基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的預(yù)付用水管理系統(tǒng)的探討

吳尚喆+張景天+李玲知+趙晏

【摘要】該系統(tǒng)是一款基于移動互聯(lián)網(wǎng)的預(yù)付費用水管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由水量采集模塊、蜂鳴器報警模塊、電磁閥控制模塊、zigbee無線通訊模塊、wifi連網(wǎng)模塊及業(yè)務(wù)管理網(wǎng)站六部分組成，能夠通過手機(jī)等移動設(shè)備對城市各類用水進(jìn)行實時監(jiān)測及網(wǎng)上購水；且本系統(tǒng)采用“先繳費，后用水”的管理模式，當(dāng)余額不足時進(jìn)行智能提醒與控制，實現(xiàn)水資源的智能管理，增強(qiáng)用水戶節(jié)水意識，提高水資源利用效率。

【關(guān)鍵詞】移動互聯(lián)網(wǎng)；實時監(jiān)測；網(wǎng)上購水

【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. 我國的水資源情況

中國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家。淡水資源總量為28000億m3，人均只有2200m3，僅為世界平均水平的1/4，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加、社會的進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)和城市用水量的激增，水資源供需矛盾日益突出。

2. 實現(xiàn)精細(xì)化管理的必要性

傳統(tǒng)水費管理面臨著用水觀念陳舊、技術(shù)瓶頸制約等問題，“一戶一表，抄表到戶”更是影響著階梯水價的推行。統(tǒng)一更換智能水表又存在成本高，工作量大，布線困難等諸多問題。而采用先付費后用水的收費方式，分時段計費，達(dá)到了水資源合理配置的目的，用水戶可網(wǎng)上查詢水量、繳納水費，符合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大趨勢，極大地方便了管理部門和用水戶，推進(jìn)了國家階梯水價的實行，符合未來管道用水管理的發(fā)展方向。因此，尋求一款便于用水量統(tǒng)計和繳費的用水管理系統(tǒng)勢在必行。

3. 系統(tǒng)工作原理

安裝在住戶家中主管道內(nèi)的水量采集裝置與zigbee通訊模塊構(gòu)成節(jié)點，定

時對用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并與所在單元樓的路由器進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)通過zigbee網(wǎng)絡(luò)上傳至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再將數(shù)據(jù)匯總通過wifi連入互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器，實現(xiàn)在服務(wù)器對所有流量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，按時段及階梯水價標(biāo)準(zhǔn)計算費用，用戶可通過計算機(jī)或移動設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢及繳費，當(dāng)某一用戶用水金額下降到一定值時，報警裝置會進(jìn)行相應(yīng)報警，如超過用水金額，電磁閥自動關(guān)閉，切斷供水，繳費后電磁閥自動開啟進(jìn)行供水。系統(tǒng)傳輸部分流程圖如圖1（系統(tǒng)傳輸流程圖見圖1）。

4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬件部分由電磁閥、控制裝置、水流量傳感器、協(xié)調(diào)器及網(wǎng)關(guān)組成。每一個控制裝置為一個節(jié)點，理論上組網(wǎng)內(nèi)可同時擁有65000個節(jié)點，可實現(xiàn)多節(jié)點實時數(shù)據(jù)的采集與管理。

4.1電磁閥采用直動式常閉電磁閥，平常為通電狀態(tài)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；當(dāng)斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉，達(dá)到通斷水流的作用。

4.2水流量傳感器采用基于霍爾效應(yīng)的渦輪流量傳感器，當(dāng)有水流經(jīng)過時，傳感器的磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，在霍爾效應(yīng)下產(chǎn)生脈沖信號，通過調(diào)理與微處理器的處理，達(dá)到水量數(shù)據(jù)采集的作用。

4.3控制裝置選擇zigbee作為無線通訊的核心。zigbee在實際使用中存在以下五個優(yōu)點：（1）安裝簡易；（2）維護(hù)簡單；（3）無線自動組網(wǎng)；（4）雙向通訊；（5）低功耗、低成本。zigbee模塊采用TI公司的CC2530，是一種集成了MCU（單片機(jī)）+射頻收發(fā)模塊的SOC（系統(tǒng)級芯片），能夠?qū)崿F(xiàn)對水流量傳感器采集的數(shù)據(jù)的處理和無線通訊、電磁閥的通斷控制以及蜂鳴器的控制。蜂鳴器與zigbee模塊連接內(nèi)置于控制裝置中。

4.4本系統(tǒng)采用wifi這一使用方便且普及度高的通訊方法作為接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。采用ESP8266芯片制作wifi網(wǎng)關(guān)接入可用wifi網(wǎng)絡(luò)，使用TCPClient模式通過internet實現(xiàn)與服務(wù)器的無線通訊。

5. 功能設(shè)計

功能設(shè)計整套系統(tǒng)具備以下四個功能：

（1）水量數(shù)據(jù)實時監(jiān)測：當(dāng)用水戶用水時，控制裝置接收并處理水流量傳感器采集的流量數(shù)據(jù)，定時通過協(xié)調(diào)器及網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)椒?wù)器，管理部門通過訪問網(wǎng)頁或管理后臺實時查詢用水戶各時刻用水?dāng)?shù)據(jù)，方便統(tǒng)一監(jiān)測管理，用水戶也可通過移動設(shè)備上的微信公眾平臺一鍵查詢用水詳單。

（2）余額不足自動提醒：當(dāng)某一用戶余額不足10元（可根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置）時，服務(wù)器會向控制裝置發(fā)送指令，控制蜂鳴器發(fā)出聲音，提醒用戶注意用水并按時繳費。

（3）智能控制供水?dāng)嗨寒?dāng)某一用戶余額為0時，服務(wù)器會向控制裝置發(fā)送指令，控制電磁閥斷電閉合，強(qiáng)迫用戶停止用水。

（4）通過移動互聯(lián)網(wǎng)將水資源、用水戶、管理部門緊密聯(lián)系在一起，用水戶及管理部門均可在任何有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方使用計算機(jī)或手機(jī)等移動設(shè)備進(jìn)行水量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測查詢及網(wǎng)上繳費，同時數(shù)據(jù)長期存放于服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)丟失。

6. 應(yīng)用前景

本基于移動互聯(lián)網(wǎng)預(yù)付費用水管理系統(tǒng)響應(yīng)國家推行階梯水價與用水智能化管理的方針，符合用水管理的現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，實際使用中使用范圍廣，可適用于居民用水、行政事業(yè)用水、工商業(yè)及洗車等高用水行業(yè)的用水管理，整套系統(tǒng)采用無線設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，在實際推廣中無需復(fù)雜改造，解決了國家實行階梯水價政策及“一戶一表”舉措的推行難，成本高的實際性問題，具有良好的應(yīng)用前景。

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