联网、安全性高，而且不需要过多的IP地址，不需要过多的移动通信账号资源，成本较低的水表远程抄表方法、系统及智能水表。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种水表远程抄表方法，它包括以下步骤：
步骤（1），服务器通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送抄表命令，抄表命令中包括各信号集约收发器下的智能水表的地址和水表数据项信息；
步骤（2），信号集约收发器接收到抄表命令后根据智能水表的地址和水表数据项信息，通过有线数据传输方式采集该智能水表中的与水表数据项相对应的水表数据；
步骤（3），若采集成功，则信号集约收发器将采集到的水表数据通过无线公共网络发送给信号收发器，若采集不成功，则信号集约收发器则将故障信息通过无线公共网络发送给信号收发器；
步骤（4），信号收发器将水表数据或故障信息传给服务器。
所述信号收发器与多个信号集约收发器进行无线数据传输，所述信号集约收发器与多个智能水表进行有线数据传输，所述每个信号集约收发器的地址以及无线信号收发器下的每个智能水表的地址均存储在服务器中。
采用本发明后具有以下优点：
采用这种水表远程抄表方法，智能水表与信号集约收发器之间采用有线连接进行数据传输，这样一栋楼可以装一个信号集约收发器，连接该楼中的每家每户的智能水表，这种排线在现有技术中建筑时方便地实现，成本较低，信号集约收发器和信号收发器通过无线公共网络连接，如通过在信号集约收发器和信号收发器中均安装GSM模块，两者通过移动公网进行无线数据传输，信号收发器直接与自来水公司中的服务器连接，将抄表数据传到服务器中，完成抄表，如果智能水表出现故障，服务器中还能够获知智能水表的故障信息。采用这种方法，不依附于互联网，因此网络黑客不易侵入，安全性较高，而且不需要过多的IP地址，一个移动通信账号之下可以连接较多的智能水表，因此占用移动通信账号资源较少。
作为改进，它还包括服务器对智能水表的控制方法，步骤如下：
步骤（5）、若服务器需要对用户的智能水表进行控制，则通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送控制命令，控制命令中包括信号集约收发器下的智能水表的地址和控制指令，所述控制指令为警告信息或者通断指令；
步骤（6）、信号集约收发器接收到控制命令后根据智能水表的地址和控制指令通过有线连接的方式将控制指令传输至该智能水表，智能水表根据控制指令进行动作，若控制指令为警告信息，则进行报警，若控制指令为通断指令，则控制用户供水管道的通断；
步骤（7）、信号集约收发器将控制是否成功的信息通过无线公共网络发送给信号收发器，信号收发器将该信息传给服务器。
采用这种方法，服务器还能实现向用户发送警告以及控制用户供水管道通断的功能。
作为改进，所述服务器向每个信号集约收发器发送抄表命令是各自单独定时发送的。采用这种方法，信号收发器向每个信号集约收发器发送抄表命令的时间是由自来水公司自行设定的，自来水公司可以设定在不同的时间发送抄表命令，以错开抄表时间，以防网络拥堵。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种水表远程抄表系统，它包括：
服务器，用于存储智能水表的地址以及通过信号收发器向智能水表发送抄表命令或控制命令，接收水表数据；
信号收发器，与服务器连接，与信号集约收发器通过无线公共网络进行无线数据传输；
信号集约收发器，与智能水表有线连接，用于接收抄表命令或控制命令，并通过有线数据传输接收智能水表的水表数据、故障信息或控制回复信息；
智能水表，用于采集水表数据，将水表数据传输给信号集约收发器，并用于通断用户供水管道。
采用这种系统，智能水表与信号集约收发器之间采用有线连接进行数据传输，这样一栋楼可以装一个信号集约收发器，连接该楼中的每家每户的智能水表，这种排线在现有技术中建筑时方便地实现，成本较低，信号集约收发器和信号收发器通过无线公共网络连接，如通过在信号集约收发器和信号收发器中均安装GSM模块，两者通过移动公网进行无线数据传输，信号收发器直接与自来水公司中的服务器连接，将抄表数据传到服务器中，完成抄表，如果智能水表出现故障，服务器中还能够获知智能水表的故障信息。采用这种方法，不依附于互联网，因此网络黑客不易侵入，安全性较高，而且不需要过多的IP地址，一个移动通信账号之下可以连接较多的智能水表，因此占用移动通信账号资源较少。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种智能水表，它包括光电计数电路、信号控制电路及阀门控制电路，所述光电计数电路与信号控制电路连接，所述信号控制电路与阀门控制电路连接。
这种智能水表是利用光电转换的原理来进行水表用水量的计数的，非常简单地将用水量转换成数据信息，结构简单，成本低，计量准确，而且如果用在现有水表的改造时，不需要改变现有水表的结构，直接在现有水表上增加一块电路板即可，改造也非常方便，成本低。
所述光电计数电路包括光电转盘、光电接收模块、发光模块、计数模块、显示模块及叶轮，所述叶轮通过转轴与光电转盘连接，所述发光模块设在靠近光电转盘的一个端面的位置，所述光电接收模块设在靠近光电转盘的另一个端面的位置，所述光电转盘上开有转动时能使发光模块发出的光透过并照射到光电接收模块上的通孔，光电接收模块与计数模块连接，计数模块与显示模块连接；发光模块一直发出亮光，用户用水时，叶轮转动，从而带动光电转盘转动，当光电转盘上的通孔转到发光模块的位置时，光透过通孔照在光电接收模块上，光电接收模块接收到光照就发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块进行脉冲计数，若通孔为一个则一个脉冲表示光电转盘转动一圈，若通孔为两个则两个脉冲表示光电转盘转动一圈，计数模块通过计算脉冲数而检测用户用水量，并将用水量在显示模块中显示。
所述信号控制电路包括微处理器、时钟控制模块、信号收发模块及接口模块，所述微处理器分别与计数模块、时钟控制模块、信号收发模块连接，所述信号收发模块与接口模块连接；时钟控制模块提供时间信息给微处理器，微处理器接收到计数模块发出的用水量数据，将用水量数据通过信号收发模块处理之后发送给接口模块，从而通过有线传输至信号集约收发器。
所述阀门控制电路分别与内藏阀门以及微处理器连接；微处理器通过信号收发模块接收到通断指令后，通过控制阀门控制电路来控制内藏阀门，从而实现通断用户供水阀门。
所述发光模块上设有发光器，所述发光器设在光电转盘转动时通孔的运动轨迹所对应的位置，所述光电接收模块上设有感光器，所述感光器设在与发光器垂直于光电转盘对应的位置。当通孔转动到发光器、通孔和感光器三者在一条直线上时，感光器接收到发光器的光照，光电接收模块发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块根据脉冲数计算用水量。
附图说明：
图1是本发明水表远程抄表系统的结构示意图；
图2是本发明智能水表的方框原理图；
图3是本发明智能水表的结构示意图；
图4为现有技术中三表总线制抄表系统的结构示意图；
图5为现有技术中三表的无线局域网抄表系统的结构示意图；
图6为现有技术中三表通过移动通信模块进行抄表的抄表系统的结构示意图；
如图所示：1、智能水表，1.1、光电转盘、1.1.1、通孔，1.2、光电接收模块，1.2.1、感光器，1.3、发光模块，1.3.1、发光器，1.4、转轴，1.5、叶轮，2、信号集约收发器，3、三芯铜胶线，4、信号收发器，5、服务器。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图说明对本发明做详细说明：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种水表远程抄表方法，它包括以下步骤：
步骤（1），服务器通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送抄表命令，抄表命令中包括各信号集约收发器下的智能水表的地址和水表数据项信息；本实施例中信号收发器中设有GSM模块，信号集约收发器中也装有GSM模块，它们两者之间通过GPRS/GSM移动通信网进行数据传输；
步骤（2），信号集约收发器接收到抄表命令后根据智能水表的地址和水表数据项信息，通过有线数据传输方式采集该智能水表中的与水表数据项相对应的水表数据；本实施例中，信号集约收发器通过三芯铜胶线和I/O端口与智能水表连接，信号集约收发器接收到抄表命令后，根据命令中的智能水表的地址查询到智能水表，并将水表数据项信息传输给智能水表，智能水表根据水表数据项信息填写水表数据，例如：用户用水量、时间等信息，并通过三芯铜胶线发送给信号集约收发器；
步骤（3），若采集成功，则信号集约收发器将采集到的水表数据通过无线公共网络发送给信号收发器，若采集不成功，则信号集约收发器则将故障信息通过无线公共网络发送给信号收发器；若采集不成功，说明智能水表故障，智能水表则把故障信息通过有线连接发给信号集约收发器，信号集约收发器则将故障信息和故障智能水表的地址，通过无线公共网络发给信号收发器；
步骤（4），信号收发器将水表数据或故障信息传给服务器。这样服务器就完成对用户智能水表的抄表，或者获取该用户智能水表故障的信息。
所述信号收发器与多个信号集约收发器进行无线数据传输，所述信号集约收发器与多个智能水表进行有线数据传输，所述每个信号集约收发器的地址以及无线信号收发器下的每个智能水表的地址均存储在服务器中。
作为改进，它还包括服务器对智能水表的控制方法，步骤如下：
步骤（5）、若服务器需要对用户的智能水表进行控制，则通过信号收发器以及无线公共网络向信号集约收发器发送控制命令，控制命令中包括信号集约收发器下的智能水表的地址和控制指令，所述控制指令为警告信息或者通断指令；
步骤（6）、信号集约收发器接收到控制命令后根据智能水表的地址和控制指令通过有线连接的方式将控制指令传输至该智能水表，智能水表根据控制指令进行动作，若控制指令为警告信息，则进行报警，若控制指令为通断指令，则控制用户供水阀门的通断；报警可以为声光报警，智能水表控制用户供水阀门通断是通过控制内藏阀门来实现。
步骤（7）、信号集约收发器将控制是否成功的信息通过无线公共网络发送给信号收发器，信号收发器将该信息传给服务器。
采用这种方法，服务器还能实现向用户发送警告以及控制用户供水阀门通断的功能。
作为改进，所述服务器向每个信号集约收发器发送抄表命令是各自单独定时发送的。采用这种方法，信号收发器向每个信号集约收发器发送抄表命令的时间是由自来水公司自行设定的，自来水公司可以设定在不同的时间发送抄表命令，以错开抄表时间，以防网络拥堵。例如：服务器中设置信号收发器向某个信号集约收发器定时在每个月10号10点发送抄表命令，设置向另一个信号集约收发器定时在每个月10号11点发送抄表命令，等等这样可以错开抄表时间，防止网络拥堵。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种水表远程抄表系统，如图1所示，它包括：服务器5，用于存储智能水表的地址以及通过信号收发器4向智能水表1发送抄表命令或控制命令，接收水表数据；本实施例中服务器5为计算机。
信号收发器4，与服务器连接，与信号集约收发器2通过无线公共网络进行无线数据传输；本实施例中，信号收发器4上装有一个GSM模块，用于跟信号集约收发器通过移动公网进行数据传输。
信号集约收发器2，与智能水表1有线连接，用于接收抄表命令或控制命令，并通过有线数据传输接收智能水表的水表数据、故障信息或控制回复信息；所述信号集约收发器还包括微处理器、电源、无线信号收发模块以及可编程I/O端口，所述电源与微处理器、可编程I/O端口和无线信号收发模块连接，所述微处理器分别与可编程I/O以及无线信号收发模块连接。可编程I/O端口通过三芯铜胶线3可与多个智能水表1有线连接，所述无线信号收发模块本实施例中采用GSM模块，信号集约收发器2与信号收发器4通过GSM模块进行无线数据传输。
智能水表1，用于采集水表数据，将水表数据传输给信号集约收发器2，并用于通断用户电源。同一个信号集约收发器2可以接多个智能水表1。例如一栋楼中装一个信号集约收发器2，这样这栋楼中的每户的智能水表1都可以通过排线连接到信号集约收发器2上，这种排线在现有技术中很容易就可以实现。
采用这种系统，智能水表与信号集约收发器之间采用有线连接进行数据传输，这样一栋楼可以装一个信号集约收发器，连接该楼中的每家每户的智能水表，这种排线在现有技术中建筑时方便地实现，成本较低，信号集约收发器和信号收发器通过无线公共网络连接，如通过在信号集约收发器和信号收发器中均安装GSM模块，两者通过移动公网进行无线数据传输，信号收发器直接与自来水公司中的服务器连接，将抄表数据传到服务器中，完成抄表，如果智能水表出现故障，服务器中还能够获知智能水表的故障信息。采用这种方法，不依附于互联网，因此网络黑客不易侵入，安全性较高，而且不需要过多的IP地址，一个移动通信账号之下可以连接较多的智能水表，因此占用移动通信账号资源较少。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种智能水表，如图2所示：它包括光电计数电路、信号控制电路及阀门控制电路，所述光电计数电路与信号控制电路连接，所述信号控制电路与阀门控制电路连接。
这种智能水表是利用光电转换的原理来进行水表用水量的计数的，非常简单地将用水量转换成数据信息，结构简单，成本低，计量准确，而且如果用在现有水表的改造时，改造非常方便，成本低。
包括光电转盘1.1、光电接收模块1.2、发光模块1.3、计数模块、显示模块及叶轮1.5，所述叶轮1.5通过转轴1.4与光电转盘1.1连接，叶轮1.5转动时带动光电转盘1.1转动，水表中，用户用水时，叶轮1.5转动这种结构为现有技术，故不详述，所述发光模块1.3设在靠近光电转盘1.1的一个端面的位置，本实施例中，感应转盘1.1为水平设置，发光模块1.3设在感应转盘1.1的下方的水表表壳内，光电接收模块1.2设在感应转盘1.1的下方的水表表壳内，当然也可以是发光模块1.3设在感应转盘1.1的上方，光接收模块1.2设在感应转盘1.1的下方，所述光电接收模块1.2设在靠近光电转盘1.1的另一个端面的位置，所述光电转盘1.1上开有转动时能使发光模块1.3发出的光透过并照射到光电接收模块1.2上的通孔，光电接收模块1.2与计数模块连接，计数模块与显示模块连接；发光模块1.3一直发出亮光，用户用水时，叶轮1.5转动，从而通过转轴1.4带动光电转盘1.1转动，当光电转盘1.1上的通孔1.1.1转到发光模块1.3的位置时，光透过通孔1.1.1照在光电接收模块1.2上，光电接收模块1.2接收到光照就发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块进行脉冲计数，若通孔1.1.1为一个，则光电转盘1.1转动一圈时，光电接收模块1.2会接收到一次光照，发出一个脉冲，表示光电转盘1.1转动一圈，若通孔1.1.1为两个则光电转盘1.1转动一圈时，光电接收模块1.2会接收到两次光照，发出两个脉冲表示光电转盘转动一圈，依次类推，计数模块通过计算脉冲数而检测用户用水量，并将用水量在显示模块中显示。
所述信号控制电路包括微处理器、时钟控制模块、信号收发模块及接口模块，所述微处理器分别与计数模块、时钟控制模块、信号收发模块连接，所述信号收发模块与接口模块连接；时钟控制模块提供时间信息给微处理器，微处理器接收到计数模块发出的用水量数据，将用水量数据通过信号收发模块处理之后发送给接口模块，从而通过有线传输至信号集约收发器。所述智能水表的测量的电路的供电是由接口模块通过三芯铜胶线跟信号集约收发器连接，从而从信号集约收发器供电，三芯铜胶线的一路是信号线，一路是电源线，一路是接地线，因此就算是用户家里电路停电，也可以进行抄表。
所述阀门控制电路分别与内藏阀门以及微处理器连接；微处理器通过信号收发模块接收到通断指令后，通过控制阀门控制电路来控制内藏阀门，从而实现通断用户供水阀门。
所述发光模块1.2上设有发光器1.2.1，所述发光器1.2.1设在光电转盘1.1转动时通孔1.1.1的运动轨迹所对应的位置，所述光电接收模块1.3上设有感光器1.3.1，所述感光器1.3.1设在与发光器1.2.1垂直于光电转盘1.1对应的位置。即当通孔1.1.1转动到发光器1.2.1、通孔1.1.1和感光器1.3.1三者在一条直线上时，感光器1.3.1接收到发光器1.2.1的光照，光电接收模块1.3发出一次脉冲信号给计数模块，计数模块根据脉冲数计算用水量。