GSM物联网燃气表及其系统介绍

GSM物联网燃气表及其系统介绍

费战波 潘明辉

新天科技股份有限公司

居民户用燃气表已经向智能化、数字化、网络化方向发展，物联网燃气表及其系统改变传统的商业模式，能够向燃气公司提供整体的运营管理服务，不但能够实现远程抄表，而且能实现燃气公司的综合业务管理；不但解决了燃气公司管理中的诸多问题，而且提升了燃气表公司信息化管理的水平，甚至通过增值

服务减轻了燃气公司的业务管理。物联网燃气表集迟滞采样技术、多地址存储技术、自动降耗技术为一体，是目前也是今后智能燃气表集抄系统的发展方向。

关键词  物联网 智能 网络 燃气表

一、 引言

物联网(Internet of Things) 顾名思义，就是物物相互关联的网络，是一个基于互联网、电信网等信息承载体，使所有能够被独立寻址的物理对象实现互联互通的网络。

1999年，MIT Auto-ID中心Ashton教授在研究RFID时最早提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。随着社会的进步和科技的发展，物联网的定义和范围发生了巨大的变化，覆盖范围也有了较大的拓展，不再是仅仅局限于RFID技术的物联网。2009年8月温家宝总理提出“感知中国”一来，物联网被正式列为国家五大新型战略性产业之一，写入了“政府工作报告”，之后物联网受到了全社会极大的关注。

物联网用途广泛，遍及智能交通、能源监控、环境保护、智能家居、智能医疗、楼宇照明、政府工作等领域，发展物联网可以提高人们的生活质量，可以带动相关产业的发展，能够促进社会的和谐发展。

二、 物联网燃气表介绍

业界一般将物联网分为三个层次：用来感知数据的感知层、用于数据传输的网络层及功能强大的应用层。物联网燃气表是智能燃气表在物联网领域的应用，是智能燃气表的发展趋势。物联网燃气表具有无线数据传输能力（实时、双向）、网络化的特点。

目前市场上主流的无线远传燃气表（俗称“小无线”）和市场上最新出现的GSM燃气表(俗称“大无线”)都统称为物联网燃气表。无线远传燃气表和GSM燃气表的应用层功能是没有任何区别的，实现的物联网功能一模一样，如人机对话、短信支付、短信提醒、银行代收费等，所不同的是中层传输网络层的区别。

无线远传燃气表和手机燃气表的中层传输网络层的区别，可打个比喻来说明：一个单位办理上网手续，要申请宽带，单位里有三十台电脑，申请一条宽带，然后分别装几个无线路由器，三十台电脑即可共用，这种情况就是无线远传表，而申请三十条宽带，分别用在三十台电脑上，这种情况就是GSM燃气表。无线远传燃气表由于其成本低、费用小、组网灵活、电池耐用等特点已经被广泛推广，笔者在这里重点介绍基于GSM移动网络通讯的燃气表及其系统，其网络结构如下图1所示：

 

图1

     GSM物联网燃气表系统由物联网燃气表、GSM/GPRS网络、物联网数据中心三部分组成。其中物联网燃气表采用电池供电、内置移动通讯模块，计量模块，控制模块等；物联网数据中心主要功能由配置管理、客户资料管理、收费管理、统计分析、告警管理等。从系统构架可以看到，GSM物联网燃气表系统具有建设成本低、安装调试简单，建设周期短，覆盖范围广，数据传输速率高等优点，今后会是智能燃气表的发展方向。

三、 GSM物联网燃气表主要功能

1、 远程预付费功能，实现阶梯气价。

传统的预付费是以IC卡为载体与智能表进行数据交互，实现先付费后用气，业内称之为本地预付费。2014年03月21日发改委发布《阶梯气价指导意见》，要求2015年底所有通气城市建立阶梯气价制度。意见指出阶梯气价将分为三档，各档气量价格实行超额累进加价，第一、二、三档气价原则上按1:1.2:1.5左右的比价安排。这就引发了一系列的问题：以购买量结算的智能燃气表如何实现阶梯？以购买金额结算的燃气表何时进行调价？如何实现调价？物联网燃气表解决了以上问题。燃气表只需定期传送使用量，调价、数据统计、分析全部交给燃气物联网数据中心处理，高效、便捷。同时，数据中心会将新的气价变更通知以短信型式提前告知用户，提醒用户避免因调价导致的余额不足关阀事件的发生。

2、漏气报警功能，保障用户安全。

燃气的使用一直以来是民生安全不可忽视的问题，每年全国各地都有因燃气泄露而发生事故。燃气胶管老化、超过使用年限、胶管两端没有管卡固定等均会造成燃气泄露，因此燃气发生泄露时，第一时间切断气源至关重要。具有漏气报警功能的GSM物联网燃气表，外置燃气报警器，当发生燃气泄露时，报警器发出声音报警，同时燃气表关闭阀门，避免燃气的继续泄露。同时，燃气表记录关阀原因，并将异常上传至数据中心，客户服务中心通过告警系统发送短信反馈客户：尊敬的XXX用户，您家的燃气可能存在泄露，燃气表已经关阀，请及时处理，回家时请先开窗通风，不要开灯，避免明火。同时，可在第一时间派专业人员到现场进行处理，保证用户的使用安全。

3、过流保护功能，避免气表损坏，同时又保障用户安全。

众所周知，膜式燃气表采用独立的计量机芯设计，一般包括膜片、膜盒、单向旋转阀分配系统及传动系统组成。传动系统的转动速度取决于燃气表的流量，流量的大小又取决于管网的压力。过大的管网压力波动会导致气表的急停急启，进一步使传动系统运转不流畅，存在传动系统卡轴的现象发生。过流检测功能，能够自动检测通过燃气表的流量，当气表的使用流量超出设定值，燃气表便关闭阀门，保护气表。此外，一旦发生燃气表过流，有可能存在脱管的现象，及时的关闭阀门也可保障用户的安全。

4、防磁干扰、磁攻击功能，计量更准确。

智能燃气表普遍将干簧管、霍尔元件、维根传感器等磁敏元件加装在字轮上用于计量，容易受磁性物质的干扰。更何况磁传动结构的燃气表在传动原理上也受磁性物质的影响。采用双传感器计量方式，将传感器分布在字轮的两侧，可有效检测磁性物质的存在。燃气表在检测到磁干扰、磁攻击后会记录此次事件，并将相关信息传递至数据中心，通知专业人员进行现场排查。

5、其他功能。

燃气表内置时钟模块，可记录燃气的使用时段及使用情况，可及时提供准确的使用数

据供管理中心分析，管理中心与其他系统结合便可以实现更多的服务功能；同时管理中心支持对用户的短信提醒功能，欠费提醒功能、调价提醒、充值成功提醒、电量不足短信提醒、

异常信息、自定义短信等。

四、关键技术

1、迟滞采样技术—解决机械数值和电子数值不对应的问题

    燃气表计量的准确性取决于采用传感器性能的好坏，市场上普遍采用磁敏开关器件用于计量。但凡开关器件在打开或关闭的瞬间会产生抖动，磁性物质处于临界状态时磁敏器件的开关性能开始变的不稳定。采取类似“迟滞比较器”的原理，设计迟滞采样技术，把磁敏元件（采样传感器）做成特殊的迟滞器，便可解决此问题。例如，当磁铁需靠近磁敏元件至5mm时，磁敏元件才吸合；当磁铁离开磁敏元件至8mm时，磁敏元件才断开，有了这种准确数据化的临界点界定手段，即使在抖动情况下，采样器也只计量有效信号，不会发生乱计数、多计数的问题。

2、提高电池使用寿命的技术

   电源是一切电子模块正常工作的根本保证，GSM物联网燃气表内置的通讯模块在发送数据时瞬时电流达1A以上，系统待机状态功耗在2~3毫安，而模块的工作电压普遍在又3.3V左右，因此普通的3.6V锂亚电池或碱性干电池无法保证系统的长期稳定工作。为解决此问题，燃气表曾经采用市电供电的方式。考虑到安全问题《CJ/T112-2008 IC卡膜式燃气表》规定禁止使用交流电供电的IC卡燃气表。很显然，智能燃气表的供电直接关系到燃气表的安全问题，电池供电仍将是首选。

根据电化学老化反应规律，每升高10℃，物品的化学反应速率增加1倍。按照室温20摄氏度存放360天可以推断出在高温70℃条件下存放11天是等效的，采用此方式可以有效评估电池的自放电性能，从而选择高性能的电池。采用高性能锂电池+HLC的方式可将电池的使用寿命大大提升，同时保证电池能够释放大电流，符合GSM物联网燃气表的设计要求。

3、基于时间窗口的定时唤醒技术

   GSM物联网燃气表系统平时处于休眠状态，电流只有几个微安，但GPRS模块在待机时有几个毫安，而GPRS模块在瞬间通讯时电流可达到1A以上。因此，在确保电池使用寿命的同时，也必须保证数据传递的畅通性。采用基于时间窗口的定时唤醒技术如图2，可以使系统的综合功耗大大降低，有效提高电池使用寿命。

 

图2

4、两线制阀门到位检测技术

燃气表的阀门普遍采用内置的电机阀，如螺杆阀、截至式阀门等，一般由伸缩橡胶阀门、关阀弹簧、齿条杆、到位开关、离合机构、减速电机等部件组成。从其结构可以分析，阀门到位后会产生堵转，而堵转电流是非常大的，会造成电池不必要的能量损耗。两线制到位检测控制技术，能够根据阀门的驱动电流，自动检测阀门是否到位，能够在最短时间内切断动阀电流，节省电池功耗。其结构简单，可靠性高，在IC卡智能表领域曾广泛应用，是物联网燃气表的首选。

5、全密封技术

燃气表的使用环境容易受油烟、潮气影响，而电子器件的天敌正是这些恶劣的环境因素，更何况GSM物联网燃气表大部分使用SIM卡卡座，受油烟的影响更容易出现接触不良，导致气表无法正常工作。设计一种斜插式电路板防护仓，对SIM卡进行二重密封，电路板进行密封胶密封，可解决油烟问题，延长燃气表的使用寿命。

四、 结束语

新天科技从事智能燃气表的研究已经有十余年的历史，在燃气表行业积累了丰富的经验，比如延长电池使用寿命的全新的电池解决方案，泡在水中可工作的防水防潮工艺设计等，因此在物联网燃气表领域已率先将基于无线自动路由技术的燃气表广泛推广。“成为世界智能表行业领导者”是新天的使命，相信在新天科技及广大智能表厂家的共同努力下，GSM物联网燃气表定会为智慧城市做出积极的贡献。

GSM IOT gas meter and the introduction of the system

Abstract
Household gas meter already to the intelligent, digital, network oriented direction, the Internet of things and its system of gas meter has changed the traditional business model , provided the overall operation and management services to the Gas Co, it not only realizes the remote meter reading, comprehensive business management; but also solves the problems in the management of

the Gas Co, and reduces business management by added services.The Internet of things of gas meter set hysteresis sampling technology, multi address storage technology, automatic saving technology as a whole, is the development direction of the present and the future of intelligent gas meter reading system.

Keywords   Internet of things intelligent network gas meter

作者简介

作者简介：费战波（1966-   ），男，河南郑州人，高级工程师，硕士，从事电子测量与仪表技术研究十余年。

潘明辉 （1983—  ），男，河南郑州人，电气自动化及仪表工程师，本科，从事智能表及其自动化抄表系统的研发，2013年一种M-BUS无源直读燃气表抄表系统荣获河南省科技进步奖。