目前，在学校、社区等集中用水的环境中供水通常采用刷卡操作进行计费。如公共浴室淋浴、开水房、公共洗衣房等设施，用户一般使用ic卡刷卡后，才能进行使用，按次或者按时长进行收费。这种刷卡消费方式相对于传统的人工收费在一定程度上降低了用水计费的复杂程度和实际操作难度。但是，用户需要预先购卡并预存费用才能消费，并且每次使用都要带上卡，如果卡不慎丢失就会非常麻烦，这在一定程度上造成了用水不便，同时也增加了设备投入成本。
发明目的：基于以上不足，本发明提出一种智能计费系统及方法，实现无需刷卡即可方便地取水用水以及计费。
技术方案：本发明提供了一种基于用水量的智能计费系统，该系统包括用户终端、计量终端和后台服务器，用户终端和计量终端均以无线方式与后台服务器连接。进一步地，用户终端与后台服务器建立无线通信连接，向后台服务器发送消费请求，并从后台服务器获取消费码，在用水操作结束后从后台服务器接收计费信息；计量终端安装在用水设备上并与后台服务器无线通信连接，控制用水启停操作，实时获取用水计量信息并上传至后台服务器；后台服务器对用户信息进行认证，根据用户请求向用户分配消费码，根据用水计量信息计算用水费用，并将费用信息下传给用户终端和计量终端。具体地，本发明的计量终端包括包括显示屏、通信单元、控制器、电磁阀和计量单元，显示屏连接至通信单元，通信单元、电磁阀和计量单元均经由内部通信线缆与控制器连接。其中，显示屏通过通信单元与控制器相连，为用户提供用水启停操作的界面接口；通信单元将来自显示屏的输入信号传递至控制器，并以无线连接方式实现与后台服务器的通信；电磁阀与控制器相连，由控制器控制电磁阀的开启和关闭；计量单元与控制器相连，实时测量用水计量信息并将该信息发送至控制器；控制器通过通信单元从显示屏接收输入信号，控制电磁阀开启出水或停止出水，并将计量信息传递至通信单元。其中，显示屏为lcd串口指令屏；计量单元包括流量计和/或计时器。
在另一方面，发明提供了一种基于用水量的智能计费方法，该方法使用包括用户终端、计量终端和后台服务器的智能计费系统进行计费，方法包括以下步骤：1)用户终端基于用户设置完成与后台服务器的连接、账户认证、充值，计量终端与后台服务器建立连接；2)用户终端根据用户的输入命令向后台服务器请求消费码，后台服务器向用户终端发送消费码并进行费用预拨；3)计量终端将用户输入的消费码传送至后台服务器，由后台服务器对消费码进行验证，验证通过则后台服务器向计量终端返回验证通过消息；4)计量终端启动出水，同时启动对用水量的监测，并将测量数据实时上传至后台服务器；5)计量终端根据用户输入的结束用水指令停止出水，同时停止上传测量数据，后台服务器根据用水量测量数据计算实际消费金额，并返回至用户终端和计量终端，用户终端确认消费金额，后台服务器从预拨费用中扣除相应的部分，预拨费用中剩余部分返还用户账户。
有益效果：本发明提出了一种基于用水量的智能计费系统和方法，通过用户终端向后台服务器请求消费码，在用水设备侧输入消费码即可进行用水操作，并由后台服务器根据用水量自动计算费用。在计费前预拨费用，用水操作完成后才扣除相应的消费金额，这种计费方式更安全。本系统无需进行制卡、发卡操作，降低了设备投入成本，并且计量终端可以集成到用水设备内，也可以单独安装到现有用水设备上，例如饮水机、洗衣机、淋浴器等，部署方便。对用户而言，用户只需记住消费码，不用携带任何物理装置即可完成用水操作，使用更加方便快捷。
参照图1，本发明的计费系统应用的网络环境包括用户终端、计量终端、用水设备、后台服务器以及管理员pc，用户终端、计量终端均通过无线通信网络与后台服务器通信连接，管理员pc与后台服务器无线或有线连接，计量终端安装在用水设备上使用。用户可以使用不同的用户终端提出消费请求，用户终端可以是智能手机、平板电脑或者其他具备独立操作系统和独立运行空间的智能终端设备，其能够连接无线通信网络，并且能够安装用水消费应用程序app，与后台服务器进行信息交互。用水设备可以包括多种，如饮水机、洗衣机、淋浴器等，以提供多种消费服务功能；计量终端安装在用水设备上，提供用水启停控制、计量数据显示和上传功能。后台服务器使用云平台服务器，统一提供远程用户认证、消费码分配和验证、费用计算等功能。管理员pc用于提供针对用水设备和系统用户的监测功能，包括分配维护人员的权限和账号，查看用水设备工作状态、用水量、消费金额，设置费率，查看消费者消费信息、充值优惠等。此外，本系统还可以提供智能终端上的管理维护功能，管理员可以通过智能终端上安装的维护app进行新增用水设备、设置费率、故障清除、查看对应网点每台用水设备工作状态等管理维护工作。
在下面的描述中，以饮水机作为用水设备为例，即针对计量终端安装在饮水机上的应用进行描述。图2示出了计量终端的结构图。计量终端主要包括显示屏、通信单元、控制器、电磁阀和计量单元，显示屏连接至通信单元，通信单元、电磁阀和计量单元均经由内部通信线缆与控制器连接。即，显示屏通过通信单元与控制器相连，电磁阀和计量单元各自与控制器相连。显示屏是lcd串口指令屏，为用户提供用水启停操作的界面接口，界面包括交互区域和显示区域，交互区域提供“输入打水码”输入框、“选择打水类型”选择框和“暂停”、“停止”等按钮。通信单元提供了计量终端内显示屏与控制器之间的通信连接手段，并且提供了计量终端与后台服务器之间的通信连接手段，本实用新型中采用具有数据通信功能的通信模块实现，包括但不限于3g、4g、wifi上网卡。控制器采用单片机实现，其通过通信单元从显示屏获取操作指令，以电信号驱动相应的电磁阀开启出水或停止给电磁阀供电从而停止出水。计量单元指示被测流量和在选定的时间间隔内流体总量，并将测得的流量数据发送至控制单元，控制单元通过通信单元将计量信息传递至后台服务器，用于计算用水费用。
结合图3，下面描述基于用水量的智能计费系统的交互过程，主要包括以下几个阶段：
首先，计量终端以无线方式与后台服务器建立连接，计量终端发送其自身编号至后台服务器，后台服务器以计量终端编号为索引建立相关状态表。用户初次使用时，需在移动终端app上设置账户，以无线通信方式建立与后台服务器的连接，并进行账户充值。
用户在移动终端app内输入“我要打水”命令，移动终端向后台服务器请求打水码，后台服务器通过随机分配算法生成6位数字的打水码，发送给用户终端，同时针对该用户账户进行费用预拨。用户终端接收到打水码后，立即启动打水码计时器，监控打水码的有效时间。在本实施例中，每个打水码有效时间为240分钟，对于打水操作，每次预拨费用为2元。如果超过240分钟未使用，该打水码失效，预拨的费用退还用户帐户。
用户在显示屏上输入打水码，显示屏通过通信单元将打水码传送至后台服务器，后台服务器通过云服务器通信程序获取打水码，在当前有效状态的打水码数据库中查找匹配，匹配成功则验证通过，后台服务器向计量终端返回验证通过消息；如果验证不通过，例如用户输入错误或打水码计时器超时失效了，则后台服务器返回验证失败消息，提示用户重新输入打水码。
打水码验证通过后，显示屏上显示出水类型选择选项，根据用水设备的不同，选项可以包括“普通热水”、“净化凉水”和“净化热水”中的一种或多种。用户选择相应类型的水后，控制器向对应的电磁阀施加电信号，启动出水。对于凉水，使用流量计对出水流量进行测量统计，将测量数据发送至控制器，由控制器通过通信单元实时上传至后台服务器用于进行费用计算。流量计具有灵敏、测量精度高的优点。对于热水，使用秒表计时器计算用户接水的时间，并该计时时间发送至后台服务器。使用计时器成本低，节约投入成本，并且能够避免高温对流量计的精度影响，扩大了使用范围。系统提供“暂停”按钮，便于用户通过一个打水码分多次接水；用户想结束打水时，可以点击显示屏的“停止”按钮，控制单元通过通信单元从显示屏接收相应信号，停止给电磁阀供电，从而停止出水。此时，控制单元停止上传测量数据。
后台服务器基于设定的费率和从计量终端接收到的用水量测量数据计算实际消费金额，对于凉水，消费金额＝费率x用水量，对于热水，消费金额＝费率x计时时间。后台服务器将消费金额返回至用户终端，用户确认消费金额，后台服务器从预拨费用中扣除相应的部分，预拨费用中剩余部分返还用户账户。如果实际消费金额超过预拨费用，后台服务器向用户终端提示差额，用户确认支付。
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