本文选自《环球表计》2018年6月刊，原文作者：张卫红，深圳市源啓智能科技有限公司。

摘要：作者就智能水表行业基于NB-IoT通讯的智能化应用进行阐述，结合近两年国内实际应用情况， 重点针对基于NB-IoT物联网水表的在智能抄表行业应用过程中对一些问题的思考和观点进行阐述，同时也对NB-IoT物联网水表的产业化过程的技术和业务需求走向提出自己的想法，以供行业参考。

引言

上世纪九十年代末，国内智能水表行业借鉴电表、安防等行业经验，采用RS-485 国际标准总线通讯技术来解决自动抄水表功能。2007年左右国内智能水表企业开始在欧洲Mini-BUS 的总线电路进行修改后产生了国内的M-BUS 总线电路，但各企业的M-BUS 总线电平处理方式有细微差别。总线制通讯技术方案由于存在大量工程布线工作，所以主要用于新建楼盘和小区，必须在弱电建设时介入预留布线管道。对于旧小区改造等不方便布线的环境不适用。

2010年左右，随着智能抄表在水行业的广泛应用，部分城市除了新建楼盘采用智能水表，周期更换项目也开始采用智能水表。旧小区无法布线原有总线制通讯方案的弊端暴露出来。在这种背景下小无线通讯技术开始在智能水表上应用，从早期的 Zigbee 到 RF(FSK)、再到近两年的LoRa。

2013年左右，随着中移物联网成立并推出物联网卡业务，GPRS流量费用得到了大幅下降，原来只用在集中器类设备上的GPRS 技术开始向智能水表终端转移。

2015年随着华为在欧洲商用NB-IoT成功，华为与三大运营商签订了NB-IoT技术在中国商用的战略计划，NB-IoT将在未来的物联网层面上取代现有的GPRS 通信网络。2017年被行业冠以NB-IoT元年，鹰潭、深圳、福州国内三大NB-IoT水表项目相继上马，至此NB-IoT 水表被定义为正式商用。

智能水表从自组网进入到租用运营商网络服务的道路上，为表述方便，本文将“基于NB-IoT的物联网水表”统一用“物联网水表” 为表述。

物联网水表经过近两年试点和推广，这段时间内行业主要关注点在于NB-IoT 技术在通讯环境和功耗方面对于水表抄表应用的可行性，在这方面众说纷纭，可谓仁者见仁智者见智。本文不对此进行讨论，而是从供水企业的角度就物联网水表应该在供水企业的管理中发挥什么作用这个问题进行阐述，并尝试着探讨解决的思路，本文水表主要针对于居民户表。

替代人工抄表

一说到智能水表大部分人第一反应就是不用人去现场抄表了，其实替代人工抄表也恰恰是智能水表推广最早的需求，而目前市场的智能水表绝大部分的应用仍然是替代人工抄表为主。

当供水企业面临大面积使用智能水表替代人工抄表这个命题时，是使用人工抄表成本更低还是使用智能水表抄表成本更低这个问题就会摆在管理者的面前。由于各地经济水平不一，人工抄表成本核算出来会有差异。我们以深圳水务为例，深圳水务曾经进行了大量的数据分析和核算，最后得出结论针对居民户表结算的抄表业务仅从成本的角度考虑，人工抄表成本远低于全面应用智能水表的成本；也正因为此深圳水务居民户表一直没有大范围推智能水表，仅仅在小范围内进行尝试。

所以各水表企业也发现在智能水表推广过程中更多的是要寻找替代人工抄表以外的增值点来说服供水企业的决策层，才有可能得到大面积的使用。

用水传感器

上面提到水表对于供水企业来说应该有更多的增值应用，我们罗列一些常见的需求：

下面我们对这些需求具体到水表产品的需求尝试做更深层次的分析：

阶梯水价的应用水表的具体需求

阶梯水价的应用其实还是抄表结算的应用，只是对结算的时间点有了明确的定义，即需要确保当前抄表结算时间点与上一次抄表时间结算点是一个固定的时间，按国家要求的来说一般是一个月。

所以针对这个应用需求，行业通常有两种方案：第一种是行业常用的方案，在每个月的结算日当天进行实时抄表把抄表的数据做为结算依据；第二种方案采用月结日数据冻结功能来记录表的读数做为结算依据，这里特别提一下，这个月结日数据冻结功能是指在水表端完成的，即数据是记录在水表内的，如果是集中器来实现这个功能应该属于第一种。

我们再进一步剖析两种方案的区别：

第一种月结日实时抄表：

第二种表端月结日数据冻结功能：

表1两种不同方案的对比

区域产销差应用、区域漏损数据分析、的具体需求

大部分供水企业区域产销差、区域漏损数据分析是基于区域管网建立总分表关系，通过在同一时间记录各水表的用水量对比出总分表之间的用量差异，当差异达到一定程度则认为存在漏损。当然专业的管网漏损分析除了水量数据外，还涉及水压、流速、环境噪音等传感数据，是一个综合的数据分析模型，本文仅对水表的数据进行阐述。

由于目前市面上抄表数据的精度单位为立方米，因此采用的机电转换方案大部分转换数据的精度为立方米，在实际以居民小区为单位的区域产销差统计数据无法反馈真实的数据，国内家庭用户平均每天的用水量不足0.5立方米，也就是说如果用户当前水表读数为2.5立方米，实际智能抄表抄读的数据为2立方米。

为了解决上述的问题，供水企业对抄表数据精度提出了要求，行业开始在光电直读产品有精确到0.1立方米、0.01立米方产品；而近几年深圳水务提出智能水表抄表数据精度应精确到1升，随着这个要求的提出，原来一直在海外应用的无磁传感技术在国内开始爆发，行业各大水表厂陆续都推出了基于无磁传感技术抄表数据精度到升的水表。

夜间DMA漏损检测

夜间DMA漏损检测的原理：正常居民用户深夜处于睡眠状态，理论上居民的所有用水行为都停止了，在这个时间段连续密集的监控居民的用水状态，如果在监控时间段发现水表持续存在流量较稳定的小流量用水，即可认为水表后的管网存在渗漏。

这项业务分析可以在抄表平台的软件端完成，也可以在智能水表端完成，目前国内的主要做法是在抄表平台的软件端完成分析，智能水表只负责把数据提供给抄表平台；如果在智能水表端完成则技术难度和复杂度较高。

影响这项业务的关键因素在于智能水表的传感数据精度，深圳水务在这方面做了大量的工作和数据分析，从居民用户的管网渗漏的统计数据来看，智能水表的数据精度应达到以升为单位才能反应出来，因此深圳水务也提出了智能水表的传感数据精度应为升。

智能业务辅助

物联网水表应用各种先进的技术，随之而来的成本也在增加，笔者认为物联网水表应该向智能硬件的方向进化，通过提供更多的增值功能体现它的价值才能更广泛让供水企业和社会所接受，在这里我们一起探讨一下有哪些增值功能。

漏水报警

采用夜间DMA漏损检测的原理，进行夜间自动漏水检测，对漏水情况进行上报，上报的对象可以是IOT平台，也可以是指定的客户端。

异常用水报警

特殊业务场景

出差模式场景

定义出差模式后，理论上家里没有人用水，水表会设定一个报警值，超过后主动上报，上报的对象可以是IOT平台，也可以是指定的客户端。业务场景为非法入侵、管漏、用水口未关紧漏水等，如果严重可以通知物业及时处理。

出租结算场景

定义日结算业务，每日为出租方提供结算数据。

小结

通过上述的分析，智能水表的方向是确定的，但是大规模使用还需要寻找到更多的增值服务来增加水务公司的收入，才有可能得到大面积的使用，并不是简单的替代人工抄表。

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8月17日，长沙，传统水表 VS 智能水表，谁能更好地解决水司的痛点？

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创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于NB-IoT阀控的干簧管式物联网水表。该专利由北京华航能信科技有限公司申请，并于2018年5月11日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及物联网水表领域，尤其涉及一种基于NB-IoT阀控的干簧管式物联网水表。

发明背景

物联网是以计算机科学为基础，包括网络、电子、射频、感应、无线、人工智能、条码、云计算、自动化、嵌入式等技术为一体的综合性技术及应用，可以让孤立的物品(冰箱、汽车、设备、家具、货品等等)接入网络世界，让它们之间能相互交流、鲜活起来。

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝网络的窄带物联网)技术采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性性能，获取面向LPWA(Low Power Wide Area，低功耗广域技术)物联网的承载能力。NB-IoT作为一种新的窄带蜂窝通信LPWA解决方案，将给物联网行业带来巨大的变革与创新。该解决方案具有诸多优势，具体体现为：超强覆盖--比GPRS覆盖增强20dB，拥有更强的穿透力和更广的覆盖范围；超低功率--10年电池寿命，采用DRX(Discontinuous Reception，非连续接收)以及PSM(Plower Save Mode，省电模式)等节能技术，使终端电池寿命更长，电池寿命可长达10年；超低成本--低价终端芯片，因为低速率、低功耗、低带宽，使芯片做的很小，而带来的低成本优势。同时NB-IoT模组的成本，还有供电、通讯运营成本都比其他无线装置便宜；超大连接--支持大规模连接，100K终端/200KHz小区。NB-IoT技术的六大主要应用场景恰恰是现有移动通信很难支持的场景，包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业这些场景。市场研究公司Machina预测，NB-IoT未来将覆盖25%的物联网连接。

水表的增量市场大多采用M-Bus总线通信，水表的存量市场是无线水表的机会。无线水表的施工简单，因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于NB-IoT阀控的干簧管式物联网水表，采用NB-IoT和WIFI无缝转换技术解决现有水表因功耗、信号覆盖和电池寿命造成的问题，是一种物联网智能水表。

图为本发明主视图

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：本发明提供一种基于NB-IoT阀控的干簧管式物联网水表，包括通信控制单元、水量检测单元、显示单元和唤醒开关单元；通信控制单元包括中央处理单元以及与其连接的电源控制回路、阀门控制单元和通信组件；通信组件包括NB-IoT模组和WIFI单元，NB-IoT模组和WIFI单元分别通过通用异步串口通信总线与中央处理单元通信连接，通信控制单元优先选用NB-IoT模组进行通信，在没有NB-IoT覆盖的情况下，自动转用WIFI进行通信；水量检测单元包括基表壳体组件和干簧管机芯单元，基表壳体组件为进水管与出水管的衔接管道；干簧管机芯单元与中央处理单元连接，中央处理单元接收干簧管机芯单元实时计量得到的脉冲值；显示单元与中央处理单元连接，显示单元动态显示水表的工作状态信息；唤醒开关单元与中央处理单元连接，通过唤醒开关单元手动唤醒或定时唤醒水表状态。

干簧管机芯单元包括干簧管、永磁铁和机械机芯，干簧管固定在水表计数转盘边侧，永磁铁固定在水表计数转盘上，当计数转盘转一周，永磁铁经过干簧管的位置，使得干簧管的簧片开闭一次，由此得到一个脉冲值，机械机芯固定在水表计数转盘的下部。电源控制回路连接一个电源，该电源为锂亚硫酰氯电池。基表壳体组件由过滤网、管体、球阀和连接装置组成，阀门控制单元连接一个阀控执行器，阀控执行器包括直流电机、齿轮减速装置和两个微动开关，直流电机连接齿轮减速装置，齿轮减速装置的输出端与球阀连接，齿轮减速装置内设有与两个微动开关配合的触点，减速装置配合两个微动开关检测球阀的闭合。

唤醒开关单元包括手动拨动开关和实时时钟单元，手动拨动开关设置在干簧管式物联网水表的上侧面，实时时钟单元用于预设某个时间唤醒水表，以及预设某个时间上报周期内的用水量。阀门控制单元与中央处理单元通过4个通用输入\输出口连接，其中2个通用输入\输出口用于直流电机的正反转控制，另外2个通用输入\输出口用于检测球阀执行器是否到位，通过处理器发出的信号实现阀门的关闭和开通；中央处理单元为STM32L063R8T6单片机。本发明基于NB-IoT阀控的干簧管式物联网水表还包括水表塑料上壳体和水表塑料下壳体，水表塑料上壳体与水表塑料下壳体先进行卡扣连接，再通过螺钉将水表塑料上壳体和水表塑料下壳体连接成一个整体，接口处设置密封胶条，螺钉上方设有防拆盖封帽。

从上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明具备阀门控制功能，可对用户水表的用水情况进行控制，节约人力、物力和财力，提高生产效益。同时，采用运营商主导的广域低功耗NB-IoT技术，具备广覆盖，容量大，可靠性高的优势，特别适合城市范围内的水务终端连接。能带来以下明显的经济价值：无需水务公司自己维护网络，节约网络维护费用；实行自动抄表，节约人工费用；优化表务管理，提出科学的水表更换建议、及时排查水表故障；优化供水管网探漏，减少偷水现象，直接提升营收利润。真正实现智能抄表管理，给智能水表行业带来实质性的行业推进。