基于“互联网+”的预付用水管理系统的探讨

吴尚喆+张景天+李玲知+赵晏

【摘要】该系统是一款基于移动互联网的预付费用水管理系统。系统由水量采集模块、蜂鸣器报警模块、电磁阀控制模块、zigbee无线通讯模块、wifi连网模块及业务管理网站六部分组成，能够通过手机等移动设备对城市各类用水进行实时监测及网上购水；且本系统采用“先缴费，后用水”的管理模式，当余额不足时进行智能提醒与控制，实现水资源的智能管理，增强用水户节水意识，提高水资源利用效率。

【关键词】移动互联网；实时监测；网上购水

【Abstract】The system is a mobile Internet prepaid water management system. System consists of water collection module， buzzer alarm module， solenoid valve control module， zigbee wireless communication module， wifi networking module and business management website composed of six parts， through mobile phones and other mobile devices for real-time monitoring of urban water use and online Purchase water； and the system adopts the management mode of "pay first， use water later". When there is not enough balance， the system will remind and control it intelligently to realize the intelligent management of water resources and enhance the water-saving awareness of water users and improve the utilization efficiency of water resources.

【Key words】Mobile Internet；Real-time monitoring；Online purchase of water

1. 我国的水资源情况

中国是一个水资源严重短缺的国家。淡水资源总量为28000亿m3，人均只有2200m3，仅为世界平均水平的1/4，随着经济的发展、人口的增加、社会的进步、工农业和城市用水量的激增，水资源供需矛盾日益突出。

2. 实现精细化管理的必要性

传统水费管理面临着用水观念陈旧、技术瓶颈制约等问题，“一户一表，抄表到户”更是影响着阶梯水价的推行。统一更换智能水表又存在成本高，工作量大，布线困难等诸多问题。而采用先付费后用水的收费方式，分时段计费，达到了水資源合理配置的目的，用水户可网上查询水量、缴纳水费，符合互联网发展的大趋势，极大地方便了管理部门和用水户，推进了国家阶梯水价的实行，符合未来管道用水管理的发展方向。因此，寻求一款便于用水量统计和缴费的用水管理系统势在必行。

3. 系统工作原理

安装在住户家中主管道内的水量采集装置与zigbee通讯模块构成节点，定

时对用水量数据进行采集，并与所在单元楼的路由器进行通信，将数据通过zigbee网络上传至协调器，协调器再将数据汇总通过wifi连入互联网发送到服务器，实现在服务器对所有流量数据的实时监测，按时段及阶梯水价标准计算费用，用户可通过计算机或移动设备访问网络进行查询及缴费，当某一用户用水金额下降到一定值时，报警装置会进行相应报警，如超过用水金额，电磁阀自动关闭，切断供水，缴费后电磁阀自动开启进行供水。系统传输部分流程图如图1（系统传输流程图见图1）。

4. 系统结构设计

系统硬件部分由电磁阀、控制装置、水流量传感器、协调器及网关组成。每一个控制装置为一个节点，理论上组网内可同时拥有65000个节点，可实现多节点实时数据的采集与管理。

4.1电磁阀采用直动式常闭电磁阀，平常为通电状态，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；当断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，达到通断水流的作用。

4.2水流量传感器采用基于霍尔效应的涡轮流量传感器，当有水流经过时，传感器的磁性转子转动，在霍尔效应下产生脉冲信号，通过调理与微处理器的处理，达到水量数据采集的作用。

4.3控制装置选择zigbee作为无线通讯的核心。zigbee在实际使用中存在以下五个优点：（1）安装简易；（2）维护简单；（3）无线自动组网；（4）双向通讯；（5）低功耗、低成本。zigbee模块采用TI公司的CC2530，是一种集成了MCU（单片机）+射频收发模块的SOC（系统级芯片），能够实现对水流量传感器采集的数据的处理和无线通讯、电磁阀的通断控制以及蜂鸣器的控制。蜂鸣器与zigbee模块连接内置于控制装置中。

4.4本系统采用wifi这一使用方便且普及度高的通讯方法作为接入互联网的网络。采用ESP8266芯片制作wifi网关接入可用wifi网络，使用TCPClient模式通过internet实现与服务器的无线通讯。

5. 功能设计

功能设计整套系统具备以下四个功能：

（1）水量数据实时监测：当用水户用水时，控制装置接收并处理水流量传感器采集的流量数据，定时通过协调器及网关传输到服务器，管理部门通过访问网页或管理后台实时查询用水户各时刻用水数据，方便统一监测管理，用水户也可通过移动设备上的微信公众平台一键查询用水详单。

（2）余额不足自动提醒：当某一用户余额不足10元（可根据实际情况进行设置）时，服务器会向控制装置发送指令，控制蜂鸣器发出声音，提醒用户注意用水并按时缴费。

（3）智能控制供水断水：当某一用户余额为0时，服务器会向控制装置发送指令，控制电磁阀断电闭合，强迫用户停止用水。

（4）通过移动互联网将水资源、用水户、管理部门紧密联系在一起，用水户及管理部门均可在任何有网络覆盖的地方使用计算机或手机等移动设备进行水量数据的实时监测查询及网上缴费，同时数据长期存放于服务器，防止数据丢失。

6. 应用前景

本基于移动互联网预付费用水管理系统响应国家推行阶梯水价与用水智能化管理的方针，符合用水管理的现代化发展趋势，实际使用中使用范围广，可适用于居民用水、行政事业用水、工商业及洗车等高用水行业的用水管理，整套系统采用无线设计，结构简单，成本较低，在实际推广中无需复杂改造，解决了国家实行阶梯水价政策及“一户一表”举措的推行难，成本高的实际性问题，具有良好的应用前景。

参考文献

[1]郭嵩.ZigBee无线抄表系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009：18～22.

[2]徐敏.基于霍尔转速传感器的速度信号采集电路的研究与设计[J].甘肃科技，2011，27（20）：33～35.

[3]焦继业.单片机嵌入式TCP/IP协议的研究与实现[D].西安：西安科技大学，2003：2～4.

[4]杨焕.智能手机移动互联网应用的界面设计研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[5]董琳.城市居民生活用水的阶梯式计量水价研究[D].西安：西安理工大学，2007：49～55.endprint