基于“互聯網+”的預付用水管理系統的探討

吳尚喆+張景天+李玲知+趙晏

【摘要】該系統是一款基于移動互聯網的預付費用水管理系統。系統由水量采集模塊、蜂鳴器報警模塊、電磁閥控制模塊、zigbee無線通訊模塊、wifi連網模塊及業務管理網站六部分組成，能夠通過手機等移動設備對城市各類用水進行實時監測及網上購水；且本系統采用“先繳費，后用水”的管理模式，當余額不足時進行智能提醒與控制，實現水資源的智能管理，增強用水戶節水意識，提高水資源利用效率。

【關鍵詞】移動互聯網；實時監測；網上購水

【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，隨著經濟的發展、人口的增加、社會的進步、工農業和城市用水量的激增，水資源供需矛盾日益突出。

2. 實現精細化管理的必要性

傳統水費管理面臨著用水觀念陳舊、技術瓶頸制約等問題，“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，達到了水資源合理配置的目的，用水戶可網上查詢水量、繳納水費，符合互聯網發展的大趨勢，極大地方便了管理部門和用水戶，推進了國家階梯水價的實行，符合未來管道用水管理的發展方向。因此，尋求一款便于用水量統計和繳費的用水管理系統勢在必行。

3. 系統工作原理

安裝在住戶家中主管道內的水量采集裝置與zigbee通訊模塊構成節點，定

時對用水量數據進行采集，并與所在單元樓的路由器進行通信，將數據通過zigbee網絡上傳至協調器，協調器再將數據匯總通過wifi連入互聯網發送到服務器，實現在服務器對所有流量數據的實時監測，按時段及階梯水價標準計算費用，用戶可通過計算機或移動設備訪問網絡進行查詢及繳費，當某一用戶用水金額下降到一定值時，報警裝置會進行相應報警，如超過用水金額，電磁閥自動關閉，切斷供水，繳費后電磁閥自動開啟進行供水。系統傳輸部分流程圖如圖1（系統傳輸流程圖見圖1）。

4. 系統結構設計

系統硬件部分由電磁閥、控制裝置、水流量傳感器、協調器及網關組成。每一個控制裝置為一個節點，理論上組網內可同時擁有65000個節點，可實現多節點實時數據的采集與管理。

4.1電磁閥采用直動式常閉電磁閥，平常為通電狀態，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；當斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉，達到通斷水流的作用。

4.2水流量傳感器采用基于霍爾效應的渦輪流量傳感器，當有水流經過時，傳感器的磁性轉子轉動，在霍爾效應下產生脈沖信號，通過調理與微處理器的處理，達到水量數據采集的作用。

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點：（1）安裝簡易；（2）維護簡單；（3）無線自動組網；（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）+射頻收發模塊的SOC（系統級芯片），能夠實現對水流量傳感器采集的數據的處理和無線通訊、電磁閥的通斷控制以及蜂鳴器的控制。蜂鳴器與zigbee模塊連接內置于控制裝置中。

4.4本系統采用wifi這一使用方便且普及度高的通訊方法作為接入互聯網的網絡。采用ESP8266芯片制作wifi網關接入可用wifi網絡，使用TCPClient模式通過internet實現與服務器的無線通訊。

5. 功能設計

功能設計整套系統具備以下四個功能：

（1）水量數據實時監測：當用水戶用水時，控制裝置接收并處理水流量傳感器采集的流量數據，定時通過協調器及網關傳輸到服務器，管理部門通過訪問網頁或管理后臺實時查詢用水戶各時刻用水數據，方便統一監測管理，用水戶也可通過移動設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：當某一用戶余額不足10元（可根據實際情況進行設置）時，服務器會向控制裝置發送指令，控制蜂鳴器發出聲音，提醒用戶注意用水并按時繳費。

（3）智能控制供水斷水：當某一用戶余額為0時，服務器會向控制裝置發送指令，控制電磁閥斷電閉合，強迫用戶停止用水。

（4）通過移動互聯網將水資源、用水戶、管理部門緊密聯系在一起，用水戶及管理部門均可在任何有網絡覆蓋的地方使用計算機或手機等移動設備進行水量數據的實時監測查詢及網上繳費，同時數據長期存放于服務器，防止數據丟失。

6. 應用前景

本基于移動互聯網預付費用水管理系統響應國家推行階梯水價與用水智能化管理的方針，符合用水管理的現代化發展趨勢，實際使用中使用范圍廣，可適用于居民用水、行政事業用水、工商業及洗車等高用水行業的用水管理，整套系統采用無線設計，結構簡單，成本較低，在實際推廣中無需復雜改造，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，具有良好的應用前景。

參考文獻

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