基于新一代信息技术的智能水表研究进展

王世吉

[中图分类号] TP273.5;TP391.r

[文献标志码]A

[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0069-02

Research Progress oflntelligent Water Meter Based on New

Generation Information Technology

Wang Shi-ji

[ Abstract] Water meter has a history of nearly 200 years， which can be traced back to the late industrial revolution in the first time， xvhile theuse and production of water meter in China started late. With the deepening of reform and opening up， China's economic construction continues todevelop at a high speed， and the water meter industry also develops rapidly. The number of enterprises and total output have more than doubled. At thesame time，a variety of intelligent water meters， water merer reading systems and other products have also begun to rise. In today's era， with the adventof microelectronics and Sg Intemet era， the intelligent water meter represented by embedded system comes out in the cwil market. Compared with thetraditional water meter， which only has the design of flow collection and mechanical pointer water consumption display， the intelligent water meter hasmany obvious advantages. This paper takes the research direction of household intelligent water meter as the background， and takes the new generationof electronic information technology of embedded system， sensor detection and Internet of things as the guidance. On the basis of learning from thedevelopment of existing intelligent water meters， this paper further srudies the landing scenarios of different fields and needs.

[ Keywords] embedded system; intelligent water meter; sensor detection; Intemet ofthings

水表這一毫不起眼的计量装置在城市自来水供应中扮演着重要角色，在能源领域和国计民生中起到至关重要的作用。近些年来，“互联网+”模式一直被社会各界广泛关注，“互联网+水电煤”就很好地为城市能源建设和管理以及服务居民日常能源供应、监管提供了有效的解决方案，这无疑驱使着传统机械水表向电子化、智能化升级。所谓“智能水表”在IS04064-2005中被称为“带电子装置的水表”，它有别于以新型流量传感技术为特征的“电子水表”。“带电子装置的水表”以速度式或容积式机械水表为基表，增加了电子部件和网络设备，具有流量信号的传感采集、运算处理、传输与统计等功能，以满足水表自动抄读与水费收缴的需要。

智能水表的普及无论是住户还是自来水集团，都带来了巨人的经济效益和前所未有的使用价值，利用5G互联网终端也就是水表本身可做到实时流量计量，用户可以在手机等移动端进行查询、缴费操作等，可以解决自来水集团的工作人员和物业挨家挨户查水表的繁琐工作，从而极大地提高数据的采集和运行效率。据调查统计，市场上的绝大多数智能水表全部采用嵌入式系统设计，其具有能耗低、成本低的优点，并且高精度传感器能有效提高测量精确度，其次，高性能的芯片和微处理器加上强有力的智能算法，可以对进出水量做到优化控制，不但真正有效地实现节约用水，还可以为住户在用水上节省不必要的花费。

1 基于新一代信息技术的智能水表研究进展

1.1 针对智能水表的现阶段缺陷分析

智能水表从发展之初到如今已有近20a的时间了，在智能水表实际应用过程中，受到多方面因素的影响与限制，存在不少的问题，直接影响了智能水表的应用效果。据《环球表计》统计，智能水表在供电电池的选择和使用、信号采样、硬件保护、抗射频干扰等问题是智能水表的现实状况，从这个角度讲，对智能水表认识的盲区，是甘前智能水表所存在的致命性死穴，也是仍解决的问题。

综上所述，可以看出智能水表的硬件部分是脆弱的，而智能水表人多安置在潮湿、不透风的环境，如卫生间、厨房等地，这或许是智能水表使用缺陷的根本原因，潮湿的环境很容易影响电路板传感器精度，甚至会发生进水，造成电路板短路损坏。因此在这种相对较特殊的工作环境就要求智能水表外部严格密封，并且材料要做到防潮防水。不仅如此，考虑到智能水表的安全问题，一般智能水表不采用电源直接供电，从而电池供电上的问题也是智能水表存在的一人缺陷。苗琳[2]在原有的智能水表基础上设计了一种基于自备电源的新型智能水表。通过对能量转换模块和混合储能释放模块这两部分的设计和研究，以达到减小能量损耗和由电池因素带来的安全性影响的目的。认为能量转换模块土要是应用水流发电机将水流动力转换为电能供给蓄电池储能;混合储能释放模块是对蓄电池和超级电容器的混合储能供电方案进行设计和控制，这种应用“超级电容”的设计将解决智能水表在供电上的问题。

1.2 针对无线网络的智能水表研究

智能水表先后经历了从有线到无线，无线方案主要有ZigBee、GPRS、CDMA和小无线等。无线网络通过利用无线电波传输和接收数据，无须布设线，方便耐用。目前，工业物联网的全方而应用，据陈富光等人[3]提出的一种基于NB-IoT网络的无磁智能水表，通信部分采用NB-IoT窄带物联网技术，弥补了传统水表存在的缺陷，具有功耗低、成本低、安全级别高、可靠性强和信号覆盖范围广等优点，已在宁波、杭州、上海等地投入使用。

物联网的发展也是未来智慧化生活的发展趋势。物联网水表的应用解决了很多高层住宅的抄表难题，也提高中人型城市的抄表效率。物联网水表的J‘家也数不胜数，这个市场还是存在很人竞争力的，人们在购买物联网水表的时候也多了一种选择。

NB-IoT网络技术具有成本小、功耗低、容量人、覆盖广等特点，网络覆盖范围广且深，可在地下建筑实现数据通信，每个基站最多可容纳10万个网络设备的加入，为海量物联设备接入提供保障。吴应雨等人[4]在NB-IoT网络的应用基础上，结合STM32微控制器，采用STM32L476为主控制器、BC95为通信模块和RS485电子水表，设计了云平台用于转发数据，手机APP客户端用于！史时监测用户水量，实现水表、云平台、移动客户端三者之间的信息交互。测试结果表明，系统工作稳定，传输水量数据精确，为智能物业管理提供基础。

LoRa技术则是一项近几年才发布的而向无线传感网络与控制应用的通信技术，具有低功耗和传输距离远的特性，周巧仪和张智靓‘”的研究表明在不久的将来它将会在自动抄表领域占据土导地位，电是智能水表最有前途的发展方向。

1.3 针对智能水表传感器检测的研究

电子传感器的应用解决了用水量准确检测、远程数据采集等问题。钱碧波[6]提出了基于传感器测量的用水量检测技术，通过传感器采集和测量指针或者叶轮的数据，把测量信息转化成计量脉冲信号来测量水表中的水量，提升测量的精准性，实现信息的转换与传递。常见传感器类型有磁感传感器、电感式传感器和直读式传感器。

磁感式传感器是通过在叶轮上装设磁铁、微型干簧管等机构，叶轮在水流的冲击下转动，通过传感器由单片机处理将机械累计计量转化为电脉冲信号，以实现频率脉冲计数，从而测量出用水量;电感式传感器是通过采集振动信号的衰减规律来获得水量计量的。由于不需要采用磁激励，所以叶轮的机械阻尼相对较小，且具有很强的抗干扰性，可以适应不同的水质，因而被廣泛应用;直读式传感器主要分为光电式传感器和机械式传感器。光电式传感器是根据光的反射定律，将激光管的位置固定，通过接收齿轮齿上或齿轮槽内反射的激光脉冲并解调后变为电脉冲信号。正是这些传感器的应用，避免了入户超标的麻烦，提高了计量的精确性，电为智能水表的初期发展奠定了一定的基础。

2 结束语

伍志明等人[71曾提出传统水表向智能水表发展是必然趋势，认为我国智能水表经过十几年的发展、提高和改进，已为我国供水行业开发了一批有一定使用价值、能满足基本要求的智能水表和自动抄表系统产品，并在多年实践中积累了许多有益经已初步形成了比较完整的产品技术体系，诸多嵌入式电子和互联网技术的融合，使得在流量信号的传感采集、数据传输的可靠性和有效性以及产品的性价比与寿命等方面均取得了长足进步。

时至今日，趋于人数据、人工智能等新一代信息技术的到来，越来越多的国产智能水表投入到城市、乡村，甚至贫困地区，悄无声息地改变着一代又一代人饮水质量，推动着脱贫减贫战略和绿色可持续发展，造福人类。

参考文献

[1]崔卫民.智能水表的计量特性与应用现状[J]中国标准化，2019（14）：178-179

[2]苗琳一种基于自备电源的新型智能水表研究[D]贵阳：贵州大学，2009

[3]陈富光，王卉，封小刚.基于NB-IoT网络的无磁智能水表设计[J]

自动化与仪器仪表，2021 （1）：171-176

[4]吴应雨，陈运雷，葛知著，等基于NB-IoT和STM32的智能抄表系统设计[J]自动化技术与应用，2020，39 （12）：59-65

[5]周巧仪，张智靓.基于LoRa通信的水流蓄能智能水表设计[J]科技创新与应用，2019 （34）：35-36.

[6]钱碧波智能无线水表的检测技术研究[J]集成电路应用，2020，37 （10）：30-31

[7]伍志明，韦金兴.城镇智能水表使用前景分析[J]中国计量，2020 （2）：125

[8]韩树屏，李炬.智能水表的应用现状及前景展望[J]机械制造与自动化，2008 （4）：88-90

[9]王甲，阮景，张晓东一种光电式水表的设计方法[J]集成电路应用，2019 （4）：21-23

[10]际仲库，牛小民，张林生，等.基于三维矩阵光电读码电路的低功耗水表设计与实现[J]计算机测量与控制，2019 （4）：258-262