NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表介紹

一、前言

NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表系統(tǒng)，是通過中國移動/聯(lián)通/電信的 NB-IoT 低功耗窄帶物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進行燃氣表數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N新型的燃氣表遠程管理解決方案。

經(jīng)過比較分析，我們選擇中國電信的 NB-IoT 通訊基站作為城市供氣管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前，中國電信的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過不斷的基站建設(shè)和完善，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。NB-IoT 蜂窩移動通訊網(wǎng)絡(luò)可提供廣域的無線 IP 連接。在通信運營商的 NB-IoT 業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建燃氣表遠程抄控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)燃氣表具的遠程管理及用戶的空中充值、表具在線查詢等功能，是提高燃氣計量收費管理效率的。

通過 NB-IoT 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為燃氣公司用氣管理提供在線實時、穩(wěn)定性高的數(shù)據(jù)和事件記錄，可實現(xiàn)燃氣表大批量、全方位的抄控功能。NB-IoT 物聯(lián)燃氣管理系統(tǒng)由 NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表、燃氣運營平臺、NB-IoT 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)、用戶手機 APP 等組成。在日常使用過程中，NB-IoT 燃氣表按燃氣公司設(shè)置要求，每天自動將表具當(dāng)前剩余氣量/金額、累計氣量/金額、單價、階梯價、表具時鐘等信息及表的運行狀態(tài)（通訊信號強度、電池電量、閥門、異常情況等），通過燃氣表內(nèi)置的 NB-IoT 通訊模塊直接發(fā)送給信息中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器，服務(wù)器收到指令后將返回一個應(yīng)答數(shù)據(jù)， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)燃氣運營平臺與表具的雙向通訊。通過每天自動的數(shù)據(jù)收集將為燃氣使用的供銷差和用氣數(shù)據(jù)預(yù)測提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

用戶可以通過手機 APP、燃氣公司網(wǎng)上營業(yè)廳、網(wǎng)上銀行進行實時網(wǎng)絡(luò)充值功能。用戶充值后， 將充值信息發(fā)送到燃氣公司運營平臺，燃氣公司后臺向物聯(lián)網(wǎng)表具發(fā)送相應(yīng)充值命令操作，表具接收到充值指令并返回充值成功狀態(tài)。同時，燃氣公司運營平臺通過短信或 APP 通知反饋給用戶。

北京盛世昌華科技有限公司是集智能家用計量儀表的科研、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)于一體的高新技術(shù)企業(yè)，是國內(nèi)最早從事 IC 卡智能燃氣表及收費管理系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)銷售的企業(yè)之一。公司歷經(jīng)多年沉淀，已經(jīng)形成一支 30 余人軟件開發(fā)、硬件設(shè)計的技術(shù)開發(fā)團隊。我公司率先將GPRS/NB-IoT 通訊技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)、無線自組網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用于智能燃氣表及系統(tǒng)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。2017 年起，我公司將加大力度推動 GPRS/NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)智能抄表系統(tǒng)、遠程燃氣實時監(jiān)控系統(tǒng)等燃氣系統(tǒng)解決方案，為建設(shè)智慧燃氣、智慧城市做出應(yīng)有貢獻。

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二、NB-IoT 燃氣表介紹

1.物聯(lián)網(wǎng)燃氣表執(zhí)行技術(shù)標準

※執(zhí)行膜式煤氣表國家標準 GB/T6968-2011 《膜式煤氣表》中 1.5 級表要求進行生產(chǎn)

※中華人民共和國計量檢定規(guī)程 JJG577-2012《膜式煤氣表檢定規(guī)程》。1.5 級表的技術(shù)要求。

※中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范 JJF1354-2012

※ DL/T 698 電能信息采集與管理系統(tǒng)

※CJT503-2016 《無線遠傳膜式燃氣表》

※ GB/T 19882.211《自動抄表系統(tǒng)－低壓電力線載波抄表系統(tǒng)系統(tǒng)要求》

※ JG-T-162-2009《住宅遠傳抄表系統(tǒng)》

※ CJ/T188-2004《戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》

※《社區(qū)能源計量抄收系統(tǒng)規(guī)范》在編國家標準

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2.NB-IoT 燃氣表組成及原理

NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表的控制器主要由數(shù)據(jù)采集（光電轉(zhuǎn)換模塊）、液晶顯示、閥門控制、移動通訊模塊（NB-IoT）、時鐘芯片、電源管理模塊、報警器接口、功能按鈕等模塊組成，如下圖所示。

3.物聯(lián)網(wǎng)燃氣表功能及特點

3.1 基表性能特點

※機芯裝有誤差曲線調(diào)整機構(gòu)可對燃氣表的誤差曲線斜率進行調(diào)整，以提高燃氣表的計量精度， 減小誤差分散性；

※計數(shù)器字輪放大顯示窗可以更方便清楚的讀取燃氣表數(shù)據(jù)；

※內(nèi)外磁耦合傳動技術(shù)，采用永久性磁性材料永不退磁，確保磁性傳送的長久性和可靠性，且杜絕了計數(shù)器內(nèi)外由軸孔引起的漏氣現(xiàn)象；

※表具具備防逆轉(zhuǎn)、防逆通氣功能；

※表具采用寬流程設(shè)計，由于制造精度的提高，一個規(guī)格的燃氣表可滿足(0.016～6m3/h)流量范圍的精確計量；

※表具符合 IP65 防護等級，并且具有寬溫工作范圍（‐25℃～+55℃）；

曲線調(diào)整機構(gòu)

※唯一表號標識，根據(jù)燃氣公司的既定條碼規(guī)則，每個燃氣表出廠后都會有唯一 ID 的編號，便于燃氣公司建立用戶氣表檔案進行管理；

※可預(yù)留報警器接口，能夠與燃氣泄漏報警器進行聯(lián)動，保證燃氣用氣安全，并將報警信息及

時的發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心，數(shù)據(jù)服務(wù)中心通過短信平臺及時提醒用戶；

3.2  電控部分主要功能特點

1）NB-IoT 低功耗窄帶通訊技術(shù)

具有低功耗、覆蓋廣、穿透強、成本低等特點，是燃氣物聯(lián)網(wǎng)化管理的最優(yōu)通訊方式選擇。2）雙干簧管采樣技術(shù)

本產(chǎn)品采用“雙干簧管計數(shù)”的方式，改進了干簧繼電器安裝結(jié)構(gòu)并結(jié)合軟件濾波的技術(shù)，

克服了這個問題，能夠保證機械計數(shù)器與電子計數(shù)的完全同步。是目前眾多的機－電信號轉(zhuǎn)換方式中最為可靠、實用、價廉的方式。

3）歷史數(shù)據(jù)保存功能

表具連續(xù)保存 12 個月每月每天的用戶表具數(shù)據(jù)。

4）遠程數(shù)據(jù)抄讀及開關(guān)閥

可通過燃氣公司管理系統(tǒng)后臺進行用戶表具狀態(tài)信息的抄讀以及表具閥門狀態(tài)的控制，可設(shè)置數(shù)據(jù)定期上傳功能，當(dāng)表具內(nèi)部時鐘運行到指定時間后即會上傳表具相關(guān)信息；                  5）預(yù)付費氣價調(diào)整

物聯(lián)網(wǎng)燃氣表可以接收并響應(yīng)燃氣公司管理系統(tǒng)后臺發(fā)出的“氣價調(diào)整”指令，根據(jù)調(diào)價指令，對表內(nèi)現(xiàn)有價格參數(shù)進行更新。

6）階梯氣價功能

物聯(lián)網(wǎng)燃氣表可根據(jù)用氣量將氣價分為四檔，且可對時間價格參數(shù)進行設(shè)置，能夠根據(jù)用戶每個自然月或多個自然月的用量來實現(xiàn)階梯計價功能，燃氣表會按照階梯價格的規(guī)則進行結(jié)算，并顯示當(dāng)前階梯的用量，價格及剩余金額等參數(shù)。                                                7）定時上傳數(shù)據(jù)容錯機制

定時上傳時如果數(shù)據(jù)一次上傳不成功，表具會等待一段時間后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。

8）時鐘芯片聯(lián)網(wǎng)校時

表具內(nèi)部采用精度為±5ppm 的硬時鐘，保證了全年的時鐘累計誤差不超過 10 分鐘，另外每次登錄系統(tǒng)時，表具都會進行網(wǎng)絡(luò)校時，能夠保證每個表具的時鐘準確無誤，不會出現(xiàn)偏差。        9）數(shù)據(jù)保護及安全

數(shù)據(jù)可以長時間保存，不受外界干擾、低電壓、掉電、更換電池等情況的影響，并且數(shù)據(jù)采用 64 位動態(tài)的加密方式（DES），保證了數(shù)據(jù)的安全可靠。                                    10）故障自我診斷及報警提示功能

對于加裝有液晶顯示屏的物聯(lián)網(wǎng)燃氣表，可在不同狀態(tài)下，以相應(yīng)的錯位代碼顯示和蜂鳴器報警提示，并對檢測到的燃氣表故障和用戶的違規(guī)操作進行自我保護。

11）報警提示功能

1）當(dāng)電池電壓不足時，顯示“換電池”；

2）當(dāng)剩余氣量/剩余金額小于設(shè)置值（此值可設(shè)定）后，每用氣 0.1m3，蜂鳴器響聲，顯示屏提示“請充值”，同時可根據(jù)燃氣公司要求是否關(guān)閥報警；                                    3）當(dāng)剩余氣量/剩余金額為 0 時，關(guān)閉閥門，停止供氣。

13）故障檢測防護功能

1）電源欠壓保護：當(dāng)檢測到電源電壓低于指定值時，燃氣表會立即關(guān)閉控制閥，切斷供氣，停止電子計數(shù)，并記錄電源欠壓發(fā)生時間；

2）外磁場攻擊保護：當(dāng)燃氣表受到外磁場攻擊而使計數(shù)功能受到影響時，燃氣表會立即關(guān)閉控制閥 ， 切 斷 供 氣 及 停 止 電 子 計 數(shù) ， 并 記 錄 外 磁 場 發(fā) 生 時 間 ； 3）當(dāng)氣表檢測到有讀卡錯誤時，液晶顯示“讀卡異?！保腋鶕?jù)不同情況，顯示以下相應(yīng)代碼：

a）“異常 1”：卡片數(shù)據(jù)錯誤；

b）“異常 2”：卡片密碼錯誤；

c）“異常 3”：電池沒電，不操作卡；

d）“異常 5”：用戶卡卡號錯誤。       e）“異常 8”：換表卡預(yù)換出未開戶表數(shù)據(jù)；

f）“異常 9”：無效卡片；

g）“異常 16”：燃氣表已經(jīng)開戶； h）“異常 18”：公司號錯誤；  4）表保護及異常提示相應(yīng)代碼如下：

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3.3 表具技術(shù)參數(shù)

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三、NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表系統(tǒng)說明

1.  NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表介紹

NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)表系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表、燃氣運營平臺等組成，在日常使用過程中，物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表按用戶設(shè)置要求，每天將自動把當(dāng)前累計量及表的運行狀態(tài)（電池電量、閥門、惡意對表具攻擊等）信息，通過表內(nèi)自帶的NB-IOT 模塊和通過移動互聯(lián)網(wǎng)或是專用網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送給信息中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器，服務(wù)器收到指令后將返回一個應(yīng)答數(shù)據(jù)，從

而能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通訊。用戶可以通過便利店、網(wǎng)上銀行、手機 APP 等方式進行實時網(wǎng)絡(luò)充值。在服務(wù)器充值成功后，通過短信服務(wù)平臺將充值成功的信息反饋給用戶的手機中。通過每天自動的數(shù)據(jù)收集將為燃氣使用的供銷差和用氣數(shù)據(jù)預(yù)測提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.  NB-IoT 燃氣表系統(tǒng)架構(gòu)

整個物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)如下圖所示，主要由四大部分組成：管理系統(tǒng)、表具端、數(shù)據(jù)通訊平臺、用戶端服務(wù)部分。利用移動運營商的 GPRS/NB-IoT 通訊網(wǎng)絡(luò)為傳輸通道，進行物聯(lián)網(wǎng)表的監(jiān)控，表具信息及用戶充值操作發(fā)送到數(shù)據(jù)后臺中心；燃氣公司數(shù)據(jù)中心用計算機通信、信息管理和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對用戶的物聯(lián)網(wǎng)表的工作狀況進行實時的遠程控制和監(jiān)視。

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3.  NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表優(yōu)勢

運營管理

※支持多種購氣付費方式：網(wǎng)上付費，營業(yè)廳付費，移動 APP 付費（微信、支付寶等）；

※系統(tǒng)自動完成抄表、收費、報表生成等業(yè)務(wù)，降低燃氣公司的運營成本，提高智能化管理水平；

※可靈活的選擇預(yù)付費或后付費繳費模式；

※采用金額結(jié)算，實施階梯氣價，能夠方便快捷的實現(xiàn)階梯氣價的調(diào)整；

※完美的支持階梯氣價，可實現(xiàn) 3 個階梯 4 個價格，并支持遠程實時調(diào)價；

※終端用戶通過手機 APP 能夠及時了解家庭的用氣信息，同時可與燃氣公司實時互動；

※具備豐富的報表功能，支持個性化定制需求；

實時監(jiān)控

※能夠?qū)θ細獗磉M行實時監(jiān)控，掌控表具的計量信息與運行狀態(tài)；

※可遠程控制開關(guān)閥；

報警功能

※支持多種報警方式：表具聲音（蜂鳴器）及液晶顯示報警提示，用戶手機短信報警功能等；

※能夠與燃氣泄漏報警器進行聯(lián)動，保證燃氣用氣安全，并將報警信息及時的發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心，數(shù)據(jù)服務(wù)中心通過短信平臺及時提醒用戶；

※表端異常實時報警，如閥門直通、電量不足、強磁、報警器報警關(guān)閥等；

大數(shù)據(jù)分析

※能夠及時準確的提供燃氣表的相關(guān)數(shù)據(jù)，為供銷差統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

※按照不同的篩選條件（地區(qū)、時間段、用氣類型等），獲取相應(yīng)的用氣數(shù)據(jù)報表；

※支持大數(shù)據(jù)處理，可輕易實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的對比，以及數(shù)據(jù)的深度挖掘。

技術(shù)優(yōu)勢

※專用的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，具有功耗低、覆蓋廣、成本低、安全可靠等優(yōu)勢；

※信號覆蓋范圍廣并非常穩(wěn)定，抄表不受距離的限制，適用于燃氣表安裝分散的情況，一次性抄表成功率＞98.8%；

※表具具備防逆轉(zhuǎn)、防逆通氣功能；

※表具采用寬流程設(shè)計，由于制造精度的提高，一個規(guī)格的燃氣表可滿足(0.016～6m3/h)流量范圍的精確計量；

※表具符合 IP65 防護等級，并且具有寬溫工作范圍（‐25℃～+55℃）；

※系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)，方便維護與升級；