一种基于蓝牙BLE通信技术的预付费水表的制作方法

本实用新型属于水表技术领域，涉及一种基于蓝牙ble通信技术的预付费水表。

背景技术：

随着水表行业智能化的发展，预付费水表已广泛应用于人们日常生活中。现有的水量充值缴费管理的预付费表主要存在三种模式，即物联网表、预付费卡表和预付费远程表。其中，物联网表为每块表自带公网数据发送模块，可直接与服务器进行通信，通过服务器对水表阀门进行控制，从而实现控制用户用水；而预付费卡表是以卡为数据存储介质，实现服务器用水信息传输给水表，水表通过卡传输给水表的信息实现自主开关阀，来控制用户用水；预付费远程表则是以集中器或采集器为数据转发设备，通过数据转发设备，实现服务器用水信息与水表之间的交互，水表通过服务器下发的信息实现自主开关阀，来控制用户用水。

然而，物联网表需要数据通过网络进行远程发送，增加远程通讯模块的同时会产生通信资费以及额外的电费；预付费卡表需要配备相关的数据载体的卡以及表内的读卡模块，提高了硬件成本的同时必须持卡至实体售水网点进行购买，缺乏网络快捷方便性；预付费远程表则需要额外配置采集终端集中器或采集器提高了节省了硬件成本且不易推广至每家每户做日常使用。因此，如何能够开发一种无需通信资费无需额外的终端设备且又能够方便快捷的使用网络购买支付的预付费水表，成为水表行业的迫切需求。

技术实现要素：

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：一种基于蓝牙ble通信技术的预付费水表，包括控制模块，蓝牙模块，加解密模块，阀门驱动模块，阀门位置检测模块，脉冲计量模块，数据存储模块，电源模块；控制模块用于控制水表内其他模块之间的指令、数据交互及电源管理，蓝牙模块用于与外部手机进行蓝牙通讯，加解密模块用于通信应用层数据及存储数据的加密和解密，阀门驱动模块用于驱动阀门开关打开和闭合，阀门位置检测模块用于检测阀门开关的位置信息，脉冲计量模块用于计量用水量，数据存储模块用于存储经过蓝牙模块导入的预付费信息和水表控制模块产生的水表状态信息，电源模块用于给整个水表提供电源供给；阀门驱动模块，阀门位置检测模块，脉冲计量模块，数据存储模块，电源模块电连接至控制模块；蓝牙模块、加解密模块、控制模块集成于主控mcu中；预付费水表还包括蓝牙通讯电路、阀门控制电路、阀门检测电路、电源电路。

优选的，所述加解密模块的加密算法由嵌入式程序实现。

优选的，所述蓝牙通讯电路包括蓝牙主控芯片、电容c8-c11、c27-c28、c47-c48、电感l3-l6、天线btant，蓝牙电路的连接方式为：电容c8一端接地另一端接电感l3，电感l3一端接c8另一端接蓝牙主控芯片31脚，电容c11两端分别连接蓝牙主控芯片30脚与31脚，电容c9一端接蓝牙主控芯片31脚另一端接电感l4，电感l4一端接电容c9另一端接电容c10，电容c10一端接电感l4另一端接天线btant，电容c27一端接l4与c10的连接点另一端接地，电容c28一端接c10与天线btant的连接点另一端接地，电感l6一端接蓝牙主控芯片30脚另一端接电感l5，电感l5一端接电感l6另一端接电容c48，电容c48一端接电感l5另一端接地，电容c47两端分别连接蓝牙主控芯片30脚与地，电容c9与电感l4的连接点和电感l5与电感l6的连接点相连，连接点与蓝牙主控芯片pin30、pin31管脚相连。

优选的，所述阀门控制电路包括：阀门控制芯片、电容c37-c38，阀门控制电路的连接方式为：阀门控制芯片1脚接电源vbat，阀门控制芯片2脚接电机连接焊盘2，阀门控制芯片3脚接电机连接焊盘1，阀门控制芯片4脚接地，阀门控制芯片5脚接主蓝牙主控芯片21脚，阀门控制芯片6脚接蓝牙主控芯片20脚，阀门控制芯片7脚接蓝牙主控芯片19脚，阀门控制芯片8脚接电源vdd，电容c37两端分别连接阀门控制芯片8脚与地，电容c38两端分别连接阀门控制芯片1脚与地。

优选的，所述阀门检测电路包括：电阻r24-r28、电容c39-c40，阀门检测电路的连接方式为：电阻r24两端分别连接蓝牙主控芯片18脚与电机连接焊盘3，电阻r25两端分别连接蓝牙主控芯片17脚与电机连接焊盘4，电阻r26两端分别连接蓝牙主控芯片16脚与电机连接焊盘5，电阻r27两端分别连接电机连接焊盘3与地，电阻r28两端分别连接电机连接焊盘4与地，电容c39两端分别连接蓝牙主控芯片18脚与地，电容c40两端分别连接蓝牙主控芯片17脚与地。

优选的，所述电源电路包括：电池bat1，钽电容c42，法拉电容c49，电阻r4、r10-r12、锗二极管d2，npn三极管q1，电源电路的连接方式为：电池bat1负极接地，正极接锗二极管d1正极；钽电容c42与法拉电容c49并联，c42与c49的正极接锗二极管d1正极，负极接地；电阻r10接于npn三极管q1的b极与主控芯片管脚pin10之间；电阻r11接于npn三极管q1的b极与地之间；电阻r12接于npn三极管q1的e极与地之间；npn三极管q1的c极接锗二极管d1正极；电阻r4接于q1的c极与蓝牙主控芯片ad检测管脚pin25之间。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过采用蓝牙对接手机蓝牙，传输手机中已购买好的用水数据信息或者通过手机无线网连接远程服务器实现现场远程购买，与物联网表相比，节省了物联网表数据发送模块、通信资费及相关费用，水表制造成本更低，使用时通讯成本以及功耗成本更低；与预付费卡表相比，节省了作为数据载体的卡成本，以手机替代卡与表进行通信，在节省硬件成本的同时，可与表传输更多有用数据，便于服务器得到更多表计使用信息及状态；与预付费远程表比，节省了集中器或采集器这一数据采集终端，节省了硬件成本。因此本实用新型无需通信资费无需额外的终端设备且又能够方便快捷的进行网络购买支付，因此，本实用新型更加快捷、方便、低能耗且使用成本更加低廉。

2、本实用新型设有数据存储加密模块，通过数据存储加密模块对通讯中的水表预付费信息进行加密以保证数据的安全性及可靠性，因此，本实用新型预付费时更加安全可靠。

3、本实用新型能够实现：当实际用水量达到购水量或金额时，自动关闭阀门；当检测到恶意连接次数过多或数据被恶意篡改时能够主动关闭阀门并记录该事件；当检测到电池被拔掉时，能够自主关阀并保存运行数据，在上电后自动恢复阀门并恢复运行数据，因此，本实用新型具有更好的防盗窃防篡改功能。

附图说明

图1是一种基于蓝牙ble通信技术的预付费水表的功能图；

图2是数据传输框图；

图3是数据存储流程框图；

图4是蓝牙通讯电路图；

图5是电源电路图；

图6是阀门控制检测电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1～6，一种基于蓝牙ble通信技术的预付费水表，包括包括控制模块，蓝牙模块，加解密模块，阀门驱动模块，阀门位置检测模块，脉冲计量模块，数据存储模块，电源模块；控制模块用于控制水表内其他模块之间的指令、数据交互及电源管理，蓝牙模块用于与外部手机进行蓝牙通讯，加解密模块用于通信应用层数据及存储数据的加密和解密，阀门驱动模块用于驱动阀门开关打开和闭合，阀门位置检测模块用于检测阀门开关的位置信息，脉冲计量模块用于计量用水量，数据存储模块用于存储经过蓝牙模块导入的预付费信息和水表控制模块产生的水表状态信息，电源模块用于给整个水表提供电源供给；阀门驱动模块，阀门位置检测模块，脉冲计量模块，数据存储模块，电源模块电连接至控制模块；蓝牙模块、加解密模块、控制模块集成于主控mcu中；预付费水表还包括蓝牙通讯电路、阀门控制电路、阀门检测电路、电源电路。

进一步的，所述加解密模块的加密算法由嵌入式程序实现。

进一步的，所述蓝牙通讯电路包括蓝牙主控芯片、电容c8-c11、c27-c28、c47-c48、电感l3-l6、天线btant，蓝牙电路的连接方式为：电容c8一端接地另一端接电感l3，电感l3一端接c8另一端接蓝牙主控芯片31脚，电容c11两端分别连接蓝牙主控芯片30脚与31脚，电容c9一端接蓝牙主控芯片31脚另一端接电感l4，电感l4一端接电容c9另一端接电容c10，电容c10一端接电感l4另一端接天线btant，电容c27一端接l4与c10的连接点另一端接地，电容c28一端接c10与天线btant的连接点另一端接地，电感l6一端接蓝牙主控芯片30脚另一端接电感l5，电感l5一端接电感l6另一端接电容c48，电容c48一端接电感l5另一端接地，电容c47两端分别连接蓝牙主控芯片30脚与地，电容c9与电感l4的连接点和电感l5与电感l6的连接点相连，连接点与蓝牙主控芯片pin30、pin31管脚相连。

进一步的，所述阀门控制电路包括：阀门控制芯片、电容c37-c38，阀门控制电路的连接方式为：阀门控制芯片1脚接电源vbat，阀门控制芯片2脚接电机连接焊盘2，阀门控制芯片3脚接电机连接焊盘1，阀门控制芯片4脚接地，阀门控制芯片5脚接主蓝牙主控芯片21脚，阀门控制芯片6脚接蓝牙主控芯片20脚，阀门控制芯片7脚接蓝牙主控芯片19脚，阀门控制芯片8脚接电源vdd，电容c37两端分别连接阀门控制芯片8脚与地，电容c38两端分别连接阀门控制芯片1脚与地。

进一步的，所述阀门检测电路包括：电阻r24-r28、电容c39-c40，阀门检测电路的连接方式为：电阻r24两端分别连接蓝牙主控芯片18脚与电机连接焊盘3，电阻r25两端分别连接蓝牙主控芯片17脚与电机连接焊盘4，电阻r26两端分别连接蓝牙主控芯片16脚与电机连接焊盘5，电阻r27两端分别连接电机连接焊盘3与地，电阻r28两端分别连接电机连接焊盘4与地，电容c39两端分别连接蓝牙主控芯片18脚与地，电容c40两端分别连接蓝牙主控芯片17脚与地。

进一步的，所述电源电路包括：电池bat1，钽电容c42，法拉电容c49，电阻r4、r10-r12、锗二极管d2，npn三极管q1，电源电路的连接方式为：电池bat1负极接地，正极接锗二极管d1正极；钽电容c42与法拉电容c49并联，c42与c49的正极接锗二极管d1正极，负极接地；电阻r10接于npn三极管q1的b极与主控芯片管脚pin10之间；电阻r11接于npn三极管q1的b极与地之间；电阻r12接于npn三极管q1的e极与地之间；npn三极管q1的c极接锗二极管d1正极；电阻r4接于q1的c极与蓝牙主控芯片ad检测管脚pin25之间。

实施例

在具体实施时：控制模块周期性从脉冲计量模块获取计量数据，同时与数据存储模块中存储的购买量信息比较，当计量累计量大于购买量时，控制模块控制阀门驱动模块执行关阀动作。因此实现当实际用水量达到购买量或金额时，自动关闭阀门的防止未交费用水的功能。

控制模块在设定的连续时间段内，主动断开次数大于允许连接上线阈值，则控制控制模块控制阀门驱动模块执行关阀动作。

控制模块按照设定的周期时间后读取电源模块状态，当水表电池供电被断开时，则控制控制模块控制阀门驱动模块执行关阀动作，实现防止断电盗水的防盗功能。

控制模块在关阀动作执行过程中，开启阀门位置检测模块。当阀门位置检测模块，检测到阀门处于关闭状态时，反馈信息给控制模块，控制模块控制阀门驱动模块停止关阀动作，实现阀门位置检测功能。

控制模块控制蓝牙模块周期性发送可连接广播命令，使水表处于可发现状态。通过蓝牙模块建立连接后，控制模块开启定内部时器，在定时器结束前收到特定命令则控制模块通过蓝牙模块保持蓝牙连接，在定时器结束前未收到特定命令则控制蓝牙模块断开蓝牙连接，实现及时蓝牙接入功能。

控制模块在发送数据时，先通过加解密模块将有效数据加密，得到加密数据，再通过蓝牙模块将加密后数据发出；控制模块在接收数据时，先通过蓝牙模块接收加密数据，再通过加解密模块将加密数据解码，获得有效数据，实现数据加密解密功能。

控制模块在存储数据时，先通过加解密模块将有效数据加密，得到加密数据，再通过数据存储模块保存数据；控制模块在读取数据时，先从数据存储模块获取数据，再通过加解密模块将加密数据解码，获得有效数据；实现数据存储加解密功能。

具体手机接入分为如下步骤：步骤一，手机搜索到蓝牙水表，发起蓝牙配对连接，配对后水表开启断开连接定时器倒计时；步骤二，手机向服务器发送数据，获取水表本次连接密匙及验证码；步骤三，手机将获取到的连接密匙及验证码发送给水表；步骤四，水表在断开连接定时器倒计时结束前接到密匙及验证码后，通过加解密模块对密匙及验证码进行验证，如验证失败则断开连接，如验证成功，则从密匙中得到约定的加密方法，并发送配对成功应答，同时开启配对连接倒计时定时器；步骤五，手机将成功应答发送给服务器，配对成功；步骤六，服务器获取水表数据时，先对发送数据按约定的加密方法加密，再将加密数据发送给手机；步骤七，手机通过蓝牙将加密数据传输到水表端；步骤八，水表接收到加密数据后，通过加解密模块将解码数据，得到有效数据，再根据有效数据执行相应操作，产生应答数据，水表将有效应答数据通过加解密模块加密，得到加密应答数据，发送给手机；步骤九，手机将加密应答数据发送给服务器；步骤十，服务器接到加密应答数据，通过解密获得有效应答数据，完成一次有效数据交互；步骤十一，如手机端需对水表进行操作，则手机先发送数据给服务器；步骤十二，服务器接收到手机端操作数据后，执行步骤六到步骤十动作，之后将有效数据发送给手机；步骤十三手机接到有效数据后可用于展示水表数据、状态等内容。

综上所述，本实用新型通过采用蓝牙对接手机蓝牙，传输手机中已购买好的用水数据信息或者通过手机无线网连接远程服务器实现现场远程购买，与物联网表相比，节省了物联网表数据发送模块、通信资费及相关费用，水表制造成本更低，使用时通讯成本以及功耗成本更低。因此，本实用新型克服了现有技术的不足从而具有良好的应用前景。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。