CN210072796U - 一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB‑IoT远传燃气表。其特征在于：NB‑IoT燃气表带有NB‑IoT窄带物联网模块、IC卡操作模块、显示器模块、报警模块、阀门控制模块、计数模块、电源管理模块、存储器模块和时钟模块；蓝牙IC卡是逻辑加密卡，包括IC卡芯片、蓝牙芯片和卡片接触点芯片；IC卡芯片包括安全及控制逻辑模块、通讯接口模块、数据存储区模块和IC卡芯片主控模块；蓝牙IC卡通过NB‑IoT燃气表上的IC卡操作模块与NB‑IoT燃气表配合连接。当NB基站处于维修或升级的时候，无法实现远程充值时，可以让蓝牙IC卡卡片进行插卡充值；多种充值方式可保证信息交互的及时性与完整性，便于用户使用。

Description

一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表

技术领域

本实用新型涉及一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表。

背景技术

目前智能IC卡燃气表的购气方式有用户持卡到指定购气点进行充值购气，或者是自带蓝牙功能的智能燃气表可通过蓝牙通讯直接进行购气的方式。用户持卡购气的方式受到购气点地理位置以及上班时间的限制，便利性极低。自带蓝牙功能的智能燃气表虽然能够解决用户的便利性问题，但是由于燃气表自带的蓝牙功能会增大系统的功耗，无法满足低功耗的要求。同时为了用户的安全，当燃气表按一定时间监测到一定次数燃气表没有走气现象，应该设计成具有远程关阀功能，阀门关闭后，用户要再次开阀用气可通过插卡操作，恢复燃气表的工作状态。

燃气公司除了要及时获取客户的购气信息以外，还需要获取其他检测信息及时进行远程开关阀控制等操作确保用户的安全。用户持卡购气的方式除了充值以外，燃气表还可将表内信息反写到卡上，燃气表公司需要通过读用户卡了解到用户燃气表的一些信息。这种操作安全性较高但是及时性较低。带蓝牙功能的智能燃气表虽然能及时上报用户信息，但是无法满足燃气表对低功耗功能的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表的技术方案。

所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于：

NB-IoT燃气表带有NB-IoT窄带物联网模块、IC卡操作模块、显示器模块、报警模块、阀门控制模块、计数模块、电源管理模块、存储器模块和时钟模块；

蓝牙IC卡是逻辑加密卡，包括IC卡芯片、蓝牙芯片和卡片接触点芯片；IC卡芯片包括安全及控制逻辑模块、通讯接口模块、数据存储区模块和IC卡芯片主控模块；

蓝牙IC卡通过NB-IoT燃气表上的IC卡操作模块与NB-IoT燃气表配合连接。

所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述蓝牙IC卡自身不带电源。

所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述的蓝牙IC卡通过蓝牙IC卡的卡片接触点芯片从NB-IoT燃气表中获取电压供于蓝牙IC卡使用。

所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述IC卡芯片主控模块控制蓝牙芯片与IC卡芯片之间通讯、数据信息传输与交互，以及IC卡芯片内部的通讯接口模块与安全及控制逻辑模块之间的信息交互。

本实用新型的优点为：

1、实时监控，智能抄表，能够实现对NB-IoT燃气表表具进行实时监控，掌控NB-IoT燃气表表具的计量信息与运行状态；可远程开关阀，自动抄表，确保信息的及时性；

2、缴费便利，节省成本，具有蓝牙功能的IC卡可以实现客户使用移动设备利用蓝牙功能对卡片进行充值，可以节省大量的时间成本、交通成本，燃气公司也可节省大量的人力物力、节省网点投入、改善用户的体验；不带电源的蓝牙IC卡卡片在排除特殊操作导致其损坏以外，可实现无期限使用的目的，能够节约大量的成本；

3、逻辑加密存储、信息安全性高；产品设计工艺结构合理，性能安全可靠，是一种数据传输和安全性极高的智能卡燃气表；

4、信息交互有保证，当NB基站处于维修或升级的时候，无法实现远程充值时，还可以让蓝牙IC卡卡片进行插卡充值；同时，由于智能燃气表的安装是固定的，无法移动，当处于信号覆盖盲点临界区的时候，移动设备可更换位置找到信号强的位置进行蓝牙无线充值，多种充值方式可保证信息交互的及时性与完整性，便于用户使用。

附图说明

图1为蓝牙IC卡结构示意图；

图2为蓝牙IC卡充值的系统框图；

图3为NB-IoT燃气表结构示意图；

图4为NB-IoT燃气表数据上报的系统框图；

图5为蓝牙IC卡的接口电路。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

本实施示例中后台服务器利用HTTP协议与移动设备进行信息交互。移动设备与蓝牙IC卡之间是通过蓝牙进行信息交互的。由于蓝牙IC卡自身不带电源，所以在使用蓝牙IC卡与移动设备进行信息交互的时候需要先将蓝牙IC卡卡片插到NB-IoT燃气表表具IC卡卡槽上，从NB-IoT燃气表表具上获得电源之后，蓝牙IC卡再与移动设备之间利用蓝牙协议进行充值与信息交互。

通过带有蓝牙IC卡识别功能以及具备NB-IoT模块的燃气表进行插卡操作，可将充值金额以及相关信息设置到表内，同时NB-IoT燃气表表内会根据软件设置要求将相关的数据反写到蓝牙IC卡卡上。NB-IoT燃气表可根据设置在一定环境或条件下将相关信息通过NB-IoT模块上报到第三方应用服务器供后台数据处理、分析和设置，第三方服务器也可通过LPWAN将数据或者信息传输到NB-IoT模块上，进而对燃气表进行控制和处理。

蓝牙IC卡是逻辑加密IC卡，包括IC卡芯片、蓝牙芯片和卡片接触点芯片。IC卡芯片又包含安全及控制逻辑模块、通讯接口模块、数据存储区模块和IC卡芯片主控模块。带有蓝牙功能的IC卡采用的是逻辑加密卡类型，逻辑加密卡内部除了正常IC卡必备的基本模块外，增加了一个安全及控制逻辑模块，在存储或读取数据之前都需要经过安全及控制逻辑模块进行逻辑码解析后决定是否可存储、可读取，确保了系统存储数据的安全性。逻辑加密卡内部的存储区域可以按要求分成不同的区域进行存储，也便于之后的读取。

①IC卡芯片上的IC卡主控模块控制蓝牙芯片与IC卡芯片之间的通讯，以及卡片接触点芯片与IC卡芯片之间的通讯，通讯内容为数据信息传输与交互。同时控制IC卡芯片内部的通讯接口模块与安全及控制逻辑模块之间的信息交互。

②蓝牙IC卡上的蓝牙芯片利用蓝牙协议接收来自移动设备上的数据，经过与蓝牙IC卡上的CPU处理器串口连接，将数据发送到蓝牙IC卡上CPU处理器中去，蓝牙IC卡上的CPU处理器进行数据处理，同时参照逻辑加密卡的安全及控制逻辑模块的要求，判断是否进行数据存储，如果进行数据存储就将数据存储在指定的存储区，否则丢弃数据信息。

③该实用新型的蓝牙IC卡是集接触式与非接触式为一体的双界面IC卡，其特征在于所述蓝牙IC卡自身不带电源，蓝牙IC卡是通过插卡从NB-IoT燃气表表具内获得电源供自身系统使用的。因此在蓝牙IC卡与移动设备之间进行信息交互之前都需要将蓝牙IC卡插入到NB-IoT燃气表表具的卡槽上，从NB-IoT燃气表表具上获得电源以后再进行蓝牙连接以及信息交互等一系列操作。蓝牙IC卡与NB-IoT燃气表进行信息交互是通过NB-IoT燃气表表具内部的卡槽进行插卡完成信息交互的，此时完成一系列工作所需的能量也是通过卡片接触点芯片从NB-IoT燃气表表具内部获得电源能量。

作为不带电源的蓝牙IC卡卡片在排除特殊操作导致其损坏以外，可实现无期限使用的目的，能够节约大量的成本。

当蓝牙IC卡与移动设备之间利用蓝牙协议将数据传输到蓝牙IC卡卡上的蓝牙芯片的时候，读写卡的时候可提供不同的访问密码和逻辑加密版本，系统的安全性极高。

本实用新型的蓝牙IC卡可通过插卡或者是蓝牙进行充值，不管以何种方式进行数据传输，在数据存储到卡上相关存储模块之前都要经过安全与检测模块的数据逻辑加密的解析，即解析正确后，方可将数据存储在卡上的存取区域。解析错误就丢弃数据。在对卡上的存储器内的数据读取前也需经过逻辑加密区域的解析，确保了系统存储数据的安全性。逻辑加密卡内部的存储区域可以按要求分成不同的区域进行存储，便于数据分区域、分类型进行管理操作，也便于之后的读取。

带有蓝牙功能的IC卡的充值流程如图2所示，后台服务器终端可依据本实用新型NB-IoT燃气表通过LPWAN上传的数据进行处理后，利用HTTP协议与移动设备进行信息交互，再通过蓝牙协议对蓝牙IC卡进行充值，IC卡上的充值值以及信息可通过蓝牙IC卡卡片与NB-IoT燃气表卡槽进行卡片读取，设置到NB-IoT燃气表内。用户的充值金额可通过手机支付到后台服务端账号上去。

如图3所示，本实用新型为了确保信息上报的及时性与安全性，采用带有NB-IoT模块的智能燃气表。NB-IoT智能燃气表带有NB-IoT窄带物联网模块、蓝牙IC卡操作模块、显示器模块、报警模块、阀门控制模块、计数模块、电源管理模块、存储器模块以及时钟模块。

①蓝牙IC卡操作模块用于识别、读取以及反写蓝牙IC卡上的内容和数据。蓝牙IC卡操作模块是连接蓝牙IC卡与NB-IoT燃气表表具主控的重要逻辑接口电路。

当带有蓝牙功能的IC卡插入NB-IoT燃气表上的IC卡片卡槽时，NB-IoT燃气表检测到蓝牙IC卡的到位开关以后，便会向蓝牙IC卡卡片进行供电，此时蓝牙IC卡有工作电压。NB-IoT燃气表表内的处理器便会触发内部的IC卡操作模块，先对卡片进行识别，判断卡片类型以及卡片是否插入正确，如果判定正确则可通过SLE4442协议先进行访问密码或者是逻辑加密版本的判断，判断正确后，在处理器的控制下，让数据在NB-IoT燃气表表具与蓝牙IC卡之间进行信息交互、处理、存储，最后将数据反写到蓝牙IC卡上的存储器中去。

当数据全部反写到蓝牙IC卡上的存储器中，蓝牙IC卡上的CPU处理器会产生一个信息交互结束信号并发送给NB-IoT燃气表的CPU处理器，NB-IoT燃气表的CPU处理器检测到该信号时，系统在NB-IoT燃气表的CPU处理器的处理下中断对蓝牙IC卡的供电，确保电路的低功耗要求。如果蓝牙IC卡处于持续供电且在进行信息交互的时候，NB-IOT燃气表的CPU处理器有个供电超时时间，当NB-IoT持续供电超过90s时（90s是在环境条件最差的情况下，最长的信息交互成功时间），NB-IoT的CPU处理器会将系统判定为信息交互故障状态而中断对蓝牙IC卡的供电。这就避免了NB-IoT燃气表对蓝牙IC卡的持续供电，增加功耗的问题。

否则，由于其他问题导致NB-IoT燃气表与蓝牙IC卡之间的信息交互失败，NB-IoT燃气表上的显示器会显示相应的故障代码。

本实用新型的蓝牙IC卡是不带电，因此，当蓝牙IC卡插到NB-IoT燃气表表具上时，NB-IoT燃气表表具要能够实现对蓝牙IC卡卡片供电的功能。NB-IoT燃气表表具上的IC卡操作模块即蓝牙IC卡的接口电路如图5所示，蓝牙IC卡卡片上卡片接触点芯片上具有6个触点，NB-IoT燃气表表具上卡槽部分就是通过检测这6个触点，再与NB-IoT燃气表表具内的CPU处理器引脚进行通信与控制。

蓝牙IC卡芯片的6个触点分别为：触点1：到位开关；触点2：数据线；触点3：接地线；触点4：时钟线；触点5：复位线以及触点6：电源线。

当蓝牙IC卡插入到NB-IoT燃气表表具的卡槽上时，NB-IoT燃气表表具内部的CPU处理器会通过NB-IoT燃气表内部的CPU处理器上C_OK以及RUN_Power_IC引脚去检测蓝牙IC卡芯片上的触点1，进行蓝牙IC卡进行卡片识别以及到位开关检测。

当NB-IoT燃气表表具检测到蓝牙IC卡正确插入，NB-IoT燃气表表具内部的CPU处理器会通过C_POW引脚输出CPU处理器内部电压（3V），通过电阻后与PNP式三级管相连接，导通三极管，在保护二极管的作用下，将电压输入到蓝牙IC卡芯片的触点6上，蓝牙IC卡芯片触点6是蓝牙IC卡卡片的电源接口，二极管在电路中可以起到抑制由于线路干扰和逻辑电平变化的边沿产生抖动所带来的瞬间过压问题，确保电路能够高效率、高安全性地为蓝牙IC卡卡片进行供电。

当NB-IoT燃气表没有检测到蓝牙IC卡正确插入，便会通过NB-IoT燃气表内部CPU处理器的作用下在C_POW引脚输出低电平，无法导通三级管，因此无法为蓝牙IC卡卡片供电。

当蓝牙IC卡卡片正确插入到NB-IoT燃气表表具的卡槽上时，且蓝牙IC卡卡片处于一个正常的供电状态条件下，蓝牙IC卡与NB-IoT燃气表可通过SLE4442协议进行数据交互，这就能够实现插卡充值的功能。

②NB-IoT燃气表表具内的CPU处理器将对其读取到的数据进行数据处理与操作，管理数据存储与读取以及协调管理各个模块的调用。

③报警模块是确保本实用新型出现异常或者故障的时候起到提示用户的一种安全装置。当NB-IoT燃气表检测到有异常出现的时候，NB-IoT燃气表表内的CPU处理器触发该模块，模块起作用，按照原先设置的操作进行相应的报警动作。否则该模块处于空闲状态。

④显示器模块是用于显示本实用新型NB-IoT燃气表的一些基本信息，可通过显示器直观的表达出来。本实用新型为了确保低功耗，不设置为常亮模式，正常状态下，显示器液晶屏处于熄灭状态，当有插卡操作或者是有异常等相关设计操作出现后，NB-IoT燃气表内的CPU处理器触发显示器模块，显示器在驱动程序的作用下显示出相应的内容。

⑤存储器用于存储本实用新型的数据与信息，具有掉电保护特性。当本实用新型的NB-IoT燃气表插入卡片后，在NB-IoT燃气表内的CPU处理器的处理下，通过卡片识别模块的识别以及蓝牙卡片上的访问密码或者逻辑加密号的判断后，通过利用SLE4442协议将蓝牙卡片上的存储区中的数据存储到NB-IoT燃气表内的相应的储存器上，并根据要求将相关的信息数据传输到蓝牙IC卡片上，也就是实现所谓的反写功能。当系统处于正常工作状态，NB-IoT燃气表表内的CPU处理器按照软件设计要求进行相关数据的存储，当NB-IoT燃气表内的CPU处理器检测到系统工作电压偏低或者出现突然失压，在超级电容的作用下，NB-IoT燃气表表内的CPU处理器会优先保存相关的数据。确保数据不会掉电丢失。

⑥电源管理模块为本实用新型中各个模块以及系统供电，是保证系统能够运行的关键性因素。

⑦阀门控制模块用于充值、异常或者故障时及时开关阀，本实用新型中NB-IoT燃气表上的阀门设置为快关慢开的特性，确保系统的安全性与及时性。当NB-IoT燃气表内的CPU处理器处理到有阀门开关阀标志位或者是检测到有异常出现时，NB-IoT燃气表表内的CPU处理器会立即触发阀门控制模块，阀门根据设置的内容进行快关慢开操作。

⑧时钟模块为系统提供统一的系统频率，确保系统各个模块按一致的频率进行工作。

⑨计数器模块根据传感装置以及计量装置准确计算系统的用气量。NB-IoT燃气表结构是利用气体在表体内流动过程中的压力差作为动力，由阀座、阀盖的相对位置来控制气体流向的分配。燃气表的膜盒由左右相同的两个气体测量室组成，每个气体测量室由一张柔软的膜片将其分为两个相同的小计量室。当分配的气体依次进入四个小计量室。推动膜片自由的摆动，膜片组件的运动通过摇杆带动连杆机构(双曲柄摇杆机构)，并使阀盖做旋转运动从而控制各计量室依次充气和排气，使燃气表连续循环运动，同时连杆机构的偏心转动齿轮通过齿轮的传动驱动机械式单向计数器计数，最终通过计数器显示燃气表的排气量。

⑩当系统达到上报要求时，NB-IoT燃气表表内的CPU处理器将相关数据通过UART协议发送到NB-IoT窄带物联网模块中，所述NB-IoT模块通过LPWAN（低功耗局域网）将数据发送到IoT基站，基站进行相关识别和处理后将数据发送到IoT网关，网关按照协议要求再将数据传输到对应的NB-IoT管理平台上，利用第三方应用服务器进行数据分析和处理。可根据上报的信息及时分析燃气表工作状态，可实现燃气表的远程读表、异常流量远程实时报警以及远程开关阀等功能。

本新型采用的NB-IoT燃气表除了能够及时上报信息外，后台服务器也能通过远程操作及时将数据发送到NB-IoT模块，可对本实用新型远程开关阀操作，确保本实用新型的及时性。为了确保经常性出差在外的用户的安全性，本实用新型也可通过插卡对NB-IoT 燃气表进行正常的再开阀操作。

本实用新型的NB-IoT燃气表的数据上报信息过程如图4所示，当NB-IoT燃气表达到上报信息条件后，NB-IoT模块通过LPWAN（低功耗）将数据发送到IoT基站，基站进行相关识别和处理后将数据发送到IoT网关，IoT网关参照一定的协议再将数据传输到NB-IoT管理平台上，利用第三方应用服务器进行数据分析和处理。本实用新型也可将通过第三方应用服务器的设置，远程控制阀门的开关，方便管理人员对用户的设备进行及时性地管理操作，同时也节约了人力资源。

Claims (4)

1.一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于：

NB-IoT燃气表带有NB-IoT窄带物联网模块、IC卡操作模块、显示器模块、报警模块、阀门控制模块、计数模块、电源管理模块、存储器模块和时钟模块；

蓝牙IC卡是逻辑加密卡，包括IC卡芯片、蓝牙芯片和卡片接触点芯片；IC卡芯片包括安全及控制逻辑模块、通讯接口模块、数据存储区模块和IC卡芯片主控模块；

蓝牙IC卡通过NB-IoT燃气表上的IC卡操作模块与NB-IoT燃气表配合连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述蓝牙IC卡自身不带电源。

3.根据权利要求2所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述的蓝牙IC卡通过蓝牙IC卡的卡片接触点芯片从NB-IoT燃气表中获取电压供于蓝牙IC卡使用。

4.根据权利要求1所述的一种具有双无线通道的蓝牙卡式NB-IoT远传燃气表，其特征在于所述IC卡芯片主控模块控制蓝牙芯片与IC卡芯片之间通讯、数据信息传输与交互，以及IC卡芯片内部的通讯接口模块与安全及控制逻辑模块之间的信息交互。

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