徐志豪 ,張海燕,劉晨陽,羅釗川

(1.廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,廣東 廣州 510000；2.廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,廣東 廣州 510000)

0 引言

在燃?xì)馄毡槭褂玫慕裉欤細(xì)獗硪呀?jīng)成為燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)件，是我國民用計(jì)量領(lǐng)域的一種重要計(jì)量工具[1]。誕生于第一次工業(yè)革命的燃?xì)獗?，在第三次工業(yè)革命的浪潮下，燃?xì)獗硪仓饾u走向智能化。智能燃?xì)獗淼慕Y(jié)構(gòu)和功能與原始的燃?xì)獗碛泻艽蟮母淖儭１疚膶⒔榻B燃?xì)獗戆l(fā)展歷史以及現(xiàn)在常用的三種智能燃?xì)獗?，并?duì)它們的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比。最后指明燃?xì)獗淼陌l(fā)展趨勢(shì)。

1 燃?xì)獗淼陌l(fā)展歷史

煤用于生產(chǎn)煤氣是在18世紀(jì)末，最初確定煤氣的使用量是通過計(jì)算煤氣燈的數(shù)量和煤氣燈的使用時(shí)間。大面積的燃?xì)馐褂猛苿?dòng)了燃?xì)獗碓跉W洲問世。城市燃?xì)赓Q(mào)易結(jié)算的計(jì)算儀器(比如：容積式羅茨表、渦輪式渦輪表)的基礎(chǔ)是英國的Samuel兄弟在1815年發(fā)明的濕式燃?xì)庥?jì)量表[2]。而膜式結(jié)構(gòu)的家用煤氣表由Jimas Pocadas在1833年發(fā)明。1844 年,英國人Messrs Croll和Richards發(fā)明具有兩個(gè)圓形的膜和相關(guān)的滑動(dòng)式閥的煤氣表。在這之后，英國的Thomas Glover對(duì)Messrs Croll和Richards發(fā)明的煤氣表繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，從而發(fā)明了家用膜式燃?xì)獗恚⑵占爸两?。傳統(tǒng)燃?xì)獗淼难莼^程如表1所示。

表1 傳統(tǒng)燃?xì)獗淼难莼^程Tab.1 Evolution process of conventional gas meters

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及以及物聯(lián)網(wǎng)的興起，智能燃?xì)獗硪阎饾u成為應(yīng)用主流。智能燃?xì)獗淼陌l(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：卡式燃?xì)獗黼A段、遠(yuǎn)傳燃?xì)獗黼A段和物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗黼A段。目前，常見的智能燃?xì)獗碛蠭C卡智能燃?xì)獗?、遠(yuǎn)傳智能燃?xì)獗砗臀锫?lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼取?/p>

2 三類常見的智能燃?xì)獗淼慕Y(jié)構(gòu)與工作原理

IC卡智能燃?xì)獗碛赡な饺細(xì)獗碜鳛橛?jì)量基表，加裝微功耗單片機(jī)控制模塊、閥門控制模塊、采樣計(jì)數(shù)模塊、聲音報(bào)警模塊、顯示屏、IC卡座及電源。其中，微功耗單片機(jī)是整個(gè)控制器的核心，用于接收采樣、IC 卡等信息并發(fā)出相應(yīng)的控制指令[3]。IC卡智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)如圖1所示。

圖1 IC卡智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)框架圖Fig.1 The frame diagram of IC card intelligent gas meter system

根據(jù)通信方式，遠(yuǎn)傳智能燃?xì)獗砜梢苑譃橛芯€遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砗蜔o線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韀4]。二者均以膜式燃?xì)獗頌橛?jì)量基表，加裝流量信號(hào)采集模塊、信號(hào)傳輸模塊、閥門控制模塊、顯示屏。其中，無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硇枰娫础．?dāng)用戶使用燃?xì)鈺r(shí)，流量信號(hào)采集模塊會(huì)將基表計(jì)量的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過信號(hào)傳輸模塊上傳到燃?xì)馄髽I(yè)后臺(tái)管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。遠(yuǎn)傳智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)傳智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)框架圖Fig.2 The frame diagram of remote intelligent gas meter system

有線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砗蜔o線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗矶叩膮^(qū)別在于信號(hào)傳輸模塊的不同。有線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韮?nèi)置M-BUS/RS-485遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)接口[5]，采用RS-485、M-Bus通信協(xié)議通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韮?nèi)置有射頻(radio frequency,RF)天線，采用無線RF特定頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，我國無線抄表工作頻段為470～510 MHz。有線和無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硇盘?hào)傳輸模塊區(qū)別如表2所示。

表2 有線和無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硇盘?hào)傳輸模塊區(qū)別Tab.2 Differences of signal transmission module of wired and wireless remote gas metes

物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硐到y(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硐到y(tǒng)框架圖Fig.3 Framework structure of IoT gas meter system

物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗砘谝苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，借助于移動(dòng)通信公網(wǎng)。通過燃?xì)夤就ㄐ啪W(wǎng)關(guān)直接與燃?xì)夤镜氖召M(fèi)抄表管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳及控制的燃?xì)庥?jì)量系統(tǒng)，為燃?xì)膺\(yùn)營商提供公用資源智能管控。其結(jié)構(gòu)與無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硐嗨?，區(qū)別在于信號(hào)傳輸模塊。物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硎鞘褂幂^低頻段的信號(hào)作為通信媒介來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[6]。其中的典型代表便是利用窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrow band internet of things,NB-IoT)進(jìn)行傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)燃?xì)獗?。NB-IoT是目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域風(fēng)頭正勁的新興技術(shù)[7]，其具有功耗低、覆蓋廣、接入量大等特點(diǎn)。

3 三類燃?xì)獗淼膬?yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

三類燃?xì)獗韮?yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表3所示[8-10]。

表3 三類燃?xì)獗韮?yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Tab.3 Comparison of advantages and disadvantages of three types of gas meters

4 燃?xì)獗淼陌l(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)獗砀幼⒅匕踩煽?、智能方便?，F(xiàn)在，發(fā)展中國家的燃?xì)馐袌?chǎng)的主體仍然是舊燃?xì)獗?，而新興的智能燃?xì)獗韺⒅鸩饺〈f燃?xì)獗?。在遠(yuǎn)程通信技術(shù)的不斷發(fā)展中，以遠(yuǎn)程管理和智能服務(wù)為主要功能的燃?xì)獗韺⒊蔀闊狳c(diǎn)。通過數(shù)據(jù)深度挖掘的燃?xì)獯髷?shù)據(jù)也將給燃?xì)夤編砭揞~利潤。多種因素推動(dòng)智能燃?xì)獗硎袌?chǎng)的不斷擴(kuò)大，如：智慧城市概念的提出、城鎮(zhèn)化率不斷提高以及國家相關(guān)政策的推動(dòng)，同時(shí)極大地釋放了燃?xì)獗淼氖褂眯枨骩12]。

5 結(jié)論

本文從燃?xì)獗戆l(fā)展歷史的角度出發(fā)，介紹了燃?xì)獗戆l(fā)展的三個(gè)階段，并著重闡述了常見的三種智能燃?xì)獗淼慕Y(jié)構(gòu)及工作原理，繼而對(duì)其三者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。隨著電子信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)獗淼闹悄芑瓦h(yuǎn)程管理及服務(wù)將成為燃?xì)獗戆l(fā)展的主要方向。借助通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，燃?xì)鈨x表在智能化的道路上將不斷前進(jìn)。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，智能燃?xì)獗砟軌蜃哌M(jìn)千家萬戶，讓生活更加便捷。