1、 敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2 0 2 3年第4期 8 3 O p e n W i F i智能辅助控制的新概念物联网燃气表陈 爽(辽宁思凯科技股份有限公司,丹东 1 1 8 0 0 8)摘要:为保证低功耗、防水、防尘及防爆的性能,常规物联网燃气表仅支持根据设定上报时段进行数据上报,被动接收服务器下发的指令,用户无法进行任何便利于自身使用的操作。针对这一问题,利用O p e n W i F i模组可二次开发的特点,对其进行编程,由手机A P P通过接入家中的无线路由器进行远程控制,以便用户能够使用对其开放的实时操控燃气表功能。关键词
2、:O p e n W i F i;D N S服务;W e b服务;智慧燃气中图分类号:T P 7 9 文献标识码:AN e w C o n c e p t o f O p e n W i F i I n t e l l i g e n t A u x i l i a r y C o n t r o l I n t e r n e t o f T h i n g s G a s M e t e rC h e n S h u a n g(L i a o n i n g S C T e c h n o l o g y C o.,L t d.,D a n d o n g 1 1 8 0 0 8,C h
3、 i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o e n s u r e t h e p e r f o r m a n c e o f l o w-p o w e r c o n s u m p t i o n,w a t e r p r o o f,d u s t-p r o o f a n d e x p l o s i o n-p r o o f,t h e c o n v e n t i o n a l g a s m e t e r s i n t h e I n t e r n e t o f T h i n g s c a n o n l y r
4、 e p o r t d a t a a c c o r d i n g t o t h e s e t r e p o r t i n g p e r i o d a n d p a s s i v e l y a c c e p t t h e i n s t r u c t i o n s s e n t b y t h e s e r v e r.T h e u s e r s c a n n o t p e r f o r m a n y o p e r a t i o n t h a t i s c o n v e n i e n t f o r t h e i r o w n u
5、 s e.T o s o l v e t h i s p r o b l e m,t h e O p e n W i F i m o d u l e c a n b e d e v e l o p e d a g a i n,a n d i t i s p r o g r a mm e d,s o t h a t i t c a n b e r e m o t e l y c o n t r o l l e d b y t h e m o b i l e A P P t h r o u g h a c c e s s t o t h e h o m e w i r e l e s s r o
6、u t e r,s o t h a t u s e r s c a n u s e t h e o p e n f u n c t i o n o f r e a l-t i m e c o n t r o l o f t h e g a s m e t e r.K e y w o r d s:O p e n W i F i;D N S s e r v i c e;W e b s e r v i c e;s m a r t g a s0 引 言随着燃气行业的发展与壮大,智能燃气表1的概念不能仅仅停留在普通意义上的万物互联。目前,用户家中的物联网燃气主要功能包括实现关键用量数据及异常事件的存储、
7、异常报警及实时上报等。对于燃气表上报的数据,服务器通常采用被动监控的方式,售后服务人员根据用户服务系统标注的异常状态来甄别问题,这种方式必然导致实时性差,且用户只能被动接受,并没有直接参与到保证家中用气安全的操作中。智能开关、声控蓝牙音箱、智能电器、智能监控2等设备广泛应用于日常生活中。参考智能家居的设计模式,该款新概念智能燃气表选用E S P 1 2 F模组(该模组为O p e n-W i F i模组3)作为辅助通信模块,该模组可根据开发者对配网方式的设计将其接入到家中的路由器。用户通过手机A P P对其进行直接操作,该模组可通过内部程序有针对性地对燃气表主控板进行直接操作。O p e n
8、W i F i模组的使用,既方便了燃气用户,又分担了燃气主控板处理程序的压力。燃气表通常由锂电池或碱性电池供电,对电池的使用寿命有严格的要求。为保证燃气表主控电路板的功耗,该模组不可由燃气表主控板直接供电。为满足指定的防护等级、防爆及用户选配的要求,这款新概念O p e n W i F i装置通过F P C线与燃气表主控电路 板 相 连,由 外 接 电 源供电。1 新概念物联网燃气表功能模块组成及硬件设计 该款新概念物联网燃气表选用O p e n W i F i模组,原因如下:短距无线模组有L o R a、Z i g B e e、蓝牙模组4等,这些模组虽然具备低功耗优势,但是L o R a、Z
9、 i g B e e模组需要组网,用户无法随时随地监控和操作燃气表,而蓝牙模块仅能用作短距离通信,且蓝牙模块易受到外界信号干扰而断开连接,不具备实际操作条件;O p e n W i F i模组支持二次开发,集成了 W i n d o w s、L i n u x开发环境,便于开发人员对其进行独立编程,且该模组具有4 MB的程序空间、E E-P R OM存储单元,集成了W e b库、D N S库等,可以更方便地实现W e b方式的智能配网模式;O p e n W i F i可处于低8 4 M i c r o c o n t r o l l e r s&E m b e d d e d S y s t
10、 e m s 2 0 2 3年第4期w w w.m e s n e t.c o m.c n 功耗模式,其低功耗模式分为M o d e ms l e e p(2 0 mA)、L i g h t s l e e p(2 mA)、D e e p s l e e p(2.5 V下测试功耗数据约为2 0 A),可根据实际情况进行远程设置。由此可见,E S P 1 2 F这款O p e n W i F i模组是极佳选择。1.1 新概念物联网燃气表功能模块组该款O p e n W i F i智能辅助控制的新概念物联网燃气表由燃气表主控板和O p e n W i F i模组辅助控制板组成。燃气表主控板的主要功
11、能包括计量功能、阀门控制、电量监控、异常报警(开盖报警、拆表报警、传感器断线提示、泄露报警及倾斜报警等)、安全功能(超大流、微小流、恒流检测等)、数据记录功能(异常数据记录、用气量数据记录等)、无线通信(可选用N B I o T模组、4 G模组、L o R a模组等进行远程通信功能)、红外通信(表具维修时的关键数据读取及参数设置)及与O p e n W i F i模组的S P I通信(实现关键数据传输及接收对用户开放的控制命令)等功能。O p e n W i F i模组实现的主要功能包括无线接收复位控制命令、上电配网、与燃气主控板进行S P I通信、关键数据分析、F O T A升级及T y p
12、 e C串口升级、间接传输关键数据等功能。根据燃气集团对燃气表功能需求及相应的典型硬件电路的设计要求,各功能模块的连接方式如图1所示。图1 功能模块连接图1.2 O p e n W i F i智能辅助控制模组硬件电路设计O p e n W i F i模组硬件电路包括:复位电路,以便在该模组断电后再次上电或E S P 1 2 F模组控制G P I O 0引脚时使电路恢复到起始状态;E S P 1 2 F模组电路,该模组作为中央处理器;T y p e C接口电路(U S B T y p e C有4对T X/R X分线、2对U S B D+/D-、1对S B U、2个C C、4个V B U S和4个
13、地线),T y p e C接口具有防反接的特性,可以 传 输 数 据,同 时 为 整 个O p e n W i F i模 组 供 电;U S B转串口电路,芯片选用CH 3 4 0 C,支持W i n d o w s/L i n u x/A n d r o i d/M a c O S/W i n C E等操作系统;S P I接口电路,主要作用为实现与燃气表主控板间的通信;电源电路,由T y p e C接口供给的电源电压为5 V,而E S P1 2 F模块要求供电电压在3.03.6 V之间、供电电流大于5 0 0 mA,故选用AM S 1 1 1 7 3.3稳压芯片将电源电压稳定到3.3 V,以
14、满足芯片的供电要求。O p e n W i F i模组硬件电路图2所示。值得注意的是,选用T y p e C作为电源接口,首先是因为该接口是当前国产智能手机的通用接口,手机充电器及数据线即可为O p e n W i F i模组供电;其次是为了便于对该模组进行升级,当O p e n W i F i模组需要更新代码时,为了快速更新,可将数据线插入用户手机(还需要用U S B母头转T y p e C转接线),用户可通过串口协议一键传输F O T A升级包。2 O p e n W i F i模组机械设计图为了保证燃气表的防尘、防水等级,需将可选配安装的O p e n W i F i模组放置于燃气表底座
15、的独立仓室内。模组的安装过程如下:首先,将O p e n W i F i模组的主板与通过过孔插入的F P C线相连;接着将O p e n W i F i模组的插接卡槽机械结构楔入独立仓室,通过预留的螺丝孔拧紧螺丝,将卡槽固定于燃气表底壳中;最后,打上铅封,既可保证O p e n W i F i模组被有效固定于燃气表内,又具备防拆特性。3 O p e n W i F i模组实现W e b配网O p e n W i F i模 组 板 核 心 芯片选用E S P 1 2 F(E S P 8 2 6 6芯片)。该芯片支持3种配网模式:A P模式,该模式不智能,需要预先获知并设置W i F i的账号和密
16、码;S m a r t C o n f i g模式,该模式需要用户预先将手机接入到指定的路由器,通过安信可公司的W i F i配网软件设置密 码 或S S I D,并 将 用 户名及密码(或S S I D)发送至路由器,路由器在此期间循环发送指定协议格式的用户名及密码(或S S I D),E S P 1 2 F模组接收到该命令后,将用户名及密码(或S S I D)存储到自带的E E P R OM中,这种模式的缺点是W i F i模块有可能会接收不到用户名及密码(或S S I D),成功率不能保证;W e b配网模式,由于W e b配网模式既能保证成功率,又不需要过多的人为介入,故采用此模式进行用户配网。3.1 W e b配网及强制门户的作用W e b配网方式之所以方便、高效,是因为E S P 1 2 F模组开启一个W e b服务器5,并在此基础上进行信息交 敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2 0 2 3年第4期 8 5 图2 O p e n W i F i模组硬件设计图互(P O S T、G E T),因此信息的传输较为稳定,配