阅读说明：本技术 一种智能数据采集和自发电一体化装置及方法 (Intelligent data acquisition and self-generating integrated device and method ) 是由 赖涛 石安委 张秋镇 林凡 杨峰 于 2020-03-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及智能水表技术领域,公开了一种智能数据采集和自发电一体化装置及方法,智能数据采集和自发电一体化装置的表壳内设有叶轮盒,叶轮盒内设有叶轮,叶轮盒上设有磁性相反的第一磁体和第二磁体,当水流驱动叶轮转动时,叶轮驱动计数机构对用水量进行计数,同时,位于叶轮轴上的线圈随着叶轮转动而切割第一磁体和第二磁体之间的磁感线,从而产生感应电流,产生的感应电流经过换向片和电刷传输到电源管理模块中进行存储,避免了现有智能水表通过新增外置的发电机导致水压损失过大的问题。(The invention relates to the technical field of intelligent water meters and discloses an intelligent data acquisition and self-generating integrated device and a method.)

一种智能数据采集和自发电一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及智能水表技术领域，特别是涉及一种智能数据采集和自发电一体化装置及方法。

背景技术

随着水务信息化的发展，智慧水务平台在水务市场占的规模会越来越大，水厂自动化会慢慢向智慧水厂发展。智慧水务平台中对用户用水情况的监控是关键的一环，智能水表实现了远程抄表，在线监控数据采集的功能。但智能水表实现信息化的自动采集管控的过程需要电源为其供能，当原表自带储能电源电量用完后需人工进行电池更换，这样不仅维护成本高，同时也对用户的使用造成不方便。在现有技术中，一般通过新增外置微型发动机的方法，通过水流动能转化为电能为储能装置充电，但是，发明人在实施本发明的过程中，发现新增外置的发电机在工作过程中容易造成水表出水口的水压相比进水口的水压损失过大，而当水压损失过大时则无法应用于水表上。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种智能数据采集和自发电一体化装置，其能够避免现有智能水表通过新增外置的发电机导致水压损失过大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种智能数据采集和自发电一体化装置，包括表壳、叶轮、叶轮盒、线圈、电源管理模块、计数机构以及两个换向片，所述表壳上设有进水端和出水端，所述叶轮容置于所述叶轮盒内，所述叶轮盒容置于所述表壳内；其中，所述叶轮能在转动时驱动所述计数机构对用水量进行计数；

所述叶轮包括叶轮轴和多个叶片，多个所述叶片环设于所述叶轮轴的外侧壁上；所述叶轮盒上设有磁性相反的第一磁体和第二磁体，且所述第一磁体和所述第二磁体相对设置；

所述线圈绕设在所述叶轮轴上，所述线圈用于在所述叶轮转动时切割所述第一磁体和所述第二磁体之间的磁感线；两个所述换向片分别固定连接在所述叶轮轴上，且两个所述换向片相对设置，所述线圈的一端连接在其中一个所述换向片上，所述线圈的另一端连接在另一个所述换向片上；两个所述换向片通过电刷与所述电源管理模块电连接。

作为优选方案，两个所述换向片分别固定连接在所述叶轮轴的顶部上；所述电刷的数量为2个，两个所述电刷相对设置在两个所述换向片的外侧，以使在所述叶轮转动时，两个所述电刷与两个所述换向片交替接触。

作为优选方案，所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括滤水网，所述滤水网安装在所述进水端。

作为优选方案，所述电源管理模块包括整流电路、稳压电路和充电电路；所述稳压电路包括稳压芯片；

所述整流电路包括第一交流输入端、第二交流输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一交流输入端与其中一个所述电刷连接，所述第二交流输入端与另一个所述电刷连接，所述第一输出端与所述稳压芯片的输入端连接，所述稳压芯片的接地端与所述第二输出端连接；

所述充电电路包括电源管理芯片、可充电电源和第一电容，所述电源管理芯片的输入端与所述稳压芯片的输出端连接，所述电源管理芯片的接地端与所述第二输出端连接，所述电源管理芯片的输出端分别与所述第一电容的第一端和所述可充电电源的正端连接，所述第一电容的第二端和所述可充电电源的负端分别与所述第二输出端连接。

作为优选方案，所述电源管理模块还包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第一输出端连接，所述第二电容的第二端与所述第二输出端连接。

作为优选方案，所述电源管理模块还包括第三电容，所述第三电容的第一端与所述稳压芯片的输出端连接，所述第三电容的第二端与所述第二输出端连接。

作为优选方案，所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括计数机构，所述叶轮能在转动时驱动所述计数机构对用水量进行计数。

作为优选方案，所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括控制机构和显示机构，所述控制机构分别与所述电源管理模块和所述显示机构电连接。

作为优选方案，所述控制机构设有通信模块，所述通信模块用于与外部设备通信连接。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种智能数据采集和自发电一体化方法，包括：

将线圈绕设在叶轮的叶轮轴上；其中，所述叶轮包括所述叶轮轴和多个叶片，多个所述叶片环设于所述叶轮轴的外侧壁上；

将所述线圈的一端连接在一个换向片上，并将所述线圈的另一端连接在另一个换向片上，使两个所述换向片通过电刷与电源管理模块电连接；

将叶轮安装在叶轮盒内，以使所述线圈在所述叶轮转动时切割叶轮盒上的第一磁体和第二磁体之间的磁感线；其中，所述第一磁体和所述第二磁体的磁性相反，且所述第一磁体和所述第二磁体相对设置；

将叶轮盒安装在表壳内；其中，所述表壳上设有进水端和出水端，所述叶轮能在转动时驱动计数机构对用水量进行计数。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种智能数据采集和自发电一体化装置，其表壳内设有叶轮盒，叶轮盒内设有叶轮，叶轮盒上设有磁性相反的第一磁体和第二磁体，当水流驱动叶轮转动时，叶轮驱动计数机构对用水量进行计数，同时，位于叶轮轴上的线圈随着叶轮转动而切割第一磁体和第二磁体之间的磁感线，从而产生感应电流，产生的感应电流经过换向片和电刷传输到电源管理模块中进行存储，避免了现有智能水表通过新增外置的发电机导致水压损失过大的问题。

附图说明

图1是现有技术的一种常见水表的爆炸图；

图2是本发明实施例中的叶轮、叶轮盒、线圈、第一磁体和第二磁体的装配示意图；

图3是本发明实施例中的线圈切割磁感线的示意图；

图4是本发明实施例中的叶轮轴、线圈、换向片和电刷的装配示意图；

图5是本发明实施例中的智能数据采集和自发电一体化装置的主要结构框图；

图6是本发明实施例中的电源管理模块的电路原理图；

其中，图1：1－表盖；2－轴销；3－铜罩；4－罩子衬垫；5－表玻璃；6－O形密封圈；7－计数器；8－防磁环；9－中心齿轮，10－齿轮盒；11－垫圈；12－磁钢座；13－叶轮；14－叶轮盒；15－表壳；16－调节螺钉；17－调节螺钉垫片；18－调节塞；19－滤水网；20－接管垫片；21－接管；22－连接螺母；

图2至图4：31－叶轮轴；32－叶片；33－叶轮盒；34－线圈；35－换向片；36－电刷；37－第一磁体；38－第二磁体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其是现有技术的一种常见水表的爆炸图，本发明实施例主要对叶轮13和叶轮盒14进行改造设计，并增加电源管理模块等部分。

结合图2至图4，本发明实施例提供的智能数据采集和自发电一体化装置包括表壳、叶轮、叶轮盒33、线圈34、电源管理模块、计数机构以及两个换向片35，所述表壳上设有进水端和出水端，所述叶轮容置于所述叶轮盒34内，所述叶轮盒34容置于所述表壳内；其中，所述叶轮能在转动时驱动所述计数机构对用水量进行计数；

所述叶轮包括叶轮轴31和多个叶片32，多个所述叶片32环设于所述叶轮轴31的外侧壁上；所述叶轮盒34上设有磁性相反的第一磁体37和第二磁体38，且所述第一磁体37和所述第二磁体38相对设置；

所述线圈34绕设在所述叶轮轴31上，所述线圈34用于在所述叶轮转动时切割所述第一磁体37和所述第二磁体38之间的磁感线；两个所述换向片35分别固定连接在所述叶轮轴31上，且两个所述换向片35相对设置，所述线圈34的一端连接在其中一个所述换向片35上，所述线圈34的另一端连接在另一个所述换向片35上；两个所述换向片35通过电刷与所述电源管理模块电连接。

在本发明实施例中，所述智能数据采集和自发电一体化装置的表壳内设有叶轮盒33，叶轮盒33内设有叶轮，叶轮盒33上设有磁性相反的第一磁体37和第二磁体38(例如第一磁体37为N极，则第二磁体38为S极)，当水流驱动叶轮转动时，叶轮驱动计数机构对用水量进行计数，同时，位于叶轮轴31上的线圈34随着叶轮转动而切割第一磁体37和第二磁体38之间的磁感线，从而产生感应电流，产生的感应电流经过换向片35和电刷36传输到电源管理模块中进行存储，避免了现有智能水表通过新增外置的发电机导致水压损失过大的问题。

结合图2至图4所示，优选地，两个所述换向片35分别固定连接在所述叶轮轴31的顶部上；所述电刷36的数量为2个，两个所述电刷36相对设置在两个所述换向片35的外侧，以使在所述叶轮转动时，两个所述电刷36与两个所述换向片35交替接触。在本实施例中，两个所述换向片35的形状、大小均相同，所述换向片35的横截面为半圆环，半圆环的开口相对，两个换向片35间隔设置，而两个所述电刷36相对设置在两个所述换向片35的外侧，当所述叶轮在水流的驱动下转动时，两个所述换向片35随着叶轮转动而转动，使得两个所述换向片35交替与两个所述电刷36接触，即每一所述换向片35每次只与其中一个所述电刷36接触，当其中一个所述换向片35与其中一个所述电刷36接触时，则另一个所述换向片35与另一个所述电刷36接触，从而将产生的感应电流通过两个所述换向片35和两个所述电刷36传输至电源管理模块。

请参阅图5所示，在本发明实施例中，所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括中罩、表玻璃等原有水表结构，表壳、中罩、表玻璃和密封垫圈等结构一起组成一密封体，使表壳内被测水不致渗漏至表外。

请参阅图5所示，为了防止杂质进入水表机芯而造成水表故障，本实施例中的所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括滤水网，所述滤水网安装在所述进水端。通过滤水网过滤水，以清洁进入所述智能数据采集和自发电一体化装置中的水，从而避免杂质进入水表造成水表故障。

请参阅图6所示，在一种可选的实施方式中，所述电源管理模块包括整流电路BD、稳压电路和充电电路；所述稳压电路包括稳压芯片；

所述整流电路BD包括第一交流输入端、第二交流输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一交流输入端与其中一个所述电刷36连接，所述第二交流输入端与另一个所述电刷36连接，所述第一输出端与所述稳压芯片的输入端连接，所述稳压芯片的接地端与所述第二输出端连接；

所述充电电路包括电源管理芯片、可充电电源BT和第一电容C1，所述电源管理芯片的输入端与所述稳压芯片的输出端连接，所述电源管理芯片的接地端与所述第二输出端连接，所述电源管理芯片的输出端分别与所述第一电容C1的第一端和所述可充电电源C1的正端连接，所述第一电容C1的第二端和所述可充电电源C1的负端分别与所述第二输出端连接。

在本实施例中，所述整流电路BD为整流电桥，其作用是将电刷36传输过来的交流电转化成直流电，所述第一电容C1的作用是滤波，所述稳压芯片的作用是将输出电压转化到设定的电压值，电源管理芯片的作用是管理所述可充电电源BT的充放电。其中，所述整流电路BD、稳压电路和充电电路可选用现有技术中的电路，在此不做更多的赘述。

请参阅图6所示，优选地，所述电源管理模块还包括第二电容C2，所述第二电容C2的第一端与所述第一输出端连接，所述第二电容C2的第二端与所述第二输出端连接；所述电源管理模块还包括第三电容C3，所述第三电容C3的第一端与所述稳压芯片的输出端连接，所述第三电容C3的第二端与所述第二输出端连接。在本实施例中，所述第二电容C2、所述第三电容C3的作用为滤波。

在一种可选的实施方式中，所述叶轮能在转动时驱动所述计数机构对用水量进行计数，同时，叶轮上的线圈34切割磁感线。计数机构常称为计数器，常见的形式有指针式、字轮式、指针字轮组合式和数字显示式等，而叶轮在转动时驱动所述计数机构对用水量进行计数的方式是现有技术，在此不做更多的赘述。另外，在具体应用中，所述智能数据采集和自发电一体化装置还包括齿轮盒、顶尖、调节板等原有水表结构，齿轮盒、叶轮盒33、整体叶轮、顶尖、调节板等组成计量及自发电动力机构，而所述电源管理模块对智能水表的电源进行管理，完成自发电动力机构电源的转换处理。

请参阅图5所示，优选地，所述智能数据采集和自发电一体化装置(即智能水表)还包括控制机构和显示机构，所述控制机构分别与所述电源管理模块和所述显示机构电连接，对各个电路进行控制，可采用现有技术对计数机构的计数值进行采集，即采集用水量。优选地，所述显示机构为数字显示模块，所述控制机构包括主控CPU模块、通信模块和数字显示控制模块，所述主控CPU模块主要负责控制其他电路模块进行工作，并具备一定的数字处理及存储功能；所述通信模块用于与外部设备通信连接，例如可以与指定的后台进行通信，将智能水表采集的用水量等数据及智能水表的相关运行状况等发送到后台中，而所述通信模块与外部设备之间的具体的通信方式可以采用现有技术的通信方法，在此不做更多的赘述；所述数字显示控制模块主要驱动数字显示模块的工作。

相应地，本发明实施例还提供一种智能数据采集和自发电一体化方法，包括：

将线圈34绕设在叶轮的叶轮轴31上；其中，所述叶轮包括所述叶轮轴31和多个叶片32，多个所述叶片32环设于所述叶轮轴31的外侧壁上；

将所述线圈34的一端连接在一个换向片35上，并将所述线圈34的另一端连接在另一个换向片35上，使两个所述换向片35通过电刷36与电源管理模块电连接；

将叶轮安装在叶轮盒33内，以使所述线圈34在所述叶轮转动时切割叶轮盒33上的第一磁体37和第二磁体38之间的磁感线；其中，所述第一磁体37和所述第二磁体38的磁性相反，且所述第一磁体37和所述第二磁体38相对设置；

将叶轮盒33安装在表壳内；其中，所述表壳上设有进水端和出水端，所述叶轮能在转动时驱动计数机构对用水量进行计数。

综上，本发明实施例提供了一种智能数据采集和自发电一体化装置，将发电机与传统水表叶轮模块进行融合，在叶轮模块转动为智能水表提供流量计数的同时，产生旋转磁场，线圈34切割磁力线产生感应电流，通过电源管理模块处理后储存到电源中，有效减少水压损失，避免了现有智能水表通过新增外置的发电机导致水压损失过大的问题，为水表提供一个更加精准的计数单元，同时解决了智能水表不能持续、稳定供能的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。