CN214670882U - 一种基于蓝牙通信的sts预付费燃气表 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，采用蓝牙通讯方式与用户设备进行信息交互，用户通过蓝牙APP对表端实现相应信息的查询及编写操作，并将查询到的相应信息通过显示模块显示到表端，用户缴费通过蓝牙APP进行缴费，可以提高燃气表的适用范围，并且通过STS控制模块的控制可以实现信息在STS密钥加密技术的安全控制下完成对表端的缴费操作，进而可以提高通信的安全性。

Description

一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表

技术领域

本申请涉及仪器仪表领域，尤其涉及一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表。

背景技术

近几年，随着物联网技术和天然气市场的快速发展，燃气居民用户数量逐年增加。现金市场上的智能燃气表在解决燃气用户问题的同时还存在着许多问题，如在通信方式方面，新兴的NB-IoT、Lora、4G等通信技术虽然拥有广覆盖、低功耗、大连接、低成本的独特优势，但其依赖于运营商的网络平台建立，在无网络的情况下，并不能达到使用者和燃气表直接进行信息交互的目的。且在除了燃气表定期上报的时间外，用户家中的表皆处于睡眠模式，必须人为触发才能唤醒，不便于后期生产厂家和燃气公司对产品进行维护。在付费模式方面，如IC卡预付费燃气表因不同的厂家使用的存储文件格式和加密方式不同，导致燃气公司付费系统兼容和扩展性差，导致会有很多种不同协议、不同方式的系统存在，加大了维护的成本。

实用新型内容

本申请提供了一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，解决了现有技术中传统的燃气表在无网时，无法进行信息交互，使用范围窄且安全性低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，包括：

燃气基表，所述燃气基表内分别设置有MCU主控制模块、NB-IOT通讯模块、阀门控制模块、显示模块、电源模块、STS控制模块、蓝牙通讯模块、计量模块以及按键控制模块，所述STS控制模块内集成有STS解码器模块，所述MCU主控制模块分别与所述NB-IOT通讯模块、所述阀门控制模块、所述显示模块、所述电源模块、所述STS控制模块、所述蓝牙通讯模块、所述计量模块以及所述按键控制模块通信连接，所述蓝牙通讯模块与所述STS控制模块通信连接，所述NB-IOT通讯模块与燃气控制主站通信连接。

优选地，所述计量模块为双干簧管采样装置。

优选地，所述双干簧管采样装置包括脉冲采集装置和计度器，所述脉冲采集装置置于所述计度器上。

优选地，还包括与所述电源模块和所述MCU主控制模块通信连接的电池检测模块。

优选地，还包括：

与所述MCU主控制模块通信连接的存储模块。

优选地，所述阀门控制模块包括电机驱动芯片。

优选地，所述显示模块为LCD液晶显示屏。

优选地，所述NB-IOT通讯模块为BC95B5-JB NB-IOT通讯模块。

相比于现有技术，本申请所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，包括燃气基表，燃气基表内分别设置有MCU主控制模块、NB-IOT通讯模块、阀门控制模块、显示模块、电源模块、STS控制模块、蓝牙通讯模块、计量模块以及按键控制模块，STS控制模块内集成有STS解码器模块，MCU主控制模块分别与NB-IOT通讯模块、阀门控制模块、显示模块、电源模块、STS控制模块、蓝牙通讯模块、计量模块以及按键控制模块通信连接，蓝牙通讯模块与STS控制模块通信连接，NB-IOT通讯模块与燃气控制主站通信连接。

由此可见，应用本燃气表，采用蓝牙通讯方式与用户设备进行信息交互，用户通过蓝牙APP对表端实现相应信息的查询及编写操作，并将查询到的相应信息通过显示模块显示到表端，用户缴费通过蓝牙APP进行缴费，可以提高燃气表的适用范围，并且通过STS控制模块的控制可以实现信息在STS密钥加密技术的安全控制下完成对表端的缴费操作，进而可以提高通信的安全性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种STS解码器密钥更改状态图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表塑壳内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表MCU主控制模块背面图；

图5为本实用新型实施例所提供的的一种蓝牙通讯模块板面图；

图中，1塑壳底壳，2塑壳上壳，3计度器，30脉冲采集装置，4LCD液晶显示屏，5蓝牙接口，6存储模块，7RTC时钟模块，8微处理器，9电机驱动芯片，10阀门接口，11电源接口，12采样接口，13蓝牙接口，01燃气基表，100MCU主控制模块，101NB-IOT通讯模块，102阀门控制模块，103显示模块，104电源模块，105STS控制模块，106蓝牙通讯模块，107计量模块，08按键控制模块1，02燃气控制主站。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

本申请的核心是提供一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，可以解决现有技术中传统的燃气表在无网时，无法进行信息交互，使用范围窄且安全性低的问题。

图1为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表结构示意图，图2为本实用新型实施例所提供的一种STS解码器密钥更改状态图；图3为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表塑壳内部结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表MCU主控制模块背面图；图5为本实用新型实施例所提供的的一种蓝牙通讯模块板面图，如图1至图5所示，该燃气表包括：

燃气基表01，燃气基表01内分别设置有MCU主控制模块100、NB-IOT通讯模块101、阀门控制模块102、显示模块103、电源模块104、STS控制模块105、蓝牙通讯模块106、计量模块107以及按键控制模块108，STS控制模块105内集成有STS解码器模块1050，MCU主控制模块100分别与NB-IOT通讯模块101、阀门控制模块102、显示模块103、电源模块104、STS控制模块105、蓝牙通讯模块106、计量模块107以及按键控制模块108通信连接，蓝牙通讯模块106与STS控制模块105通信连接，NB-IOT通讯模块101与燃气控制主站02通信连接。

具体地，燃气基表01包括塑壳底壳1和塑壳上壳2，电源模块105通过电源接口11与MCU主控制模块100电连接的，蓝牙通讯模块106上的蓝牙接口13与MCU主控制模块100主板上的蓝牙接口5进行对接；优选地，计量模块107可以选用双干簧管采样装置进行计量，优选地，双干簧管采样装置包括脉冲采集装置30和计度器3，脉冲采集装置30置于计度器3上，将采集到的脉冲信号通过采集接口12发送到MCU主控制模块100，MCU主控制模块100对脉冲信号进行分析，从而实现对气量的统计，从而实现燃气表的费控功能。在实际使用时，在MCU主控制模块100上还集成有RTC时钟模块7，通过RTC时钟模块7可以提供精确的日期、时间和计时功能，日期时间可以通过显示模块103进行显示，优选地，显示模块103可以选用LCD液晶显示屏4。优选地，阀门控制模块102包括电机驱动芯片9。通过MCU主控制模块100对电机驱动芯片9输入电平信号，并将输出信号通过阀门接口10传递给驱动阀门的电机，实现开关阀门。同时使用的电机驱动芯片9能够对过压，过流等状态进行保护。另外，电机驱动芯片9的功能更可靠，板面占用少，方便线路板布线和元件摆放。优选地，NB-IOT通讯模块101可以选用BC95B5-JB NB-IOT通讯模块，通过NB-IOT通讯模块101可以实现燃气表的远程通信和远程控制，具体可以将燃气表的用量信息、运行状态及当前的网络状态等信息上传到燃气控制主站02，并实现远程控制功能。MCU主控制模块100可以选用STM32F2X系列微处理器8。按键控制模块108可以选用触点按键开关，通过按键实现液晶的翻页操作、终端实时上报等用户确认操作。

STS解码器模块1050集成在STS控制模块105内，在实际使用时，用户将购电系统POS生成的令牌Token通过购气APP软件，使用手机蓝牙和燃气表的蓝牙通讯模块106通讯将购气令牌传输到STS控制模块105，STS解码器模块1050用于66位令牌Token的解密，主要通过类型位换位，数据代换，数据换位、秘钥循环移位等操作完成令牌ToKen的解密，从而实现用户充值操作，每条令牌数据都有时间有效性，表会自动判断令牌的时间TID，保证令牌的正确性、可靠性、安全性，并且每只表都有独立的加解密秘钥，从技术上减少对系统的攻击。STS秘钥是根据表号、制造商代码、供应组码、发行识别码等进行秘钥分散、加密换算等产生，STS秘钥由燃气公司的购气系统进行统一管理，提高了安全性，并且是一种单向令牌介质传输方式，燃气表会记录最近通讯操作的50条令牌记录，如果在一天内异常令牌次数超过10次，则表会进行充值锁定，关闭STS解码器模块1050功能，记录令牌攻击事件并记录保证燃气表费控功能的安全性。一个预付费燃气表唯一对应一个燃气表初始帐号(PAN)，它是由IIN和IAIN/DRN组合而成，在STS兼容的预付费燃气表中，必须分配唯一的DRN供执行应用层协议，其中DRN由制造商代码，DSN，DRN检查字组成，其中制造商代码是用于区分制造商的2位唯一编码，DSN是有制造商分配的8位唯一编码，DRN检查字用于检查DRN的完整性。IIN是用6位数定义的唯一域，在这个定义的域内，后续的IAIN数值(如DRN)才能发布。而IIN的数值为600727已成为事实标准被世界各地的STS兼容型预付费系统所采用。

图2中的DITK是解码器初始化传递密钥，DITK值用于在制造商前提下的生产和维修阶段初始化解码器密钥寄存器。该密钥的所有权属于制造商，所以，它由燃气表制造商产生和管理，且不被燃气公司知道。DITK是唯一可以向燃气表中输入明文的密钥。其它密码(DDTK,DUTK,DCTK)必须只能用密文(加密)方式输入燃气表。一个DITK密钥只能用于下列密钥管理功能：用作另一DITK的父密钥；用作DDTK的父密钥；用作DUTK的父密钥。

图2中的DDTK是解码器默认传递密钥，DDTK密钥用于支持燃气表被分配到默认的供应组，它的权限只能做管理控制，不能做信用充值操作。在燃气表制造和维修阶段，燃气表又未被分配到公共组或唯一组时，不能分配相应的DCTK或DUTK，而是针对每个制造商分配唯一的缺省组每个制造商收到唯一的售气密钥VDDK后，用它产生所有燃气表的DDTK，并在制造阶段装入燃气表。以后当燃气表安装运行时，已被分配到指定供应组，需要重新分配一个用父密钥DDTK加密的DUTK/DCTK密钥值，装载到燃气表中。DDTK的所有权属于各表计制造商，并受密钥管理系统(KMS)的管理。DDTK是经加密的数值，不能被燃气表作为明文接受；如果是用当前解码器密钥寄存器中的父密钥加密时，一个预付费表只能装入一个DDTK。一个DDTK密钥只能用于下列密钥管理功能：用作另一DDTK的父密钥；用作DUTK的父密钥；

图2中的DUTK是解码器唯一传递密钥，DUTK密钥用于支持燃气表被分配到唯一的供应组，DUTK既可以做管理控制，又可以做信用充值操作。如果在制造和维修阶段，燃气表已被分配到一个唯一组，则需要分配一个用父密钥DITK加密的相应的DUTK密钥值。当燃气表安装运行后，重新分配一个用父密钥DUTK加密的DUTK密钥值，装载到燃气表中。DUTK是加密的数值，不能被燃气表作为明文接受；它只能被与存放在燃气表当前密钥寄存器中的相同数值的父密钥加密后，才能装载到燃气表中。DUTK属于燃气公司所有，由密钥管理系统管理。燃气表被购买离开制造厂前，燃气表密钥寄存器中必须包含一个由KMC提供的DUTK密钥值。一个DUTK密钥只能用于下列密钥管理功能：用作另一DUTK的父密钥；用作DDTK的父密钥。

为了防止由于电源模块104的电量过低燃气表停止运行时，相关数据丢失或出现其它情况，优选地，在实际应用中，还包括与电源模块104和MCU主控制模块100通信连接的电池检测模块。还包括与MCU主控制模块通信连接的存储模块6。电源检测模块可以采用低电压检测电路，对干电池与固态电容组成的电源电路输出口进行静态电压检测和动态电压检测，设定低电压门槛，对低电压状态进行上报报警、阀门控制、显示控制、按键操作限制、通信限制等操作。具体地，燃气表在正常工作状态下检测到电池电压低于4.4V的处理逻辑分两种情况：第一种情况，如果表是轻载状态，持续2个检测周期都低于4.4v则认为电池低压异常。第二种情况，如果在重载情况下，表持续检测2s电池电压均低于4.4V，则燃气表认为电池低压异常。电池电压低异常情况下，表关闭液晶显示，关闭上报功能，燃气表认按正常检测间隔进行持续检测30min电池电压均低于4.0V，燃气表认为是扣电池，上电当电池大于5.2V，燃气表认恢复正常工作状态。如果电池电压持续在4.0V以上，燃气表认持续保持电池电压低异常状态。燃气表计不工作也不显示。然后MCU主控制模块100将相关检测数据传输到存储模块6对燃气表的数据进行存储，避免存储信息丢失。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包含本申请公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为实例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，包括：

燃气基表，所述燃气基表内分别设置有MCU主控制模块、NB-IOT通讯模块、阀门控制模块、显示模块、电源模块、STS控制模块、蓝牙通讯模块、计量模块以及按键控制模块，所述STS控制模块内集成有STS解码器模块，所述MCU主控制模块分别与所述NB-IOT通讯模块、所述阀门控制模块、所述显示模块、所述电源模块、所述STS控制模块、所述蓝牙通讯模块、所述计量模块以及所述按键控制模块通信连接，所述蓝牙通讯模块与所述STS控制模块通信连接，所述NB-IOT通讯模块与燃气控制主站通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，所述计量模块为双干簧管采样装置。

3.根据权利要求2所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，所述双干簧管采样装置包括脉冲采集装置和计度器，所述脉冲采集装置置于所述计度器上。

4.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，还包括与所述电源模块和所述MCU主控制模块通信连接的电池检测模块。

5.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，还包括：

与所述MCU主控制模块通信连接的存储模块。

6.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，所述阀门控制模块包括电机驱动芯片。

7.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，所述显示模块为LCD液晶显示屏。

8.根据权利要求1所述的基于蓝牙通信的STS预付费燃气表，其特征在于，所述NB-IOT通讯模块为BC95B5-JB NB-IOT通讯模块。

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