CN111080912A - 基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统及方法。本发明包括光电直读取信模块和主控模块。光电直读取信模块用于对表具字轮数据进行采样；主控模块包括数据采集模块、预付费逻辑处理模块和物联网通信模块；数据采集模块用于对光电直读取信模块进行采样控制，预付费逻辑处理模块进行数据处理及结算任务，物联网通信模块用于数据采集模块与上位平台之间的通信。本发明优化了表端预付费异常处理机制，结合物联网大数据的特点，通过平台数据，实时了解表具状态，监控异常情况。在出现异常时能更高效的定位问题，及时确认后续处理方案。

Description

基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统及方法

技术领域

本发明涉及智能燃气仪表技术领域，具体涉及一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统及方法。

背景技术

在智能燃气表具行业，光电直读取信方式目前被广泛应用于远传燃气表及物联网燃气表中。相较于霍尔及干簧管等脉冲取信方式，光电直读取信不需要对用气量进行累计计数，无需对数据进行频繁的存储，能保证更小的计量误差。光电直读取信模块只需要在读取时进行供电，其他时间都处于断电状态，功耗更小。同时几乎不受电磁干扰的影响。

目前光电直读取信方式在后付费表具上有着相对成熟的应用，在表端预付费模式下使用较少，其主要难点是光电直读取信模块取信异常时，如何进行预付费逻辑处理，保证结算数据不出错。例如存在强光干扰，供电电压过低，光电收发对管损坏等情况时，有概率导致读取数据异常。读数异常的情况下，需要优化异常处理。才能使光电直读取信在预付费表具上的使用更加可靠。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统及方法。

一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统，包括光电直读取信模块和主控模块。

所述的光电直读取信模块用于对表具字轮数据进行采样，所述光电直读取信模块安装在燃气表字轮支架上，通过串口连接到主控模块。当主控模块给光电直读取信模块供电时，光电直读取信模块读取字轮数据获得采样数据，并将直读数据通过串口发送至主控模块。发送的直读数据包括采样数据和数据异常标志位，光电直读取信模块读取字轮数据时，同时采样电源VCC供电电压，进行光电红外收发对管器件进行检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位。光电直读取信模块读取字轮数据结束后，主控模块断开给光电直读取信模块的供电。光电直读取信模块只在主控模块给其供电时工作，节省功耗。

主控模块包括数据采集模块、预付费逻辑处理模块和物联网通信模块。由于本发明主要针对预付费逻辑进行说明。对于阀控模块、液晶显示模块、数据存储模块等其他现有模块不做进一步说明，但是在接下来的说明中有涉及的会提到，不进行详述。

数据采集模块用于对光电直读取信模块进行采样控制；主控模块设置定时采样任务，整点进行采样，设置采样间隔为N(单位：小时)，即每隔N小时给光电直读取信模块供电，并获取读数。采样间隔参数N能够通过下发指令进行更改，改变采样结算频率。除定时采样外，当物联网表启动定时上告时，先通过数据采集模块进行一次采样结算，以确保上传至上位平台的数据为表具当前的数据。

预付费逻辑处理模块进行数据处理及结算任务；首先明确结算原则：当采集数据异常时，不进行结算，避免扣费异常。当出现采样异常时，表具端不更新累积量，液晶显示模块仍显示上一次正确结算的结果，并提示结算异常错误代码。

物联网通信模块用于数据采集模块与上位平台之间的通信。

基于光电直读取信物联网燃气表预付费逻辑系统的处理方法，包括如下步骤：

步骤(1)、首先通过主控模块设定采样间隔N，数据采集模块根据设定的采样间隔N，每到整点检测一次是否到达采样时间。当到达采样时间时，主控模块将光电直读取信模块电源置为高电平，光电直读取信模块开始工作。

步骤(2)、光电直读取信模块上电，进行采样，读取字轮数据，同时光电直读取信模块采样电源VCC供电电压，并进行光电红外收发对管器件检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位。字轮数据读取完成后，将直读数据通过TXD脚传输至主控模块中的数据采集模块。

步骤(3)、预付费逻辑处理模块通过数据采集模块获取字轮读数。光电直读取信模块上电后，数据采集模块等待光电直读取信模块回应数据，若上电1S之后，光电直读取信模块无数据返回，则判断读取数据超时。当读取数据超时时，预付费逻辑处理模块置位读取数据超时的异常状态位。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当接收到直读数据时，首先判断直读数据中的数据异常标志位是否被置位，当存在光干扰、光电直读取信模块供电电压低、光电红外收发管器件损坏或数据解析异常情况时。预付费逻辑处理模块置位相应的异常状态位，并记录异常数据。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当直读数据中的数据异常标志位未被置位时，比较本次采样数据是否大于等于上一次正确采样结算的数据。当本次采样数据小于上一次正确采样的数据，不包括字轮从全9到全0进位的情况，则判断读数异常，预付费逻辑处理模块置位，本次采样数据小于上次采样数据异常状态位，并记录异常数据。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当本次采样数据大于等于上一次正确采样的数据时，计算两次采样数据的差值，判断差值是否小于周期流量阈值。若大于周期流量阈值，预付费逻辑处理模块置位周期流量过大异常状态位，并记录异常数据，表端不进行结算，液晶显示模块显示上一次正常结算的数据。若差值小于周期流量阈值，则采样数据为有效数据，进行结算。周期流量阈值的取值规则：民用膜式燃气表的最大流量阈值为7.2m³/h，由于光电直读取信精度为1方，设定单位时间流量阈值为8m³/h。由于存在采样异常不结算的情况，所以需要记录上一次采样正常结算到本次采样的时间间隔T。周期流量阈值＝单位时间流量阈值*时间间隔T。

步骤(4)、阶梯价格结算，预付费逻辑处理模块判断采样数据的有效性，当采样数据为有效数据时，进行预付费结算，首先计算本次采样数据与上次正常结算数据的差值获得需要结算的气量X。比较X与当前阶梯剩余用气量大小，当X小于等于当前阶梯剩余气量时，直接使用气量X乘以当前阶梯价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量。当气量X大于当前阶梯剩余气量时，先用当前阶梯剩余量乘以当前阶梯价格进行结算。结算后，进入下一阶梯，重新计算剩余需要结算的气量X′,判断剩余气量X′与新一阶梯剩余气量的大小，当X′小于阶梯剩余量时，直接用X′乘以新阶梯的价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量，否则重复上一步骤，以此类推。实现阶梯价格结算。

步骤5：物联网模块定时启动GPRS通信，向上位平台上告表具数据，启动上告时，先进行一次光电直读采样，当结算正常时，上告结算后的数据；当结算异常时，上告异常数据(即表具累积量)及采样异常状态类型。确保上告至上位平台的数据为实时结算后的数据，存在采样异常的情况时及时反映在上告的表具数据中。燃气公司通过上位平台可以查询表具数据及状态。异常数据标识不同底色，以便燃气公司快速查找，筛选异常数据进行后续分析。

本发明有益效果如下：

本发明主要应用于物联网预付费燃气表，优化表端预付费异常处理机制。避免直读取信方式取信异常时，结算出现错误，造成用户或燃气公司的损失。结合物联网大数据的特点，通过平台数据，实时了解表具状态，监控异常情况。出现异常时能更高效的定位问题，及时确认后续处理方案，更好的服务客户。

附图说明

图1为本发明的总体框架图；

图2为本发明预付费逻辑处理流程图；

图3为本发明阶梯价格结算流程图；

图4为本发明上位平台数据显示视图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对发明进行进一步描述。

如图1所示，一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统，包括光电直读取信模块和主控模块。

光电直读取信模块用于对表具字轮数据进行采样，所述光电直读取信模块安装在燃气表字轮支架上，通过串口连接到主控模块。当主控模块给光电直读取信模块供电时，光电直读取信模块读取字轮数据获得采样数据，并将直读数据通过串口发送至主控模块。发送的直读数据包括采样数据和数据异常标志位，光电直读取信模块读取字轮数据时，同时采样电源VCC供电电压，进行光电红外收发对管器件进行检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位。光电直读取信模块读取字轮数据结束后，主控模块断开给光电直读取信模块的供电。光电直读取信模块只在主控模块给其供电时工作，节省功耗。

主控模块包括数据采集模块、预付费逻辑处理模块和物联网通信模块。由于本发明主要针对预付费逻辑进行说明。对于阀控模块、液晶显示模块、数据存储模块等其他现有模块不做进一步说明，但是在接下来的说明中有涉及的会提到，不进行详述。

数据采集模块用于对光电直读取信模块进行采样控制；主控模块设置定时采样任务，整点进行采样，设置采样间隔为N(单位：小时)，即每隔N小时给光电直读取信模块供电，并获取读数。采样间隔参数N能够通过下发指令进行更改，例如设置为1时，则间隔1小时采样一次，设置成24时，则每天采样一次，改变采样结算频率。除定时采样外，当物联网表启动定时上告时，先通过数据采集模块进行一次采样结算，以确保上传至上位平台的数据为表具当前的数据。

预付费逻辑处理模块进行数据处理及结算任务；首先明确结算原则：当采集数据异常时，不进行结算，避免扣费异常。当出现采样异常时，表具端不更新累积量，液晶显示模块仍显示上一次正确结算的结果，并提示结算异常错误代码。

物联网通信模块用于数据采集模块与上位平台之间的通信。

基于光电直读取信物联网燃气表预付费逻辑系统的处理方法，包括如下步骤：

步骤(1)、首先通过主控模块设定采样间隔N，数据采集模块根据设定的采样间隔N，每到整点检测一次是否到达采样时间。当到达采样时间时，主控模块将光电直读取信模块电源置为高电平，光电直读取信模块开始工作。

步骤(2)、光电直读取信模块上电，进行采样，读取字轮数据，同时光电直读取信模块采样电源VCC供电电压，并进行光电红外收发对管器件检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位。字轮数据读取完成后，将直读数据通过TXD脚传输至主控模块中的数据采集模块。

步骤(3)、如图2所示，预付费逻辑处理模块通过数据采集模块获取字轮读数。光电直读取信模块上电后，数据采集模块等待光电直读取信模块回应数据，若上电1S之后，光电直读取信模块无数据返回，则判断读取数据超时。当读取数据超时时，预付费逻辑处理模块置位读取数据超时的异常状态位。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当接收到直读数据时，首先判断直读数据中的数据异常标志位是否被置位，当存在光干扰、光电直读取信模块供电电压低、光电红外收发管器件损坏或数据解析异常情况时。预付费逻辑处理模块置位相应的异常状态位，并记录异常数据。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当直读数据中的数据异常标志位未被置位时，比较本次采样数据是否大于等于上一次正确采样结算的数据。当本次采样数据小于上一次正确采样的数据，不包括字轮从全9到全0进位的情况，则判断读数异常，预付费逻辑处理模块置位，本次采样数据小于上次采样数据异常状态位，并记录异常数据。主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样。表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据。

当本次采样数据大于等于上一次正确采样的数据时，计算两次采样数据的差值，判断差值是否小于周期流量阈值。若大于周期流量阈值，预付费逻辑处理模块置位周期流量过大异常状态位，并记录异常数据，表端不进行结算，液晶显示模块显示上一次正常结算的数据。若差值小于周期流量阈值，则采样数据为有效数据，进行结算。周期流量阈值的取值规则：民用膜式燃气表的最大流量阈值为7.2m³/h，由于光电直读取信精度为1方，设定单位时间流量阈值为8m³/h。由于存在采样异常不结算的情况，所以需要记录上一次采样正常结算到本次采样的时间间隔T。周期流量阈值＝单位时间流量阈值*时间间隔T。

步骤(4)、如图3所示，阶梯价格结算，预付费逻辑处理模块判断采样数据的有效性，当采样数据为有效数据时，进行预付费结算，首先计算本次采样数据与上次正常结算数据的差值获得需要结算的气量X。比较X与当前阶梯剩余用气量大小，当X小于等于当前阶梯剩余气量时，直接使用气量X乘以当前阶梯价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量。当气量X大于当前阶梯剩余气量时，先用当前阶梯剩余量乘以当前阶梯价格进行结算。结算后，进入下一阶梯，重新计算剩余需要结算的气量X′,判断剩余气量X′与新一阶梯剩余气量的大小，当X′小于阶梯剩余量时，直接用X′乘以新阶梯的价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量，否则重复上一步骤，以此类推。实现阶梯价格结算。阶梯价格模型说明：表具支持阶梯价格及阶梯用气量的设置，当表具累积用气量大于本阶梯可用气量时，多出的用气量需使用下一阶梯价格进行计算，现有的表具目前支持五级阶梯价格的计数。

步骤(5)、物联网模块定时启动GPRS通信，向上位平台上告表具数据，启动上告时，先进行一次光电直读采样，当结算正常时，上告结算后的数据；当结算异常时，上告异常数据(即表具累积量)及采样异常状态类型。确保上告至上位平台的数据为实时结算后的数据，存在采样异常的情况时及时反映在上告的表具数据中。燃气公司通过上位平台可以查询表具数据及状态。异常数据标识不同底色，以便燃气公司快速查找，筛选异常数据进行后续分析。

图4为本发明上位平台数据显示视图。

实施例：

有一表具运行状况如下：表具剩余金额500元，上一次结算累积气量为107方，当前阶梯价格3.2元，当前阶梯剩余气量3方，下一阶梯价格4元，下一阶梯剩余气量100方。单位时间流量阈值为8方。当前字轮示数为119方。假设此时触发上告，上告前先对表具进行光电直读采样结算。下面分别对采样正常及异常的情况进行说明：

1、正常采样结算时

步骤(1)、光电光电直读取信模块上电，光电直读取信模块进行数据采集，并进行异常检测，读取结束后，通过串口将直读数据发送至主控模块的数据采集模块。

步骤(2)、数据采集模块接收到光电直读取信模块发送的直读数据。预付费逻辑处理模块首先检查直读数据的数据异常标志位是否置位。收到数据读数为119，数据无异常。上一次正常结算的数据为107，两次采样时间间隔为4小时。计算累积增量为12方，周期流量阈值为32方。采样数据有效，进入结算流程。

步骤(3)、预付费逻辑处理模块，阶梯结算流程，已知需要结算的气量为12方，大于本阶梯剩余气量3方，首先用本阶梯剩余气量进行结算。则剩余金额G＝500-3*3.2，计算可得剩余金额G为490.4元,更新需要结算的气量X＝12-3,计算可得剩余需要结算的气量X为9方。更新至下一阶梯。此时阶梯价格P为4元，阶梯剩余气量K为100方。由于X小于100方，直接用X进行结算，剩余金额G＝490.4-9*4,计算得剩余金额为454.4元。更新当前阶梯剩余气量K＝100-9,计算可得当前阶梯剩余气量为91方。结束本次结算。表具端显示剩余金额454.4元，累积气量119方，单价4元。

步骤(4)、结算完成后将结算后的数据上传至上位平台。

2、采样异常时，假设光电直读红外对管器件损坏。

步骤(1)、光电光电直读取信模块上电，光电直读取信模块进行数据采集，并进行异常检测，读取结束后，通过串口将直读数据发送至主控模块的数据采集模块。

步骤(2)、数据采集模块接收到光电直读取信模块发送的直读数据。预付费逻辑处理模块首先检查数据异常标志是否置位，发现红外收发对管器件损坏的数据异常标志位被置位，收到数据读数为159。由于器件损坏导致数据误差，预付费逻辑处理模块记录异常读数并置位红外收发对管器件损坏的异常状态位。表端不进行结算。此时表端显示剩余量500，累积量107，单价3.2元。

步骤(3)、采样结束后，将采样异常状态类型及异常读数上传至上位平台，上告结束后，上位平台可查询到异常数据。

Claims (2)

1.一种基于光电直读取信的物联网燃气表预付费逻辑系统，其特征在于包括光电直读取信模块和主控模块；

所述的光电直读取信模块用于对表具字轮数据进行采样，所述光电直读取信模块安装在燃气表字轮支架上，通过串口连接到主控模块；当主控模块给光电直读取信模块供电时，光电直读取信模块读取字轮数据获得采样数据，并将直读数据通过串口发送至主控模块；发送的直读数据包括采样数据和数据异常标志位，光电直读取信模块读取字轮数据时，同时采样电源VCC供电电压，进行光电红外收发对管器件进行检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位；光电直读取信模块读取字轮数据结束后，主控模块断开给光电直读取信模块的供电；光电直读取信模块只在主控模块给其供电时工作，节省功耗；

主控模块包括数据采集模块、预付费逻辑处理模块和物联网通信模块；由于本发明主要针对预付费逻辑进行说明；对于阀控模块、液晶显示模块、数据存储模块等其他现有模块不做进一步说明，但是在接下来的说明中有涉及的会提到，不进行详述；

数据采集模块用于对光电直读取信模块进行采样控制；主控模块设置定时采样任务，整点进行采样，设置采样间隔为N(单位：小时)，即每隔N小时给光电直读取信模块供电，并获取读数；采样间隔参数N能够通过下发指令进行更改，改变采样结算频率；除定时采样外，当物联网表启动定时上告时，先通过数据采集模块进行一次采样结算，以确保上传至上位平台的数据为表具当前的数据；

预付费逻辑处理模块进行数据处理及结算任务；首先明确结算原则：当采集数据异常时，不进行结算，避免扣费异常；当出现采样异常时，表具端不更新累积量，液晶显示模块仍显示上一次正确结算的结果，并提示结算异常错误代码；

物联网通信模块用于数据采集模块与上位平台之间的通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电直读取信物联网燃气表预付费逻辑系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、首先通过主控模块设定采样间隔N，数据采集模块根据设定的采样间隔N，每到整点检测一次是否到达采样时间；当到达采样时间时，主控模块将光电直读取信模块电源置为高电平，光电直读取信模块开始工作；

步骤(2)、光电直读取信模块上电，进行采样，读取字轮数据，同时光电直读取信模块采样电源VCC供电电压，并进行光电红外收发对管器件检测，读取环境光强度判断是否存在异常情况，当出现光干扰、光电直读取信模块供电电压低、数据无法解析或光电收发对管器件损坏情况时，相应的数据异常标志位被置位；字轮数据读取完成后，将直读数据通过TXD脚传输至主控模块中的数据采集模块；

步骤(3)、预付费逻辑处理模块通过数据采集模块获取字轮读数；光电直读取信模块上电后，数据采集模块等待光电直读取信模块回应数据，若上电1S之后，光电直读取信模块无数据返回，则判断读取数据超时；当读取数据超时时，预付费逻辑处理模块置位读取数据超时的异常状态位；主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样；表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据；

当接收到直读数据时，首先判断直读数据中的数据异常标志位是否被置位，当存在光干扰、光电直读取信模块供电电压低、光电红外收发管器件损坏或数据解析异常情况时；预付费逻辑处理模块置位相应的异常状态位，并记录异常数据；主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样；表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据；

当直读数据中的数据异常标志位未被置位时，比较本次采样数据是否大于等于上一次正确采样结算的数据；当本次采样数据小于上一次正确采样的数据，不包括字轮从全9到全0进位的情况，则判断读数异常，预付费逻辑处理模块置位，本次采样数据小于上次采样数据异常状态位，并记录异常数据；主控模块控制光电直读取信模块电源断开给光电直读取信模块的供电，跳出结算流程，等待下一次采样；表具不更新累积量，液晶显示模块显示上一次正确结算的数据；

当本次采样数据大于等于上一次正确采样的数据时，计算两次采样数据的差值，判断差值是否小于周期流量阈值；若大于周期流量阈值，预付费逻辑处理模块置位周期流量过大异常状态位，并记录异常数据，表端不进行结算，液晶显示模块显示上一次正常结算的数据；若差值小于周期流量阈值，则采样数据为有效数据，进行结算；周期流量阈值的取值规则：民用膜式燃气表的最大流量阈值为7.2m³/h，由于光电直读取信精度为1方，设定单位时间流量阈值为8m³/h；由于存在采样异常不结算的情况，所以需要记录上一次采样正常结算到本次采样的时间间隔T；周期流量阈值＝单位时间流量阈值*时间间隔T；

步骤(4)、阶梯价格结算，预付费逻辑处理模块判断采样数据的有效性，当采样数据为有效数据时，进行预付费结算，首先计算本次采样数据与上次正常结算数据的差值获得需要结算的气量X；比较X与当前阶梯剩余用气量大小，当X小于等于当前阶梯剩余气量时，直接使用气量X乘以当前阶梯价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量；当气量X大于当前阶梯剩余气量时，先用当前阶梯剩余量乘以当前阶梯价格进行结算；结算后，进入下一阶梯，重新计算剩余需要结算的气量X′,判断剩余气量X′与新一阶梯剩余气量的大小，当X′小于阶梯剩余量时，直接用X′乘以新阶梯的价格进行结算，结算后更新当前阶梯剩余气量，否则重复上一步骤，以此类推；实现阶梯价格结算；

步骤5：物联网模块定时启动GPRS通信，向上位平台上告表具数据，启动上告时，先进行一次光电直读采样，当结算正常时，上告结算后的数据；当结算异常时，上告异常数据(即表具累积量)及采样异常状态类型；确保上告至上位平台的数据为实时结算后的数据，存在采样异常的情况时及时反映在上告的表具数据中；燃气公司通过上位平台可以查询表具数据及状态；异常数据标识不同底色，以便燃气公司快速查找，筛选异常数据进行后续分析。

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