CN113516839A - 一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表 - Google Patents
一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，包括基表、安装于所述基表上的控制器外壳，以及安装于控制器外壳内部的控制器。所述控制器包括低功耗MCU主控单元、电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元、按键交互单元等。所述远程通信单元包括控制器上搭载的WiFi模组与NB‑IoT模组，通过二者配合来实现与平台端互补式通信，完成数据交互。OneNET云平台能够同时支持WiFi、NB‑IoT两种联网接入方式，通过在燃气表内部同时搭载WiFi模组、NB‑IoT模组实现两种联网通信方式互补。通过两种联网接入方式的互补工作，本发明具有增强通信稳定性和提高大数据传输能力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及流量计量设备，特别是涉及一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表。
背景技术
燃气表的发展经历了普通皮膜机械式燃气表、IC卡式燃气表、有线燃气表、无线远传燃气表四个发展阶段。目前，前三种燃气表已经逐渐退出历史舞台，而无线远传燃气表凭借无需布线、覆盖范围广、海量连接、低功耗等特点开始快速发展起来。其中，无线远传燃气表主要是应用窄带物联网(NB-IoT)通信技术的一种物联网燃气表。
由于目前NB-IoT网络正处在发展建设阶段，NB-IoT无线远传燃气表与平台端远程通信只依靠NB-IoT一种技术有段，来完成燃气表终端上线、数据周期上报、远程控制、异常关阀上报等功能，在使用过程存在如下问题：
1、通信不稳定：小部分县级以上城市以及大部分县级以下区域尚存在存在NB-IoT网络信号覆盖盲区，NB-IoT通信不稳定，在上述地区安装部署的基于窄带物联网(NB-IoT)通信技术的燃气表经常发生无法与平台端正常通信的情况；
2、大数据传输能力不够：此外，由于燃气表系统远程升级、NB-IoT模块远程升级等大数据类通信业务对通信速度要求较高，而NB-IoT的传输速度理论值在160kbps-250kbps，实际一般要小于100kbps，不太适合用于大数据类通信业务。
发明内容
为了解决上述通信不稳定与大数据传输能力不够的问题，现提出一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表。
所述OneNET云平台是中国移动基于物联网产业打造的生态平台，具有高并发可用、多协议接入、丰富API支持、数据安全存储、快速应用孵化等特点。通过接入OneNET云平台，可以缩短燃气管理平台业务系统开发周期，还可以快速找出通信失败时的错误环节。
本发明提出一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其包括基表、安装于所述基表上的控制器外壳，以及安装于控制器外壳内部的控制器。
所述基表用于将流经内部通路的流体的速度转化成机械流量信息。
所述控制器外壳包括固定底壳和前面板外壳，二者采用可拆卸的连接固定。
所述控制器包括低功耗MCU主控单元、电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元和按键交互单元。
所述电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元以及按键交互单元分别与所述低功耗MCU主控单元连接，所述低功耗MCU是所述通信互补型燃气表控制器的主控芯片，用于控制整个燃气表实现各项功能。
所述电源管理单元包括稳压模块、电量检测模块，为控制器提供稳压电源并对电池电量进行监测。
所述近场通信单元包括红外通信和蓝牙通信，用于近场通信，方便维修调试检测等工作。
所述数据存储单元采用可擦写记忆体，用于存储燃气表各项工作数据。
所述计数单元用于对用气量进行采集，完成计量。
所述阀门控制单元用于控制燃气表阀门的开启与闭合。
所述报警单元包括位置状态传感器、气体传感器和蜂鸣器，用于实现燃气表倾斜报警、低电压报警、过流量报警、缴费提示或气体泄漏报警。
所述显示单元选用LCD液晶显示屏，用于显示时间、日期、用气量、单价、余额、软件版本、错误代码等信息。
所述温度检测单元包括温度传感器，用于检测低功耗MCU工作温度、环境温度等。
所述按键交互单元采用硅胶按键或者薄膜按键，用于燃气表的人机交互，可通过按键完成LCD显示内容切换、选择、确认、长按按键还可实现启动红外或蓝牙、燃气表状态信息上报等操作。
所述远程通信单元包括控制器上搭载的WiFi模组与NB-IoT模组，通过所述WiFi模组与NB-IoT模组实现与平台端互补式通信，完成数据交互。OneNET云平台能够同时支持WiFi、NB-IoT两种联网接入方式，通过在燃气表内部同时搭载WiFi模组、NB-IoT模组实现两种联网通信方式互补。通过两种联网接入方式的互补工作，实现燃气表与平台端高可靠性通信，完成数据交互。室外环境下WiFi的覆盖范围可以达到300米，室内环境下WiFi的覆盖范围在100米左右。WiFi的通信速度在150米时在1-2Mbps，在50米时可以达到10Mbps，完全可以满足燃气表大数据类通信业务对通信速度的要求。当有通信业务时首先对通信业务进行分类，当有大数据类通信业务时，优先选用WiFi通信；当有非大数据类通信业务时，优先选用NB-IoT通信，利用互补网络智能切换算法可以选出最优的通信方式。这样既解决了NB-IoT网络信号覆盖盲区NB-IoT通信不稳定问题，同时也解决了燃气表大数据类通信业务的传输带宽问题。
一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表技术体系架构如下所述：
(1)通过燃气表控制器搭载的WiFi模组、NB-IoT模组实现从燃气表端至企业自身燃气管理平台端的云、管、边、端技术体系架构；
(2)燃气表控制器搭载已经实现接入OneNET云平台的NB-IoT模组，采用LwM2M协议接入到OneNET云平台，实现和OneNET云平台之间的通信；
(3)燃气表控制器搭载的低功耗MCU移植有OneNET云平台提供的基础通信套件SDK，可以通过控制器搭载的WiFi模组采用MQTT协议接入到OneNET云平台，实现与NB-IoT接入方式的互补工作；
(4)OneNET云平台端可以满足大量燃气表设备的快速入云，同时能够实现对燃气表设备的资源订阅、数据存储、数据转发、命令下发等功能；
(5)企业燃气管理平台与OneNET云平台之间通过HTTPS/HTTP请求/应答的方式实现数据交互；
(6)由于燃气表端至OneNET云平台之间采用了两种联网接入方式，从而确保了二者之间的稳定通信。
一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表互补通信流程如下列步骤：
(1)燃气控制器上电后首先对WiFi模块、NB-IoT模块进行初始化，完成准备工作，燃气表初次使用时需要用户手动连接WiFi；
(2)当有通信业务时首先对通信业务进行分类，并以是否是大数据类业务作为分类判别依据。燃气表系统远程升级、NB-IoT模块远程升级等通信类业务由于通信数据量较大可判定为大数据类业务；远程抄表、表状态上报、远程参数设置、远程开阀授权、周期上报、定时上报等内容由于通信数据量较小可判定为非大数据类业务；
(3)当有大数据类通信业务时，优先选用WiFi通信。若WiFi通信不可用，则首先对WiFi信号进行自动重连；若WiFi信号参数如ssid、密码发生变化，则会通过OneNET云平台向用户手机发送短信通知，提醒用户对燃气表WiFi进行重连；
(4)当有非大数据类通信业务时，优先选用NB-IoT通信。使用NB-IoT通信前，首先需要对NB-IoT信号参数进行采集，这里主要考虑信噪比(SNR)、信号接收功率(RSRP)、信号强度(RSSI)三个参数，并将电池电量作为辅助判定参数；然后对信噪比(SNR)、信号接收功率(RSRP)、信号强度(RSSI)、电池电量进行参数归一化处理以便将衡量标准一致化；接下来运行互补网络智能切换算法判断NB-IoT通信是否可用，若NB-IoT通信可用则直接选用NB-IoT通信，若NB-IoT通信不可用则转换成WiFi通信。
进一步地，本发明创造可直接应用于物联网表计领域，包括燃气表、水表、电表等。
综上所述，本发明具有如下有益的技术效果：
1、增强了通信稳定性：同时支持WiFi、NB-IoT两种联网接入方式，通过燃气表内部同时搭载WiFi模组、NB-IoT模组实现两种联网通信方式互补。通过两种联网接入方式的互补工作，实现燃气表与平台端正常通信，完成数据交互，确保了通信的稳定性，大大提高了通信成功率；
2、增强了大数据传输能力：室外环境下WiFi的覆盖范围可以达到300米，室内环境下WiFi的覆盖范围在100米左右。WiFi的通信速度在150米时在1-2Mbps，在50米时可以达到10Mbps，完全可以满足燃气表大数据类通信业务对通信速度的要求。
附图说明
图1为本发明通讯互补型燃气表的结构示意图。
图2为本发明控制器的结构示意图。
图3为本发明技术体系架构示意图。
图4为本发明互补通信流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-4和具体实施例对技术方案做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1所示，本发明提出一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其包括基表1、安装于所述基表1上的控制器外壳2，以及安装于控制器外壳2内部的控制器3。
所述基表1用于将流经内部通路的流体的速度转化成机械流量信息。
所述控制器外壳2包括固定底壳21和前面板外壳22，二者采用可拆卸的连接固定，所述固定底壳21固定在所述基表1外侧。
如图2所示，所述控制器3包括低功耗MCU主控单元、电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元、按键交互单元等部分。
所述电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元以及按键交互单元分别与所述低功耗MCU主控单元连接，所述低功耗MCU是所述通信互补型燃气表控制器的主控芯片，用于控制整个燃气表实现各项功能。
所述电源管理单元包括稳压模块、电量检测模块，为控制器提供稳压电源并对电池电量进行监测。
所述近场通信单元包括红外通信和蓝牙通信，用于近场通信，方便维修调试检测等工作。
所述数据存储单元采用可擦写记忆体，用于存储燃气表各项工作数据。
所述计数单元用于对用气量进行采集，完成计量。
所述阀门控制单元用于控制燃气表阀门的开启与闭合。
所述报警单元包括位置状态传感器、气体传感器和蜂鸣器，用于实现燃气表倾斜报警、低电压报警、过流量报警、缴费提示或气体泄漏报警。
所述显示单元选用LCD液晶显示屏，用于显示时间、日期、用气量、单价、余额、软件版本、错误代码等信息。
所述温度检测单元包括温度传感器，用于检测低功耗MCU工作温度、环境温度等。
所述按键交互单元可采用硅胶按键或者薄膜按键，其用于燃气表的人机交互，可通过按键完成LCD显示内容切换、选择、确认、长按按键还可实现启动红外或蓝牙、燃气表状态信息上报等操作。
所述远程通信单元包括控制器上搭载的WiFi模组与NB-IoT模组，通过二者配合来实现与平台端互补式通信，完成数据交互。OneNET云平台能够同时支持WiFi、NB-IoT两种联网接入方式，通过在燃气表内部同时搭载WiFi模组、NB-IoT模组实现两种联网通信方式互补。通过两种联网接入方式的互补工作，实现燃气表与平台端高可靠性通信，完成数据交互。室外环境下WiFi的覆盖范围可以达到300米，室内环境下WiFi的覆盖范围在100米左右。WiFi的通信速度在150米时在1-2Mbps，在50米时可以达到10Mbps，完全可以满足燃气表大数据类通信业务对通信速度的要求。当有通信业务时首先对通信业务进行分类，当有大数据类通信业务时，优先选用WiFi通信；当有非大数据类通信业务时，优先选用NB-IoT通信，利用互补网络智能切换算法可以选出最优的通信方式。这样既解决了NB-IoT网络信号覆盖盲区NB-IoT通信不稳定问题，同时也解决了燃气表大数据类通信业务的传输带宽问题。
如图3所示，一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表技术体系架构如下所述：
(1)通过燃气表控制器搭载的WiFi模组、NB-IoT模组实现从燃气表端至企业自身燃气管理平台端的云、管、边、端技术体系架构；
(2)燃气表控制器搭载已经实现接入OneNET云平台的NB-IoT模组，采用LwM2M协议接入到OneNET云平台，实现和OneNET云平台之间的通信；
(3)燃气表控制器搭载的低功耗MCU移植有OneNET云平台提供的基础通信套件SDK，可以通过控制器搭载的WiFi模组采用MQTT协议接入到OneNET云平台，实现与NB-IoT接入方式的互补工作；
(4)OneNET云平台端可以满足大量燃气表设备的快速入云，同时能够实现对燃气表设备的资源订阅、数据存储、数据转发、命令下发等功能；
(5)企业燃气管理平台与OneNET云平台之间通过HTTPS/HTTP请求/应答的方式实现数据交互；
(6)由于燃气表端至OneNET云平台之间采用了两种联网接入方式，从而确保了二者之间的稳定通信。
如图4所示，一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表互补通信流程如下列步骤：
(1)燃气控制器上电后首先对WiFi模块、NB-IoT模块进行初始化，完成准备工作，燃气表初次使用时需要用户手动连接WiFi；
(2)当有通信业务时首先对通信业务进行分类，并以是否是大数据类业务作为分类判别依据。燃气表系统远程升级、NB-IoT模块远程升级等通信类业务由于通信数据量较大可判定为大数据类业务；远程抄表、表状态上报、远程参数设置、远程开阀授权、周期上报、定时上报等内容由于通信数据量较小可判定为非大数据类业务；
(3)当有大数据类通信业务时，优先选用WiFi通信。若WiFi通信不可用，则首先对WiFi信号进行自动重连；若WiFi信号参数如ssid、密码发生变化，则会通过OneNET云平台向用户手机发送短信通知，提醒用户对燃气表WiFi进行重连；
(4)当有非大数据类通信业务时，优先选用NB-IoT通信。使用NB-IoT通信前，首先需要对NB-IoT信号参数进行采集，这里主要考虑信噪比(SNR)、信号接收功率(RSRP)、信号强度(RSSI)三个参数，并将电池电量作为辅助判定参数；然后对信噪比(SNR)、信号接收功率(RSRP)、信号强度(RSSI)、电池电量进行参数归一化处理以便将衡量标准一致化；接下来运行互补网络智能切换算法判断NB-IoT通信是否可用，若NB-IoT通信可用则直接选用NB-IoT通信，若NB-IoT通信不可用则转换成WiFi通信。
进一步地，本发明创造可直接应用于物联网表计领域，包括燃气表、水表、电表等。
以上所述，只是本发明的一个实例，不能以此限定本发明的范围，凡依此发明专利申请范围及说明内容所做的简单的等效变化与修饰，皆属于本发明专利涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：其包括基表、安装于所述基表上的控制器外壳，以及安装于控制器外壳内部的控制器；
所述基表用于将流经内部通路的流体的速度转化成机械流量信息；
所述控制器外壳包括固定底壳和前面板外壳，二者采用可拆卸的连接固定；
所述控制器包括低功耗MCU主控单元、电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元与按键交互单元；
所述电源管理单元、数据存储单元、近场通信单元、远程通信单元、计数单元、阀门控制单元、报警单元、显示单元、温度检测单元以及按键交互单元分别与所述低功耗MCU主控单元连接；
所述远程通信单元包括控制器上搭载的WiFi模组与NB-IoT模组。
2.如权利要求1所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：通过所述WiFi模组与NB-IoT模组实现与平台端互补式通信，完成数据交互。
3.如权利要求1所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：所述报警单元包括位置状态传感器、气体传感器和蜂鸣器，用于实现燃气表倾斜报警、低电压报警、过流量报警、缴费提示或气体泄漏报警。
4.如权利要求1所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：所述按键交互单元采用硅胶按键或者薄膜按键，用于燃气表的人机交互，通过按键完成LCD显示内容切换、选择、确认、长按按键实现启动红外或蓝牙、燃气表状态信息上报功能等操作。
5.如权利要求1所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：所述近场通信单元包括红外通信和蓝牙通信。
6.如权利要求1所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：其采用的技术体系架构如下所述：
(1)通过燃气表控制器搭载的WiFi模组、NB-IoT模组实现从燃气表端至企业自身燃气管理平台端的云、管、边、端技术体系架构；
(2)燃气表控制器搭载已经实现接入OneNET云平台的NB-IoT模组，采用LwM2M协议接入到OneNET云平台，实现和OneNET云平台之间的通信；
(3)燃气表控制器搭载的低功耗MCU移植有OneNET云平台提供的基础通信套件SDK，可以通过控制器搭载的WiFi模组采用MQTT协议接入到OneNET云平台，实现与NB-IoT接入方式的互补工作；
(4)OneNET云平台端可以满足大量燃气表设备的快速入云，同时能够实现对燃气表设备的资源订阅、数据存储、数据转发、命令下发等功能；
(5)企业燃气管理平台与OneNET云平台之间通过HTTPS/HTTP请求/应答的方式实现数据交互；
(6)由于燃气表端至OneNET云平台之间采用了两种联网接入方式，从而确保了二者之间的稳定通信。
7.如权利要求2所述的基于OneNET云平台的通信互补型燃气表，其特征在于：所述互补通信流程如下列步骤：
(1)燃气控制器上电后首先对WiFi模块、NB-IoT模块进行初始化，完成准备工作，燃气表初次使用时需要用户手动连接WiFi；
(2)当有通信业务时首先对通信业务进行分类，并以是否是大数据类业务作为分类判别依据。燃气表系统远程升级、NB-IoT模块远程升级等通信类业务由于通信数据量较大可判定为大数据类业务；远程抄表、表状态上报、远程参数设置、远程开阀授权、周期上报、定时上报等内容由于通信数据量较小可判定为非大数据类业务；
(3)当有大数据类通信业务时，优先选用WiFi通信。若WiFi通信不可用，则首先对WiFi信号进行自动重连；若WiFi信号参数如ssid、密码发生变化，则会通过OneNET云平台向用户手机发送短信通知，提醒用户对燃气表WiFi进行重连；
(4)当有非大数据类通信业务时，优先选用NB-IoT通信。使用NB-IoT通信前，首先需要对NB-IoT信号参数进行采集，这里主要考虑信噪比、信号接收功率、信号强度三个参数，并将电池电量作为辅助判定参数；然后对信噪比、信号接收功率、信号强度、电池电量进行参数归一化处理以便将衡量标准一致化；接下来运行互补网络智能切换算法判断NB-IoT通信是否可用，若NB-IoT通信可用则直接选用NB-IoT通信，若NB-IoT通信不可用则转换成WiFi通信。
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| CN (1) | CN113516839A (zh) |
Citations (6)
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2021
- 2021-05-18 CN CN202110538350.3A patent/CN113516839A/zh active Pending
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