CN206962862U - 一种基于NB‑IoT通信技术的物联网燃气表通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于NB‑IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，包括主控模块、存储模块、红外通讯模块、报警模块、电源检测模块、显示模块、计量模块、阀门控制模块、实时时钟模块、按键模块和NB‑loT模块，主控模块同时连接其余模块。本实用新型采用NB‑IoT模块实现无线网络数据传输，具备外网访问能力，实现对燃气表计量、阀门、表状态等数据的远程监控，达到远程抄表、阶梯气价实时调整、远程阀门控制、大数据收集及分析的目的，不再需要人工上门抄表。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气表技术领域，尤其是指一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统。
背景技术
随着科技进步，燃气化工程迅速发展，燃气的计量目前主要以燃气表（工业流量计）来进行，基于GPRS的物联网燃气表是其中的新兴产品。表端采集数据后通过GPRS模块连接互联网与后端服务器通信连接，实现远程阀门控制、用气状态监控、阶梯气价实时调整、远程充值、数据分析以及异常报警等功能。但是由于GPRS技术功耗较大、典型场景的网络覆盖能力不足和无法长期存在等因素，使得其发展有一定的局限性。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中基于GPRS的物联网燃气表技术功耗较大、典型场景的网络覆盖能力不足和无法长期存在的缺点，提供一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，包括：
存储模块，与主控模块连接，用于存储燃气表端的运行参数、用气记录以及事件记录；
电源检测模块，与主控模块连接，用于实时监测当前供电状态；
计量模块，与主控模块连接，用于将计量信号转变为数字信号，每计量累计到一定值时触发一次储存操作；
阀门控制模块，与主控模块连接，控制阀门开启和关闭；
NB-IoT模块，与主控模块连接，用于实现燃气表端和远程服务器的交互；
主控模块，用于接收红外通讯模块、电源检测模块、计量模块和NB-IoT模块发送的信息以及发送控制信息至存储模块、红外通讯模块、电源检测模块、阀门控制模块和NB-IoT模块。
作为一种优选方案，通信系统还包括实时时钟模块，与主控模块连接，用于计时时间。
作为一种优选方案，通信系统还包括报警模块和按键模块，报警模块与主控模块连接，用于外接燃气报警器，实时监测燃气是否泄漏，如有泄漏则将泄漏信息上传至远程服务器；按键模块与主控模块连接，用于查询燃气表表内数据，通过主控模块发送控制信息至阀门控制模块。
作为一种优选方案，通信系统还包括显示模块，与主控模块连接，显示剩余金额、单价、累计用气量、时间等参数，提示表内异常信息。
作为一种优选方案，通信系统还包括红外通讯模块，与主控模块连接， 用于人工设置和读取表端的参数和记录。
作为一种优选方案，NB-IoT模块通过无线与基站通信连接，基站与核心网通信连接，核心网和物联网平台通信连接，物联网平台与第三方应用通信连接。
作为一种优选方案，NB-IoT模块包括NB-IoT模块本体、串口、电源控制模块、SIM卡和天线，NB-IoT模块本体通过串口与主控模块电连接，NB-IoT模块本体设有SIM卡卡槽与SIM卡电连接，NB-IoT模块本体通过用于放大信号的天线与基站通信连接，NB-IoT模块本体与电源控制模块电连接。
一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信方法，基于一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，包括以下步骤：
步骤1，系统启动NB-IoT通讯，电源控制模块开启NB-IoT模块电源，主控模块通过串口发送配置命令至NB-IoT模块，NB-IoT模块启动通讯，与核心网进行联网操作；
步骤2，NB-IoT模块联网成功后，系统通过NB-IoT模块发送注册帧至远程服务器，远程服务器收到注册帧后回复应答帧；
步骤3，系统收到应答帧后，NB-IoT模块发送日常上传帧，远程服务器收到日常上传帧后判断是否有指令需要下发，如果有则下发指令帧，对系统进行参数设置或读取的操作，系统收到后作出应答，当远程服务器判断没有指令需要下发时，下发结束帧，结束本次通讯。
作为一种优选方案，步骤1具体分为如下子步骤：
子步骤a，NB-IoT模块上电，主控模块对NB-IoT模块配置CDP信息、锁频参数和频段参数，同时读取IMEI号；
子步骤b，核心网读取NB-IoT模块的IMSI号，同时设置APN、配置搜网国家码号和网络码，对NB-IoT模块进行注册；
子步骤c，NB-IoT模块查询注册状态，若注册成功，则读取信号量，若注册不成功，则继续查询注册状态直到注册成功为止。
作为一种优选方案，系统发送数据的具体流程为：
系统判断NB-IoT模块是否入网成功，若入网成功，系统将待发送数据通过串口发送给NB-IoT模块，NB-IoT模块再发送数据到远程服务器，当系统向NB-IoT模块查询到数据发送成功后，结束本次发送流程，启动接收流程；若入网不成功，则结束发送流程，启动入网流程；
系统接收数据的具体流程为：
系统判断NB-IoT模块是否入网成功，若入网成功，则获取NB-IoT模块接收计数器的数值，判断接收到数据，则读取远程服务器向NB-IoT模块发送的缓存数据，若没接收到数据，则继续获取接收计数器数值。
作为一种优选方案，所述的系统启动NB-IoT通讯的方式是采用实时时钟模块触发、报警模块触发或按键模块触发，使控制模块开启NB-IoT通讯模块工作。
本实用新型的有益效果是，
1、本实用新型采用NB-IoT模块实现无线网络数据传输，具备外网访问能力，实现对燃气表计量、阀门、表状态等数据的远程监控，达到远程抄表、阶梯气价实时调整、远程阀门控制、大数据收集及分析的目的，不再需要人工上门抄表。
2、相比基于GPRS通讯技术的燃气表，基于NB-IoT通讯技术的燃气表有着更低的功耗模型。因此，使用锂电池为燃气表供电10年甚至更多年的方案更具有可行性。
3、NB-IoT技术覆盖广，将改进室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。
4、NB-IoT具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；
5、相对于GPRS技术具有退网风险，前景不明，NB-IoT技术作为新兴技术，更具有发展前景。
6、可外接燃气报警器，实时监测燃气泄漏情况，表端可主动关闭阀门并向服务器报警，有效防止燃气泄漏。
7、使用NB-IoT远程数据时，采用DES加密，CRC校验和CS校验，有效保证数据的机密性和有效性。
8、启动NB-IoT通讯时，采用错峰机制，将燃气表分为100个时间段主动上传，有效减缓服务器压力。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理框图；
图2是本实用新型的NB-IoT模块连入网络的原理框图；
图3是本实用新型的NB-IoT模块的电路原理框图；
图4是本实用新型的NB-IoT模块入网流程图；
图5是本实用新型的发送日常上传帧数据的部分流程图；
图6是本实用新型的发送日常上传帧数据的部分流程图；
图7是本实用新型的接收指令帧数据的流程图。
其中：1、主控模块，2、存储模块，3、红外通讯模块，4、报警模块，5、电源检测模块，6、显示模块，7、计量模块，8、阀门控制模块，9、实时时钟模块，10、按键模块，11、NB-IoT模块，12、基站，13、核心网，14、物联网平台，15、第三方应用，16、SIM卡，17、电源控制模块，18、天线，19、串口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步描述。
实施例：一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，如图1所示，包括：
主控模块1，用于接收其余模块发送的信息以及发送控制信息至其余模块；
存储模块2，与主控模块连接，用于存储燃气表端的运行参数、用气记录以及事件记录；
红外通讯模块3，与主控模块连接， 用于人工设置和读取表端的参数和记录；
报警模块4，与主控模块连接，用于外接燃气报警器，实时监测燃气是否泄漏，如有泄漏则将泄漏信息上传至远程服务器；
电源检测模块5，与主控模块连接，用于实时监测当前供电状态；
显示模块6，与主控模块连接，显示剩余金额、单价、累计用气量、时间等参数，提示表内异常信息；
计量模块7，与主控模块连接，用于将计量信号转变为数字信号，每计量累计到一定值时触发一次储存操作；
阀门控制模块8，与主控模块连接，控制阀门开启和关闭；
实时时钟模块9，与主控模块连接，用于保证时间准确性；
按键模块10，与主控模块连接，用于查询燃气表表内数据，通过主控模块发送控制信息至阀门控制模块；
NB-IoT模块11，与主控模块连接，用于实现燃气表端和远程服务器的交互。
NB-IoT模块连入网络的原理框图如图2所示，NB-IoT模块通过无线与基站12通信连接，基站与核心网13通信连接，核心网和物联网平台14通信连接，物联网平台与第三方应用15通信连接。
NB-IoT模块的电路原理框图如图3所示，NB-IoT模块包括NB-IoT模块本体、串口19、电源控制模块17、SIM卡16和天线18，NB-IoT模块本体通过串口与主控模块电连接，NB-IoT模块本体设有SIM卡卡槽与SIM卡电连接，NB-IoT模块本体通过用于放大信号的天线与基站通信连接，NB-IoT模块本体与电源控制模块电连接。
一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，包括以下步骤：
步骤1，系统启动NB-IoT通讯，启动的具体方式是采用实时时钟模块触发、报警模块触发或按键模块触发，使控制模块开启NB-IoT通讯模块工作。电源控制模块开启NB-IoT模块电源，主控模块通过串口发送配置命令至NB-IoT模块，NB-IoT模块启动通讯，与核心网进行联网操作；
步骤2，NB-IoT模块联网成功后，系统通过NB-IoT模块发送注册帧至远程服务器，远程服务器收到注册帧后回复应答帧；
步骤3，系统收到应答帧后，NB-IoT模块发送日常上传帧，远程服务器收到日常上传帧后判断是否有指令需要下发，如果有则下发指令帧，对系统进行参数设置或读取的操作，系统收到后作出应答，当远程服务器判断没有指令需要下发时，下发结束帧，结束本次通讯。
如图4所示，步骤1具体分为如下子步骤：
子步骤a，NB-IoT模块上电，主控模块对NB-IoT模块配置CDP信息、锁频参数和频段参数，同时读取IMEI号；
子步骤b，核心网读取NB-IoT模块的IMSI号，同时设置APN、配置搜网国家码号和网络码，对NB-IoT模块进行注册；
子步骤c，NB-IoT模块查询注册状态，若注册成功，则读取信号量，若注册不成功，则继续查询注册状态直到注册成功为止。
如图5、图6所示，系统发送数据的具体流程为：
系统判断NB-IoT模块是否入网成功，若入网成功，系统将待发送数据通过串口发送给NB-IoT模块，NB-IoT模块再发送数据到远程服务器，当系统向NB-IoT模块查询到数据发送成功后，结束本次发送流程，启动接收流程；若入网不成功，则结束发送流程，启动入网流程；
如图7所示，系统接收数据的具体流程为：
系统判断NB-IoT模块是否入网成功，若入网成功，则获取NB-IoT模块接收计数器的数值，判断接收到数据，则读取远程服务器向NB-IoT模块发送的缓存数据，若没接收到数据，则继续获取接收计数器数值。
Claims (7)
1.一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，包括：
存储模块，与主控模块连接，用于存储燃气表端的运行参数、用气记录以及事件记录；
电源检测模块，与主控模块连接，用于实时监测当前供电状态；
计量模块，与主控模块连接，用于将计量信号转变为数字信号，每计量累计到一定值时触发一次储存操作；
阀门控制模块，与主控模块连接，控制阀门开启和关闭；
NB-IoT模块，与主控模块连接，用于实现燃气表端和远程服务器的交互；
主控模块，用于接收红外通讯模块、电源检测模块、计量模块和NB-IoT模块发送的信息以及发送控制信息至存储模块、红外通讯模块、电源检测模块、阀门控制模块和NB-IoT模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，还包括实时时钟模块，与主控模块连接，用于计时时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，还包括报警模块和按键模块，报警模块与主控模块连接，用于外接燃气报警器，实时监测燃气是否泄漏，如有泄漏则将泄漏信息上传至远程服务器；按键模块与主控模块连接，用于查询燃气表表内数据，通过主控模块发送控制信息至阀门控制模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，还包括显示模块，与主控模块连接，显示剩余金额、单价、累计用气量、时间参数，提示表内异常信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，还包括红外通讯模块，与主控模块连接， 用于人工设置和读取表端的参数和记录。
6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，所述的NB-IoT模块通过无线与基站通信连接，基站与核心网通信连接，核心网和物联网平台通信连接，物联网平台与第三方应用通信连接。
7.根据权利要求1或5所述的一种基于NB-IoT通信技术的物联网燃气表通信系统，其特征是，所述的NB-IoT模块包括NB-IoT模块本体、串口、电源控制模块、SIM卡和天线，NB-IoT模块本体通过串口与主控模块电连接，NB-IoT模块本体设有SIM卡卡槽与SIM卡电连接，NB-IoT模块本体通过用于放大信号的天线与基站通信连接，NB-IoT模块本体与电源控制模块电连接。
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