物联网技术在燃气仪表中的应用方法研究

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　　摘 要 将物联网技术应用到燃气仪表中，能够提高燃气企业获取用户燃气流量数据的及时性、准确性，同时有利于燃气企业对燃气仪表的远程监测与控制。本文首先分析了传统的燃气远程抄表系统的弊端，然后详细阐述了基于物联网技术的燃气仪表远程数据采集系统的应用方法，具有一定的参考价值。
　　关键词 物联网技术；GPRS；燃气仪表
　　引言
　　燃气仪表是燃气输配系统中的重要部件，其主要功能有两个：一是计量累计燃气流量，二是计量瞬时燃气流量。当前，燃气仪表远程抄表系统多采用有线的方式来采集燃气仪表的计量数值，但存在一定的弊端：当某段线路发生故障时就不能及时采集到一定区域的燃气仪表计量数值，从而出现监测盲区[1]。随着信息技术的不断创新，物联网技术的出现为燃气仪表计量数据的远程采集问题提供了新的思路。
　　1 系统实现的关键技术
　　物联网是由随机分布的传感器、数据处理单元及无线通信模块构成的节点，以自组织的形式构成的无线传感网络系统。物联网的终端包含诸多硬件，如数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块及电源模块等，这些硬件共同构成了便捷式的物联网终端。在基于物联网技术的燃气仪表中，物联网终端嵌入到燃气仪表中[2]，通过传感器测量其所在位置的燃气流量数值，再通过无线通信模块将检测到的燃气流量发送到服务器中，服务器再对接收到的燃气流量数据进行储存。
　　系统采用GPRS进行无线通信，GPRS技术也是物联网技术中的重要组成部分。GPRS技术是在GSM技术的基础上发展而来的，它在网络中引入了分组交换和分组传输的概念，从网络体系方面增强了对数据业务的支持。将其应用到燃气仪表远程采集系统中具有明显的优势：①传输速率高，能够稳定的传输大容量的燃气仪表计量数据；②永远在线。由于无须为每次数据访问建立呼叫连接，因此系统可实现永远在线；③按照数据流量计费。GPRS按照系统实际的数据传输量计费，而非按照在线的时长计费，因此，即使一直在线也无须支付额外的费用，通信成本低廉。
　　因此，基于物联网技术的燃气仪表远程数据采集系统的核心就是安装有GPRS通信模块的物联网燃气仪表。通过GPRS通信模块，物联网燃气仪表可直接与燃气企业的后台数据管理系统进行通信，从而实现对燃气仪表的远程抄表、监测与控制等功能。
　　2 基于物联网技术的燃气仪表远程数据采集系统的应用方法
　　2.1 系统的硬件结构
　　系统主要构成部件包括：单片机、电源模块、数据采集模块、报警模块、燃气阀门控制器、GPRS通讯模块、存储模块以及显示屏等模块构成。其中，数据采集器通过脉冲传感器来采集燃气计量数据；存储单元主要用来存储采集的燃气计量数据；GPRS通信模块的主要功能是，将采集到的燃气计量数据已无线信号的方式发送到燃气企业的后台数据管理系统中，从而实现对燃气仪表的远程计量数据采集与监测控制。工作人员可通过后台数据系统获取各个燃气仪表的当前的计量数据，并通过通信系统与燃气仪表内置的GPRS通信模块进行通信和下达控制指令，GPRS通信模块将接收到的控制指令通过串行通信接口发送到单片机，通过单片机执行指令。
　　（1）单片机。物联网燃气仪表的单片机采用Silicon Labs公司生产的c8051f系列单片机。该单片机的主频可达100MIPs，拥有12位的ADC、12位的DAC以及精密振荡器、精密温度传感器等模拟外围设备；内置64kb的Flash存储器，可存储大量的燃气计量数据；内置高效的DC-DC转换器，可在0.9V电压下正常工作；工作电压为0.9V——3.6V，可支持多种电池；自身功耗非常小，休眠模式下的电流极小，可快速唤醒、快速执行模数转换。
　　（2）GPRS通信模块。该模块是物联网燃气仪表实现远程数据采集与监控的关键部件。GPRS通信模块采用的是深圳美芯讯科技有限公司生产的SIM800C GPRS模块。其工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可在極低的功耗下实现语音、短信息和数据信息的传输。该模块内置SIM卡，并支持TCP/IP通信协议，具有强大的功能。该模块与单片机通过RS232串行通信接口通信。
　　2.2 后台数据管理系统的软件结构
　　（1）软件的原理。物联网燃气仪表中的GPRS模块内置SIM卡。首次使用时，主机先进行初始化，接着后台数据管理系统会向仪表发送SMS激活短信来激活用户。激活后，系统会自动启动GPRS模块，并与后台数据管理系统建立TCP/IP连接，后台数据管理系统与仪表建立有效连接后，对仪表进行注册认证；然后，系统会自动接收后台数据管理系统下达的控制指令，当接收到控制指令后，GPRS通信模块就会通过RS232串行接口将指令发送到单片机中，单片机执行完相关指令后，会通过GPRS模块将指令执行情况发送到后台数据管理系统中；若没有接收到指令，系统就会向后台数据管理系统上传仪表计量的燃气流量数据，系统会在数据上传结束后自动休眠，10min后，系统会自动唤醒并重复执行上述过程。
　　（2）软件的结构。燃气公司后台数据管理系统的软件采用模块化设计，主要模块包括：数据通信模块、WEB服务器模块、数据库服务器模块、计量数据结算模块与系统主界面模块构成。各个软件模块采用Named Pipes通信方式进行数据通信。其中，WEB服务器模块是软件系统的中心，其余软件模块都要通过与其交互才能实现各自的功能。数据通信模块是可实现后台数据管理系统与现场物联网燃气仪表的相互通信；数据库服务器模块通过微软公司的SQL Server数据库软件来实现；系统主界面通过HTML与JAVA 语言共同搭建而成。
　　3 结束语
　　将物联网技术应用到燃气仪表中，能够使燃气企业快速、准确获取用户使用的燃气流量数据，并实现燃气企业对燃气仪表的实时监测与控制。随着物联网技术的快速发展，将物联网技术应用到燃气仪表中必将成为燃气仪表未来发展的趋势。
　　参考文献
　　[1] 刘兵，陈宗鋆.基于物联网技术的IC卡工业燃气表远程抄表系统的设计与研发[J].仪表技术，2017，（1）：5-9.
　　[2] 顾晓宇.对GPRS物联网燃气表的应用探讨[J].上海煤气，2017， （4）：18-21.
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