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解決方案
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物聯網氣表主板技術說明書
1.系統應用方案
1.1.系統組成
本系統主要由數據服務器、WEB服務器、工作站、管理信息化綜合平臺和GPRS物聯網表等組成。整個系統的示意框圖見下圖：
數據服務器是一個包含用戶信息數據、價格組成數據、用戶繳費交易數據以及根據管理部門的需要所設計的各種查詢統計數據在內的數據庫系統。它除了與WEB服務器、物聯網表進行數據交換外，還具有數據完整性檢查、數據的備份與恢復、數據庫用戶權限及安全性的管理。
WEB服務器是一臺在Internet上具有獨立IP地址的計算機，可以向Internet上的客戶機提供各種Internet服務。在本系統中，WEB服務器給客戶端提供用戶管理、抄表計劃管理、抄表記錄查詢、收費管理、報表管理等界面功能。
管理信息化綜合平臺：通過該平臺可直接與物聯網通訊，通過GPRS方式完成對表具的計量數據抄讀、狀態檢測、閥門控制等功能。
物聯網表是系統的計量和控制部分，它完成對用戶所用情況的計量工作。同時，接收管理信息化綜合平臺，響應或返回指定數據、執行特定動作（如關閥或開閥）。
1.2.系統特點成
遠程控制：可有效實現對表具的遠程控制，進行數據讀取、參數調整、開關閥控制等操作；
集抄范圍廣：GPRS覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制。能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求；
GPRS傳輸具有很高的數據安全性和準確性，不作專門布線，無須安裝集中抄表設備；前期投資少、見效快，后期升級、維護成本低；而且表具安裝方式與普通表基本相同、維護簡單；
| 各種遠程抄表方案的優劣對比 | ||
| 項 目 | GPRS物聯網表 | 有線遠傳表 |
| 安裝難易程度 | 安裝簡單，與普通表基本相同 | 需布專用的通訊網絡，安裝難度大，一旦破壞很難恢復。 |
| 調試難易程度 | 簡單，經稍加培訓即可操作 | 很難，需專門技術人員進行調試。 |
| 直接成本 | 低 | 高 |
| 運行成本 | 一般 | 高 |
| 耗電情況 | 高 | 可使用市電 |
| 數據傳輸實時性 | 一天或一周上報一次數據 | 可隨時查看數據 |
| 網絡遷移風險 | 風險較大 | 低(更換集中器模塊） |
| 受外部干擾 | 較高 | 低 |
| 維護難易程度 | 簡單 | 難，需專門的技術人員 |
| 維護成本 | 一般 | 非常高 |
2.物聯網主板特點
2.1.2.1.功耗評估
物聯網表因自身功耗比較高，不能滿足實時在線需求，僅能通過定時在線上傳方式進行數據傳輸，一般推薦最快聯網頻率不超過一天一次。
| 物聯網氣表功耗評估 | |||
| 技術指標 | 典型值 | 年平均功耗 | 備注 |
| 休眠電流 | 7uA | 61.32mAh | 無液晶 |
| 10uA | 87.6mAh | 液晶常顯 | |
| 開關閥電流 | 40mA | 1.15mAh | 每周開關閥門一次，每次2秒。 |
| 運行電流 | 5mA | 35mAh | 每秒喚醒需要占用800us。 |
| 脈沖采樣 | 5mA | 2.5mAh | 每天5m3，100個脈沖，單次采樣時間50ms |
| 抄讀 | 730mAh | 聯網注冊約需要90秒，平均電流80mA，每天上傳一次數據。 | |
一年最多消耗856mAh，四節南孚干電池容量為2500mAh，考慮到電池的自放電，不同電流下容值差異，溫度等影響，四節南孚干電池可滿足二年使用需求。
2.2.通訊模組介紹
M6310是中國移動推出的一款工業級GSM通信模組，支持貼片式SIM卡，具有小尺寸、低功耗、溫度范圍寬、抗干擾能力強的特點，同時內嵌豐富、穩定、可靠的網絡協議，可向無線抄表、無線POS、車載等行業客戶提供無線通信功能。
| 產品型號及詳細參數指標 | M6310 | |
| 封裝方式 | LCC | |
| 通信制式 | GSM/GPRS | |
| 通信頻段 | 900/1800MHz | |
| 數據功能 | GPRS multi-slot class 1~12 GPRS mobile station class B 編碼格式：CS1~CS4 | |
| 短信功能 | 支持MT，MO，CB，Text和PDU模式 | |
| 通訊芯片 | MT6252D | |
| 產品認證 | CCC，China TA | |
| 尺寸大小 | 27.5*24.0*2.7mm | |
| 溫度范圍 | -40~+85℃ | |
| 電流特性 | 閑置電流 | 30uA |
| 待機電流 | 1.3mA | |
| 工作電流 | 60mA~600mA | |
| 電壓特性 | 3.3~4.6V | |
| 硬件接口 | UART | 支持，2路,一路為主串口,一路為調試串口 |
| SPI | 不支持 | |
| ADC | 支持1路 | |
| GPIO | 不支持 | |
| PWM/BUZZER | 不支持 | |
| 睡眠喚醒 | 支持 | |
| SIM interface | 支持貼片式SIM卡 | |
| 電源輸出 | 支持 | |
| 喚醒方式 | 語音喚醒 | 不支持 |
| 短信喚醒 | 支持 | |
| 數據喚醒 | 支持 | |
| 傳輸協議 | PPP,TCP,UDP,FTP,HTTP | |
| 嵌入系統 | Nucleus | |
| 遠程升級 | FOTA | |
| 開發工具 | 開發工具包 | |
2.3.數據上傳方式
2.3.1.定時上傳方式
當物聯網智能表內部時鐘運行達到系統設置要求數據上傳的時間點時，表具主動上傳表具相關實時數據，并獲取相關命令，可設置為每天、每周、每月上傳，并可進行組合設置為每10天、每2月等。
2.3.2.人工上傳方式
在任何時間點，用戶可通過按物聯網表具中的功能按鈕，使表具上傳實時數據，并獲取相關命令。
2.4.數據上傳錯峰
由于網絡環境和基站容量限制，表具支持上報錯峰設置，可設置隨機錯峰、編號錯峰等，增加網絡適應能力，并結合實際運用經驗，不同地域網絡參數可能發生改變，并可支持設置相關的參數來適應當地網絡環境功能。
2.5.遠程升級
當物聯網表需求發生改變時，可通過遠程升級服務器對主板功能進行升級，滿足不同的適應需求。
3.主要技術參數
3.1.硬件參數
3.1.1.雙通道脈沖采樣
計量表具的指示裝置輸出信號為機械信號，要實現無線抄表需首先應將機械信號轉換為電子信號。遠傳表采用的是磁敏組件組成的脈沖發生器，在機械指示器0.01m3字輪上安裝一永磁鐵，兩只干簧繼電器呈180°夾角安裝其附近，字輪每旋狀一周，每只干簧管被吸合至少一次，由此產生一個計數脈沖，表示一個脈沖體積當量0.1m3。在電源不間斷的情況下，機械、電子記錄的累積流量是一致的。機電轉換誤差：小于0.1m3。
3.1.2.雙電源供電技術
無線遠傳表采用內置鋰電池加外置堿性電池的雙電源供電方案，兩種電源自動切換。
當外置電池被取出時，控制閥將關閉，表具自動轉由內置鋰電池供電。即使用戶未裝外置電池，管理人員仍可以抄讀表具的狀態或發出控制指令。
鋰電池僅提供無線通訊、液晶顯示等用電（不負責開關閥等）。在完全沒有外置電池時，一節ER14505鋰電池也能至少保證五年以上的可靠運行。
當外置電池安裝后，內置鋰電池自動切斷，不再耗電。同時，控制閥將打開，恢復使用。
當鋰電池故障時（開路、短路、電量不足等），電路自動隔離，不影響整表功能。
3.1.3.內部實時時鐘
內部采用±10ppm精度的時鐘晶振，一年的誤差不超過10分鐘。另外，抄表器、集中器抄表時，會自動同步表具當前時鐘。保證每個表具的時鐘準確無誤，滿足實際使用的要求。
3.1.4.掉電關閥保護
檢測到主電源被拔出時，主動關閉閥門，立即停止使用。
3.2.軟件參數
3.2.1.電壓檢測參數
一級電壓檢測點為4.8V，每秒檢測一次，連續檢測2次。
二級電壓檢測點為4.2V，每秒檢測一次，連續檢測5次。
截止電壓檢測點為2.5V，每秒檢測一次，連續檢測2次。
3.2.2.運行參數
默認不限購，提示10m3/元，報警0m3/元，透支0m3/元，各項參數可進行軟件配置。
3.2.3.干預開閥
閥門打開需要人為干預打開。
不需要人為干預，滿足條件即可打開。
3.2.4.基表故障參數
默認按照20天、2天、2天、2天設定，可后期更改。
3.2.5.脈沖傳感器故障檢測
默認單脈沖產生次數為30次，間隔為60秒。
3.2.6.脈沖計數當量
脈沖當量0.1方，雙脈沖計數。
脈沖當量1方，雙脈沖計數。
脈沖當量0.01方，雙脈沖計數。
3.2.7.液晶顯示方式
非常顯，觸發顯示方式。
常顯，低電壓時觸發顯示方式。
常顯，低電壓時依然常顯。
3.2.8.聯網供電方式
主電6V供電，備電不支持聯網。
主電6V供電，備電支持聯網。
主電3.6V供電。
3.2.9.主板供電方式
僅需外電有電就開閥。
僅需鋰電池有電就開閥。
外置電池、鋰電池任一有電即開閥。
外置電池、鋰電池兩者均有電才開閥。
3.2.10.上電時間
為了給超級電容充滿電，默認上電時間為5秒。
3.2.11.閥門參數
無閥門。
兩線制閥門，開閥時間1500ms，關閥時間1000ms。
四線制閥門，最大開閥時間2000ms，開閥到位檢測，關閥時間1000ms。
兩線制閥門，堵轉電流檢測，堵轉到位電流90mA，開閥時間2000ms，關閥時間2000ms。
4.主要功能
4.1.常規功能
4.1.1.二級電壓檢測
無線遠傳表對電池電壓實時檢測，當連續檢測到電池電壓低于一級電壓時，提示用戶更換電池，當連續檢測到電池電壓低于二級電壓時，將關閉閥門，需更換電池后才能繼續使用。
4.1.2.提示功能
按“查詢”鍵可顯示表中當前表中剩余量；
當主電源電池電壓不足時，顯示“換電池”；
?當剩余量小于5m3/元（此值可設定）后，每用0.1m3，蜂鳴五聲，按“查詢”時顯示“請繳費”；
當剩余量達到設定值時，將關閉控制閥提示，用戶按“查詢”鍵或反插卡可打開閥門繼續使用；
當剩余量為0時，關閉閥門，停止使用，按“查詢”時顯示“請速繳費”。
4.1.3.磁干擾檢測
由于采用磁性傳感器累積計量，當外界有磁干擾時，有可能會使用累積量產生誤差。本方案設計有外界磁場檢測功能，當檢測到外置磁干擾時，會關閉控制閥，停止用戶使用。只有當外界磁干擾撤出，用戶按功能按鈕后，才會恢復繼續使用。故障提示代碼“E-6”，磁干擾消失后自動解除。
4.1.4.閥門故障判斷
閥門出現故障，表具會繼續正常計數，且會多次（默認為 4 次）嘗試繼續關閉控制閥。當超過 4 次，閥門仍未關閉，即記錄“閥門故障”。抄表器或集中器抄表時，會反應在表具狀態中。故障提示代碼“E-8”，排除故障后用手持機或抄表器發送開閥命令解除。
4.1.5.故障異常記錄
針對表端一些故障、異常、特殊事件發生時，用戶有了解特定事件產生日期的需求。表內記錄最近 60 次特殊事件發生的時間。包括：
強磁干擾
過流量
控制閥故障
脈沖傳感器故障
基表故障
電池上電
電池下電
4.1.6.過流量檢測
當兩次有效脈沖的時間間隔小于設置值，即判斷為“過流量”，同時關閉控制閥，此功能默認關閉，需軟件設置打開，發生“過流量”保護關閥時需取出電池，然后在安裝上去來解除報警。故障提示代碼“E-11”。
4.1.7.歷史月用量信息記錄
表具可記錄最近 10 年每個月的用量信息。（每個月保存數據的日期，可設置）
4.1.8.歷史日用量信息記錄
表具可記錄最近 60天 的每天用量信息
4.1.9.階梯計費
階梯氣價是指居民每年或每月超過天然氣基本消費量后，執行高氣價。
2014年2月14日，經過數次討論修改，《關于實施居民生活用氣階梯氣價的指導意見》已完成并上報至國務院。
2014年3月21日，國家發改委公布意見，要求2015年底前所有已通氣城市建立起居民生活用氣階梯價格制度。階梯氣價分為三檔，各檔氣價實行超額累進加價，第一檔氣量應覆蓋80%的家庭。無論是后付費模式還是預付費模式，階梯氣價的最基礎數據都是一定周期內用戶的累計使用量。階梯氣價對燃氣用戶用氣信息的及時、準確獲取，提出了更高要求，可以預測，具有遠程數據抄讀功能的燃氣表將會占有越來越重要的位置。
可設置 4 階階梯氣價；
可實時調價，也可定時調整階梯價格；
階梯氣價周期靈活可設置。（按每月、雙月、每季、每半年、每年等）
可設置任一月中的任一天為結算日。
4.1.10.液晶顯示
LCD液晶顯示方式分為三種，分別為非常顯（觸發顯示方式）、常顯（一直顯示，欠壓時觸發顯示）、一直常顯（無論是否欠壓均保持一直顯示），使用時根據需求進行選取，常顯狀態時功耗會略高，一般推薦有按鈕的外殼采用觸發顯示方式，無按鈕的外殼采用常顯，不推薦選用一直顯示方式。
4.1.11.低于提示量報警
當預付費模式時，低于設定的提示參數時有如下方式可選：
液晶提示，液晶提示“請繳費”字樣；
液晶提示，液晶提示“請繳費”字樣；
4.1.12.遠程閥控
無線遠傳表可以接收并響應手持抄表器或集中器發出的關閉控制閥指令，閥門關閉后，用戶不能自行打開閥門
?無線遠傳表可以接收手持抄表器或集中器發出的打開控制閥指令，用戶通過按功能按鈕（無人工干預需求時閥門自動打開），可打開閥門恢復使用。
4.1.13.遠程數據抄讀
無線遠傳表可以接收并響應手持抄表器或集中器發出的抄讀數據指令，包括：
讀控制閥狀態（開、關或異常）；
讀電池電壓狀態（正常、欠壓、電壓值）；
讀外磁場攻擊狀態（有或無）；
讀累積流量（總用量）；
實時價格（表具當前執行單價）；
4.2.特殊功能
4.2.1.上電顯示編號[軟件功能]
主板上電過程結束之后，主動顯示表具編號，一屏顯示不完全時分兩屏顯示，先顯示高位，后顯示低位，方便進行編號核對，一般適用于無按鈕的模具。
4.2.2.干預保護開閥[軟件功能]
從安全角度考慮，表具所有的開閥操作必須有人為參與，不可自動開閥，可通過按鍵或反插卡進行激活開閥。
4.2.3.上電動作開閥[軟件功能]
當定義有干預開閥時，可通過更換電池動作方式實現人為參與激活開閥。
4.2.4.基表故障檢測[軟件功能]
由于脈沖信號取自于基表計數器，當基表發生故障停止工作后，表具將取不到脈沖信號，這樣用戶就可能長期使用而無從計量，給管理部門帶來損失。
本產品可以監控基表的工況。當基表發生故障或其他原因（如用戶出外旅行，確實沒有使用），控制器在一段時間內（M天，可設置）沒有采集到脈沖信號，即警告性關閥，用戶按功能鍵后，可恢復；接下來控制器將繼續檢測是否有脈沖信號，一段時間（N天，可設置）會關一次控制閥，如果連續三次開啟控制閥而仍然沒有采集到脈沖信號，可判定基表已發生故障，表具將關閥等待檢修。從基表發生故障到被準確判定采取措施，最長時間為 M+3*N 天，可保證管理部門的利益不受到損害。
故障提示代碼“E-9”，解除方法：手持抄表器或集中器發送開閥命令。
| 基表壞判斷流程 | 可能原因 | 備 注 |
|
正常使用。 | |
|
1、基表/脈沖發生器壞； 2、電子計數部分故障； 3、未使用； |
保護性關閥。 | |
| 外界觸發后打開閥門。 | 進行下一次判斷。 | |
|
1、用戶觸發開閥后兩天內有使用； 2、用戶觸發開閥后兩天內仍無計數脈沖； |
計時器清零。 保護性關閥。 |
|
|
1、基表/脈沖發生器壞； 2、電子計數部分故障； 3、誤判（M+3*N天內未用到0.1m3）。 |
更換表具。 更換主板。 用抄表器打開閥門，計時器清零。 |
4.2.5.脈沖傳感器故障檢測[軟件功能]
本方案采用雙通道脈沖采樣，當任一個傳感器出現故障。檢測到另一個傳感器連續工作動作超過設定次數（默認 30 次），即判斷脈沖傳感器出現故障，立即關閉控制閥。為了降低誤判概率，結合流量時間，間隔至少為60秒。故障提示代碼“E-10”，排除故障后用手持機或集中器發送開閥命令解除。
4.2.6.讀卡顯示編號[軟件功能]
為了便于生產過程中核對表具編號，當IC卡中指令數量為5條或6條時主動顯示表具編號。
4.2.7.讀卡顯示購入[軟件功能]
為了便于生產過程中核對表具編號，當IC卡中指令數量為5條或6條時主動顯示表具編號。
4.2.8.最小脈沖時間間隔[軟件功能]
兩個計量脈沖之間的最小間隔時間，主要用于型式試驗測試強磁不計數功能，正常主板不使用此參數，計數間隔為零。
4.2.9.累計用量超限 [軟件功能]
當基表用量達到設定限值時永久性關閉閥門，停止使用，必須聯系管理部門更換表具，相關故障代碼為“E-18”。
4.2.10.閥門故障提示 [軟件功能]
出現閥門故障后蜂鳴器一直鳴叫提示。
4.2.11.顯示內外電電壓 [軟件功能]
按鍵查詢，進入第二功能屏可查看內外電電壓。
4.2.12.IC卡口保護 [軟件功能]
當IC卡口插入鐵片時閥門主動關閉，插入非鐵片時解除。
4.2.13.一級電壓提示 [軟件功能]
電池電壓達到一級電壓時，說明電池即將用盡，用戶需盡快更換電池，防止低于二級電壓時閥門關閉停止使用，一級電壓提示有如下方式可選：
液晶提示，低于一級電壓時液晶顯示“換電池”。
關閥提示，低于一級電壓時關閉一次閥門，按鍵或插卡可打開閥門。
蜂鳴提示，低于一級電壓時每用一個計量單位蜂鳴提示一次。
4.2.14.主板故障提示 [軟件功能]
當檢測到主板故障，如存儲器故障、無線模塊等故障時關閉閥門。
4.2.15.異常流量檢測 [軟件功能]
4.2.15.1.異常流量項脈沖間隔區間
5組異常流量項，其脈沖間隔區間由小到大（即流量由大到?。┡帕?，各區間之間連續，且第1、5區間為開區間。第1區間無下限，代表超大切斷流量；第5區間無上限，代表超小切斷流量。
4.2.15.2.異常流量確定
智能表應對任意一個脈沖與前次脈沖的間隔時間記錄。
當脈沖間隔數值在MinDPi與MaxDPi之間，且偏差不超過脈沖間隔允差DDPi時，開始連續記錄脈沖數，當連續記錄到的脈沖數達到PNi個，或持續時長達到Ti分時，確認出現異常流量i。當脈沖間隔超出允許偏差時，重新開始記錄。
脈沖間隔偏差按以下方法計算：
式中：Δ——脈沖間隔偏差；
DPn——當前脈沖間隔，單位（秒/個）；
DP0——首個符合條件的脈沖間隔，單位（秒/個）。
4.2.15.3.異常流量切斷
當達到異常流量時，且滿足脈沖持續個數及切斷時間（即按5.3確定了異常流量），內置閥門應立即關閉。
智能表應有液晶顯示功能，液晶應按以下代碼進行提示：
E-11
4.2.15.4.異常流量切斷的解除
當發生異常流量，智能表執行了內置閥門切斷后，用戶可通過長按查詢的方式，燃氣表自行打開內置閥門、解除報警。
4.2.16.低電壓不計量 [軟件功能]
當電池電壓欠壓時不進行計量。
4.2.17.LED提示功能[硬件功能]
無線遠傳表通過 LED指示燈與用戶交互，可在不同狀態下，對用戶進行提示。
無線模塊工作時，LED燈自動點亮。
用戶按功能鈕時，LED短亮一次表示閥門處于打開狀態，LED長亮一次表示閥門處于判斷狀態；
檢測到違規操作或表具故障時，且根據不同情況，在上條指示完閥門狀態2秒后，通過LED閃爍，指示故障類型：
LED閃爍 1 次：電池電壓不足。
LED閃爍 2 次：表具收到了關閥指令。
LED閃爍 3 次：有強磁干擾。
LED閃爍 4 次：脈沖傳感器故障。
LED閃爍 5 次：基表故障。
4.2.18.拆卸檢測[硬件功能]
檢測到表具外殼被拆卸，或為震動開關時檢測到表具切斜移動，閥門主動關閉，關閉后用戶不能自行打開，相關故障代碼為“E-13”。為了降低震動等誤判斷，每秒檢測一次，連續檢測到3次被拆除信號時判斷為拆卸。
4.2.19.泄漏報警檢測[硬件功能]
檢測到燃氣泄漏報警時，閥門主動關閉，當排除隱患后需拔出電池，然后重新給表具上電來判斷報警是否解除，相關故障代碼為“E-12”。
4.2.20.紅外通訊接口[硬件功能]
具有紅外通信功能，可通過紅外對表具進行控制與設置。
4.2.21.閥門開到位檢測[硬件功能]
具有紅外通信功能，可通過紅外對表具進行控制與設置。
閥門檢測開到位通過開關到位進行檢測，在設定時間內檢測到到位開關信號立即停止閥門動作。
4.2.22.開關閥到位電流檢測[硬件功能]
閥門開關到位通過檢測電流方式，閥門為到位堵轉閥門，當閥門到位之后電流會迅速增加，一般大于90mA，連續檢測30ms判斷為閥門到位。
