数字时代,万物互联,发展智慧城市已经成为大势所趋,窄带物联网(NB-IoT)这一低功耗、广覆盖的技术已成为当前的研究热点。本文设计了一套基于窄带物联网的自供电智慧水表,实现了能量收集、无线远传和控制的功能。根据压电式能量收集的理论,比较了不同的压电材料特性和支撑方式,设计了叶轮-悬臂式压电能量收集结构,并利用Abaqus软件建立有限元模型对此结构进行模拟和仿真。求出本装置前四阶的模态特征频率分别为14.01 Hz、167.16 Hz、282.21 Hz和437.71 Hz,计算在周期荷载下的输出电压响应并研究了各个模态所对应的振形。进行了能量收集电路的设计、仿真和实验。在对不同的能量收集电路方案进行比较之后,探究了能量收集器在不同实验条件下的能量输出情况。对于不同的磁铁间距、水流流速下的输出电压进行了实验研究,在磁铁间距为45 mm、水流流量为40 L/min时悬臂梁的输出电压峰值可以达到10.239 V。测量了能量收集器的输出电压与输出功率,负载阻值为3 kΩ时,装置输出功率为1.023 mW。能量收集电路在各种条件下均可保持恒定的3.3 V输出电压。进行了基于窄带物联网的无线远传智慧水表的设计、实现和测试,实现了水表计量数据读取、历史数据查询、开关阀控制、数据上报、参数设置、电量监测等功能。基表采用光电直读水表,控制器由低功耗单片机对基表进行供电、抄表及阀控,并通过NB-IoT网络与IoT平台进行通信,能量收集装置由压电悬臂梁、能量收集电路以及储能元件锂电池组成,收集管道中的水流机械能将其转化为3.3 V的直流电压输出。运用可程式恒温恒湿试验箱对智慧水表的可靠性进行了验证,并通过对其能耗的实验,验证了利用压电俘能装置收集转化的电能可以保证水表的正常工作,且结余的电能还能为锂电池充电,以满足不同条件下的水表用电需求。