基于物联网通信技术的智能燃气表系统设计与实现

摘要

随着国家城镇化进程的推进和“十三五”规划的逐步落实，以物联网技术为基础，构建智慧城市的需求越来越紧迫，智能家居、智能电器等应用方案及产品应运而生。在居民四表(水表、电表、热表、气表)的使用上，居民对安全性、舒适性、私密性的生活空间要求也越来越高，基于物联网通信技术的智能仪表系统在计量数据远传、远程控制、收费管理等方面的优势尤为突出，能解决居民对生活私密空间的要求，适应了智能化发展的需要。因此基于物联网通信技术的智能燃气表系统设计与实现具有重要的理论意义和实用价值。 本课题应用物联网技术构建感知层、网络层及应用层设计并实现了智能燃气表系统，通过全球移动通讯系统(GSM)提供的短消息服务(SMS)机制实现数据远传及远程控制，利用上位机软件进行终端燃气表的管理，实现了操作简单、维护简单的智能燃气表应用系统，解决了抄表难、无法远程控制、安全性差等普通表计固有的问题。本课题的研究成果建立了终端表计和整个能源供应系统的联系，保证了基础数据与系统之间的信息互通，实现了整个能源供应系统网格化管理，挖掘了系统的巨大潜能。 本课题研究的主要工作包含以下内容: 1)本文搭建了基于全球移动通讯系统(GSM)短消息服务机制(SMS)的智能燃气表系统，将远程通信、计量读数、数据分析、指令下达等有机的结合在一起，利用GSM提供的网络架构，SMS提供的无线双向通信机制，实现了燃气系统的末端设备(燃气表)接入了整个能源供应系统，从能源顶端到末端数据实现了同步共享，为系统的大数据分析提供了数据基础; 2)本文根据全球移动通讯系统(GSM)中的短消息服务机制(SMS)的通信原理，建立远程通信系统。编写的上位机软件通过TCP/IP协议与中国移动短信中心建立通讯机制，燃气表端采用GSM模块与短信中心进行信息的收发，本设计采用的通信机制性能稳定、双向通讯，可保证数据(指令)传输的及时性和可靠性，实现快速、准确地远程控制方案; 3)本系统基于美国微芯PIC系列单片机、中国移动物联网GSM通信模块为基础进行设计。每块智能燃气表设定唯一的表地址，与GSM模块的手机号码一一对应，GSM模块进行上电注册网络，实现本机号码与短信中心信息接入码对应，实现上位机、终端表计的远程通信;下位机软件采用C语言编写，以“状态机”的机制、“时间片”架构进行设计，为每个可能发生的事件提供运行机制，防止系统出现“死等”状态，大大提高了系统的运行效率;上位机与短信网关的通信采用中国移动物联网公司短信网关提供的数据协议，利用TCP/IP进行通信。短信网关数据协议和TCP/IP相当于传统意义上的短信MODEM; 4)本智能燃气表系统利用中国移动物联网公司的短信网关进行了远程控制测试。从上位机下达的指令、网关截取的数据、下位机串口监测到的数据、燃气表的执行结果四个方面进行对比测试，验证基于物联网通信技术的物联网智能燃气表系统能够实现远程开关阀、远程充值读数及低电量报警通知上位机等功能的可靠性与实时性，达到了预期的设计期望。

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摘要

缩略词索引

1．1课题研究背景

1．2课题研究的意义与价值

1．3智能表计数据通信技术的发展

1．4本文研究内容及章节安排

2．1物联网

2．2．1简介

2．2．2背景及发展前景

2．2．3物联网的技术体系框架

2．2．4物联网的主要通信技术

2．2全球移动通讯系统

2．3短消息服务

2．4小结

3．1前言

3．2系统设计

3．2．1系统分析

3．2．2系统架构

3．3硬件部分设计

3．3．1 MCU及通信模块

3．3．2硬件电路总设计

3．3．3通信模块电路设计

3．3．4电源电路设计

3．3．5阀门控制电路设计

3．3．6数据计量电路设计

3．3．7液晶显示电路设计

3．3．8泄漏报警电路设计

3．4软件部分设计

3．4．1下位机设计及编程

3．4．2上位机设计及编程

3．5系统的实现

3．5．1硬件制作

3．5．2软件编写

3．6小结

第四章智能燃气表系统的测试与分析

4．2测试方案及技术指标

4．2．1系统测试方案

4．2．2测试技术指标

4．3测试及结果

4．2．1 GSM网络注册测试

4．2．2远程阀控功能测试

4．2．3远程读数功能测试

4．2．4远程充值功能测试

4．2．5电量低报警功能测试

4．4测试数据分析

4．5小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

致谢