带IC卡的预付费物联网燃气表的制作方法

本发明涉及燃气表技术领域，具体涉及带ic卡的预付费物联网燃气表。

背景技术：

燃气表经过多年的发展，目前已经有多种不同的类型，目前使用较为广泛的主要有以下几类：

(1)机械表。该种表是最早使用的类型之一，制作工艺非常成熟，计费比较准确，不需要使用电池供电，但是需要抄表员上门对用户进行抄表，在实际应用中带来诸多不便。但是由于其价格低廉、工作稳定，目前很多城市仍然在大量的使用该种燃气表。

(2)ic卡表。该种表使用ic作为充值媒介。用户持卡到营业厅进行充值，然后回家将卡片插入到燃气表中，充值的金额或气量即进入到燃气表。该种表可以在用气耗尽时及时关闭阀门，避免恶意透支，能够适应目前阶梯气价的计费要求。但是由于该表安装在用户家中，燃气公司难以实现对该表的有效监管，不能及时掌握该表的使用情况，难以避免用户对该表的恶意破坏等问题。

(3)无线表。该种表使用433m无线频率进行通信，通过搭建无线射频网络，实现用户充值金额、气量等数据的及时下发。燃气公司可每天随时进行抄表，及时掌握用户的使用情况。但是该种类型的表存在部署复杂、抗干扰能力差等缺点，数据传输存在丢失等情况。

随着物联网技术的发展，物联网芯片及应用平台的功能不断提升，物联网技术得到了越来越广泛的应用，其中以nb-iot为代表的物联网芯片由于功耗低、待机时间长、数据传输可靠性高等特点特别适合于燃气表应用场合。基于nb-iot芯片的物联网燃气表可实现远程不入户自动抄表、抄表频率可设置为间隔1天或每月抄1至n次，具有较好的灵活性；可实现远程自动开关阀，避免用户因燃气欠费、欠费缴清等问题带来的阀门操作问题。相对于传统的机械表、ic卡表，基于nb-iot的燃气表具有明显优势。

但是由于用户的安装环境复杂，有些地方nb-iot存在一定的死角，例如井下、墙角等，特别是目前的高层结构，由于钢筋混凝土结构复杂，导致大楼里面存在诸多信号死角，nb-iot信号难以穿透，因此，单纯使用nb-iot模式难以满足全覆盖的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种带ic卡的预付费物联网燃气表，它将ic卡和nb-iot结合起来，保证在信号质量不好的情况下，也能够实现有效充值，保证了用户的正常使用，能够实现足不出户完成抄表和缴费，同时为燃气公司和燃气用户提供了便利。

带ic卡的预付费物联网燃气表，由以下模块组成：

(1)jtag模块：主要供燃气表控制程序下载和调试使用；

(2)阀门：该阀门可以实现远程控制，燃气公司可远程开关阀，在不欠费的情况下，用户也可以利用表上按钮进行开阀；

(3)存储模块：主要是存储燃气表控制代码和业务数据使用，燃气表可存储完整5个年度的历史使用数据，可存储最多6档阶梯气价信息；

(4)nb-iot模块：是燃气表的核心通信模块，利用该模块实现燃气表上网，从而完成与后台云服务器的数据交互，实现购气气量、金额、气价等数据的下发；

(5)处理器模块：是燃气表的核心控制模块，协调控制其它器件，从而实现燃气表正常工作；

(6)计数模块：该模块主要负责用户用气量的计数功能，其读数提交给处理器模块然后通过nb-iot模块上传给后台云服务器；

(7)lcd模块：该模块主要供显示相关信息使用，可以给燃气用户显示当前剩余气量、剩余金额、每档剩余量、阀门状态、本年度累用气量、燃气表工作状态码等关键信息；

(8)ic卡模块：作为nb-iot模块的有效补充，在用户安装环境信号条件较差的情况下，用户可以使用ic卡到营业厅充值，然后将充值信息通过插卡方式导入到燃气表中；

(9)电池模块：主要是为系统提供电源。由于本系统采用了低功耗模式进行设计，在使用4节标准干电池的情况下，可以保证至少工作3年。

并且带ic卡的预付费物联网燃气表通过nb-iot模块与云服务器建立连接，燃气公司通过云服务器可对燃气表进行管理，进而实现查询表读数和对表充值等操作。

带ic卡的预付费物联网燃气表系统，包括以下功能：

(1)远程读数：燃气表可将当前剩余量、本年度累计使用量、当前电池电量、nb-iot信号强度等信息上报给云服务器；

(2)远程阀控：云服务器可对燃气表进行远程开关阀，具体有欠费关阀、缴费开阀、因为安全性原因临时关阀等多种情况；

(3)充值缴费：燃气表可通过nb-iot、ic卡等方式实现充值，并可通过网上营业厅、线下实体营业厅等多种途径进行办理；

(4)模式切换：燃气表可在直读表、预付费气量表、预付费金额表等3种工作模式之间自由切换；

(5)报警提醒：云服务器将在燃气表剩余量不足、开关阀等时机给用户下发提醒消息，同时在发现表工作异常时将会给燃气公司管理员发送报警信息。

其中当用户进行网上充值时的基本流程是：

(1)用户通过电脑、微信公众号等多种方式登录本司的网上营业厅；

(2)用户利用燃气客户协议号、客户姓名、联系方式等建立网上营业厅账号；

(3)用户输入充值金额或充值气量，网上营业厅给用户生成对应的应缴账单；

(4)用户利用网上银行、微信支付、支付宝等方式完成应缴账单的支付；

(5)网上营业厅核实并存储用户的缴费信息，核实无误后将充值信息存储在云服务器上，等待下发；

(6)燃气表通过nb-iot模块与云服务器进行交互，云服务器判断是否存在应该下发的充值信息，如果有则将该信息下发至燃气表，燃气表与云服务器进行交互的时机包括：用户充值回家长按燃气表表上按钮后；燃气表每月的固定抄表日；

(7)燃气表接收到云服务器的充值信息，判断是否合法。如果合法，则将充值信息写入到存储模块中，并向云服务器反馈操作成功。如果非法，则丢弃，并向云服务器反馈错误代码；

(8)云服务器判断是否充值成功，如果成功，则将对应的充值信息标记为成功下发；如果反馈是错误代码，则进行错误情况分析并记录；如果燃气表没有回应，则在下次交互时进行重新发送。

云服务器进行燃气表抄表并进行远程阀门管理的基本流程是：

(1)燃气公司管理员通过管理后台配置每块表的固定抄表日或上报间隔天数；

(2)燃气表到达固定抄表日或超过间隔上报天数后，通过nb-iot模块向云服务器汇报燃气表当前的使用情况信息，例如当前燃气表读数、本年度累用气量、剩余气量、电池电量、信号强度等信息；

(3)云服务器将燃气表上报的使用情况信息存入数据库；

(4)云服务器判断当前燃气表剩余量是否低于提醒阈值，如果是，则向用户预留的手机号码或微信号发送缴费提醒消息；

(5)云服务器判断当前燃气表使用是否超过透支额度，如果是，则远程发送阀门关闭指令，关闭燃气表阀门，并向用户预留的手机号码或微信号发送关阀提醒；

(6)用户通过网上或线下营业厅完成缴费；

(7)云服务器将用户充值金额下发给燃气表，同时下发打开阀门指令，用户确认后即可打开阀门。

带ic卡的预付费物联网燃气表可工作在3种模式：直读表、预付费气量表、预付费金额表，燃气公司可通过云服务器远程配置表的工作模式，其基本流程是：

(1)燃气公司管理员登录云服务器管理平台，并设定某块表的工作模式；

(2)燃气表与云服务器进行交互，云服务器将工作模式设定指令发送给燃气表；

(3)燃气表根据云服务器发来的指令切换到指定工作模式，并向云服务器反馈操作成功。

本发明创造与现有技术相比所具有的优点或积极效果：

(1)硬件电路采用低功耗进行设计，可以保证至少工作3年；

(2)采用nb-iot作为主要充值和抄表渠道，能够实现足不出户完成抄表和缴费，同时为燃气公司和燃气用户提供了便利，鉴于目前nb-iot在主流城市已经完成覆盖，单纯依靠nb-iot的抄表和充值成功率在95％以上；

(3)采用ic卡作为nb-iot的有力补充，可以保证在极少数nb-iot难以覆盖到的信号死角，用户仍然能够对本燃气表进行充值；

(4)nb-iot通信过程采用高强度加密算法，避免在通信过程中数据被窃听或篡改；

(5)云服务器和燃气表对收到各条指令进行有效性验证，避免恶意指令注入攻击的影响；

(6)燃气表可在直读表、预付费气量表、预付费金额表3种工作模式间自由切换，从而能够满足燃气公司的不同计费需求；

(7)预付费金额表支持最多6档计费，能够充分满足目前的阶梯气价要求。

附图说明

图1为带ic卡的预付费物联网燃气表基本模块组成示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图和示例，进一步阐述本发明。

正常使用时，首先根据需要对带ic卡的预付费物联网燃气表进行工作模式的设定，燃气公司可通过云服务器远程配置燃气表的工作模式，带ic卡的预付费物联网燃气表可工作在直读表、预付费气量表、预付费金额表3种模式下，其基本流程是：

(1)燃气公司管理员登录云服务器管理平台，并设定某块表的工作模式；

(2)燃气表与云服务器进行交互，云服务器将工作模式设定指令发送给燃气表；

(3)燃气表根据云服务器发来的指令切换到指定工作模式，并向云服务器反馈操作成功。

实施例1：

带ic卡的预付费物联网燃气表的模块组成为：

(1)jtag模块：主要供燃气表控制程序下载和调试使用；

(2)阀门：该阀门可以实现远程控制，燃气公司可远程开关阀，在不欠费的情况下，用户也可以利用表上按钮进行开阀；

(3)存储模块：主要是存储燃气表控制代码和业务数据使用，燃气表可存储完整5个年度的历史使用数据，可存储最多6档阶梯气价信息；

(4)nb-iot模块：是燃气表的核心通信模块，利用该模块实现燃气表上网，从而完成与后台云服务器的数据交互，实现购气气量、金额、气价等数据的下发；

(5)处理器模块：是燃气表的核心控制模块，协调控制其它器件，从而实现燃气表正常工作；

(6)计数模块：该模块主要负责用户用气量的计数功能，其读数提交给处理器模块然后通过nb-iot模块上传给后台云服务器；

(7)lcd模块：该模块主要供显示相关信息使用，可以给燃气用户显示当前剩余气量、剩余金额、每档剩余量、阀门状态、本年度累用气量、燃气表工作状态码等关键信息；

(8)ic卡模块：作为nb-iot模块的有效补充，在用户安装环境信号条件较差的情况下，用户可以使用ic卡到营业厅充值，然后将充值信息通过插卡方式导入到燃气表中；

(9)电池模块：主要是为系统提供电源。由于本系统采用了低功耗模式进行设计，在使用4节标准干电池的情况下，可以保证至少工作3年；

同时带ic卡的预付费物联网燃气表通过nb-iot模块与云服务器建立连接，燃气公司通过云服务器可对燃气表进行管理，进而实现查询表读数和对表充值等操作；

以上带ic卡的预付费物联网燃气表系统能够实现以下功能：

(1)远程读数：燃气表可将当前剩余量、本年度累计使用量、当前电池电量、nb-iot信号强度等信息上报给云服务器。

(2)远程阀控：云服务器可对燃气表进行远程开关阀，具体有欠费关阀、缴费开阀、因为安全性原因临时关阀等多种情况。

(3)充值缴费：燃气表可通过nb-iot、ic卡等方式实现充值，并可通过网上营业厅、线下实体营业厅等多种途径进行办理。

(4)模式切换：燃气表可在直读表、预付费气量表、预付费金额表等3种工作模式之间自由切换。

(5)报警提醒：云服务器将在燃气表剩余量不足、开关阀等时机给用户下发提醒消息，同时在发现表工作异常时将会给燃气公司管理员发送报警信息。

实施例2：

用户对带ic卡的预付费物联网燃气表进行网上充值时的基本流程是：

(1)用户通过电脑、微信公众号等多种方式登录本司的网上营业厅；

(2)用户利用燃气客户协议号、客户姓名、联系方式等建立网上营业厅账号；

(3)用户输入充值金额或充值气量，网上营业厅给用户生成对应的应缴账单；

(4)用户利用网上银行、微信支付、支付宝等方式完成应缴账单的支付；

(5)网上营业厅核实并存储用户的缴费信息，核实无误后将充值信息存储在云服务器上，等待下发；

(6)燃气表通过nb-iot模块与云服务器进行交互，云服务器判断是否存在应该下发的充值信息，如果有则将该信息下发至燃气表，燃气表与云服务器进行交互的时机包括：用户充值回家长按燃气表表上按钮后；燃气表每月的固定抄表日；

(7)燃气表接收到云服务器的充值信息，判断是否合法，如果合法，则将充值信息写入到存储模块中，并向云服务器反馈操作成功，如果非法，则丢弃，并向云服务器反馈错误代码；

(8)云服务器判断是否充值成功，如果成功，则将对应的充值信息标记为成功下发；如果反馈是错误代码，则进行错误情况分析并记录；如果燃气表没有回应，则在下次交互时进行重新发送。

实施例3：

云服务器对带ic卡的预付费物联网燃气表进行抄表并进行远程阀门管理的基本流程是：

(1)燃气公司管理员通过管理后台配置每块表的固定抄表日或上报间隔天数。

(2)燃气表到达固定抄表日或超过间隔上报天数后，通过nb-iot模块向云服务器汇报燃气表当前的使用情况信息，例如当前燃气表读数、本年度累用气量、剩余气量、电池电量、信号强度等信息。

(3)云服务器将燃气表上报的使用情况信息存入数据库。

(4)云服务器判断当前燃气表剩余量是否低于提醒阈值。如果是，则向用户预留的手机号码或微信号发送缴费提醒消息。

(5)云服务器判断当前燃气表使用是否超过透支额度，如果是，则远程发送阀门关闭指令，关闭燃气表阀门，并向用户预留的手机号码或微信号发送关阀提醒。

(6)用户通过网上或线下营业厅完成缴费。

(7)云服务器将用户充值金额下发给燃气表，同时下发打开阀门指令，用户确认后即可打开阀门。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。