天然气预付费控制系统的研究
发布时间：2021-08-31 12:34
随着社会经济的发展,人工抄表计费方式繁琐而复杂,以CPU（Central Processing Unit）卡为载体的家用燃气表、电表、水表等智能化设备近乎全面的覆盖了我们的生活。基于CPU卡的预付费型智能燃气表有效的改善了传统人工抄表方式存在的诸多问题。家用天然气预付费控制系统采用了软硬件结合的方式进行探究。在硬件设计方面以窄带物联网通信技术为主流技术开展终端和PC机之间的通信,选用MSP430F415为主控制器,外围电路模块以CPU卡接口电路及双干簧管流量脉冲采集电路为主。天然气预付费系统在软件方面遵循模块化的处理方式,对系统进行软件方向的设计与开发,完成了对应功能。系统预付费功能的实现,需要在用户卡端创立起一一对应的发卡文件系统,通过内部认证、外部认证以及3DES的算法对卡、表端数据传输进行加密处理,保证了发卡系统的安全性。将系统搭建完成后,可将此系统向工业方向进行推广,使得超声流量计在10～70m3/h流速下,引用误差均小于0.65%,测量重复性小于0.8%;采用NewtonCotes公式与复化辛普森公式对传统泄漏点定位公式进行算法改进,精确定位泄漏点,使得...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三大运营商建网路线图
华北理工大学硕士学位论文-10-成两个结构进行研究。一个为天然气预付费控制系统的总体结构，一个为天然气预付费表终端结构。在天然气预付费控制系统方案内，我们选用窄带物联网（NB-IoT）模块进行实时数据的传输与交互，使得燃气管理人员能够通过移动网络获取最新的数据传输信息，进行有效的监控管理。在天然气预付费表终端结构的方案内，我们选用CPU卡作为整个系统信息储存和信息交换的载体，系统的运营参数，用户购买量，管道内气体信息均保存在EEPROM中。天然气预付费控制系统总体结构如图2所示，我们将此部分看成三大部分组成，它们分别是：由室内各个传感器组成的检测部分、天然气表终端部分以及上位机管理部分。天然气预付费控制系统的实现步骤为：图2天然气预付费系统总体结构图Fig.2Generalstructureofnaturalgasprepaymentsystem1）信息采集。由管道周边传感器采集温度信息、压力信息、以及天然气流量信息。2）信息交互。将采集到的各项信息上传到预付费管理终端及以CPU卡为载体的天然气表端，此时天然气表终端起到承上启下的作用，实现预设功能及各项逻辑控制。3）信息管理。天然气预付费终端通过窄带物联网各个基站将信息传送至监控中心，监控中心负责对整个系统的信息进行处理，记录，充值，查询等各项工作。天然气预付费控制系统终端设计方案如图3所示。我们采用MSP430F415为主控制器，表端电路主要分为：模拟量和开关量的输入、输出电路，CPU卡读写模块，NB-IoT通讯模块电路，程序下载电路，阀门电路，报警电路等。
华北理工大学硕士学位论文-12-图4CPU卡物理结构Fig.4CPUcardphysicalstructureCPU卡触点遵循ISO-7816-2的规定，如表1所示：根据表格所示，C4不使用则并不做相应设置，C8同C4。在一般情况下，人们对C6不做设置，但如果发现C6存在，则使用其电隔离的作用。表1CPU卡触点功能表Table1CPUcardcontactmenu管脚号分配管脚号分配C1电源信号（VCC）C5地C2复位信号C6不使用C3时钟信号C7输入／输出CPU卡芯片示意图如图5所示，CPU卡片芯片内部结构分为输入/输出接口、微处理器、协处理器、只读存储器、随机存储器和可编程存储器。图5CPU卡芯片结构Fig.5CPUcardchipstructure卡内主要功能如下表2所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市天然气管网泄漏检测与定位技术[J]. 李奕辰. 中国科技信息. 2019(19)
[2]流量测量中温压补偿测点的设计[J]. 褚斌峰,纪波峰,纪纲. 石油化工自动化. 2019(04)
[3]天然气管道泄漏原因及处理分析[J]. 周长昱. 全面腐蚀控制. 2019(07)
[4]蒸汽计量中温压补偿的实现方法[J]. 衣志强. 炼油与化工. 2019(02)
[5]基于全相位的超声波流量计时延估计[J]. 黄晓红,许先凤. 科学技术与工程. 2018(36)
[6]气体超声流量计回波信号的自适应阈值法研究[J]. 章涛,赵伟国,章圣意. 传感技术学报. 2018(12)
[7]超声波气体流量计检测精度影响因素分析[J]. 邵欣,韩思奇,檀盼龙,马学彬,李梦月. 液压与气动. 2018(09)
[8]窄带物联网（NB-IoT）的发展与应用[J]. 杨文飞. 电子技术与软件工程. 2018(16)
[9]NB-IoT在智能燃气表领域的探索应用[J]. 张胜琼. 信息通信. 2018(06)
[10]“一带一路”下我国能源产业发展现状分析[J]. 齐晓悦. 中国商论. 2018(14)
博士论文
[1]多声道超声波气体流量检测技术仿真与实验研究[D]. 唐晓宇.浙江大学 2016
[2]供水管道泄漏检测定位中的信号分析及处理研究[D]. 杨进.重庆大学 2007
[3]多传感器数据融合中几个关键技术的研究[D]. 刘严岩.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于NB-IoT的物联网应用研究[D]. 许剑剑.北京邮电大学 2017
[2]无线远程智能燃气表研究[D]. 王贤礼.宁波大学 2017
[3]适应多种计量设备的智能远传燃气表控制器的设计与开发[D]. 王浩.浙江工业大学 2015
[4]基于CPU卡的预付费燃气表设计[D]. 马涛.宁夏大学 2015
[5]多传感器数据融合算法研究[D]. 高青.西安电子科技大学 2008
本文编号：3374906
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三大运营商建网路线图
华北理工大学硕士学位论文-10-成两个结构进行研究。一个为天然气预付费控制系统的总体结构，一个为天然气预付费表终端结构。在天然气预付费控制系统方案内，我们选用窄带物联网（NB-IoT）模块进行实时数据的传输与交互，使得燃气管理人员能够通过移动网络获取最新的数据传输信息，进行有效的监控管理。在天然气预付费表终端结构的方案内，我们选用CPU卡作为整个系统信息储存和信息交换的载体，系统的运营参数，用户购买量，管道内气体信息均保存在EEPROM中。天然气预付费控制系统总体结构如图2所示，我们将此部分看成三大部分组成，它们分别是：由室内各个传感器组成的检测部分、天然气表终端部分以及上位机管理部分。天然气预付费控制系统的实现步骤为：图2天然气预付费系统总体结构图Fig.2Generalstructureofnaturalgasprepaymentsystem1）信息采集。由管道周边传感器采集温度信息、压力信息、以及天然气流量信息。2）信息交互。将采集到的各项信息上传到预付费管理终端及以CPU卡为载体的天然气表端，此时天然气表终端起到承上启下的作用，实现预设功能及各项逻辑控制。3）信息管理。天然气预付费终端通过窄带物联网各个基站将信息传送至监控中心，监控中心负责对整个系统的信息进行处理，记录，充值，查询等各项工作。天然气预付费控制系统终端设计方案如图3所示。我们采用MSP430F415为主控制器，表端电路主要分为：模拟量和开关量的输入、输出电路，CPU卡读写模块，NB-IoT通讯模块电路，程序下载电路，阀门电路，报警电路等。
华北理工大学硕士学位论文-12-图4CPU卡物理结构Fig.4CPUcardphysicalstructureCPU卡触点遵循ISO-7816-2的规定，如表1所示：根据表格所示，C4不使用则并不做相应设置，C8同C4。在一般情况下，人们对C6不做设置，但如果发现C6存在，则使用其电隔离的作用。表1CPU卡触点功能表Table1CPUcardcontactmenu管脚号分配管脚号分配C1电源信号（VCC）C5地C2复位信号C6不使用C3时钟信号C7输入／输出CPU卡芯片示意图如图5所示，CPU卡片芯片内部结构分为输入/输出接口、微处理器、协处理器、只读存储器、随机存储器和可编程存储器。图5CPU卡芯片结构Fig.5CPUcardchipstructure卡内主要功能如下表2所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市天然气管网泄漏检测与定位技术[J]. 李奕辰. 中国科技信息. 2019(19)
[2]流量测量中温压补偿测点的设计[J]. 褚斌峰,纪波峰,纪纲. 石油化工自动化. 2019(04)
[3]天然气管道泄漏原因及处理分析[J]. 周长昱. 全面腐蚀控制. 2019(07)
[4]蒸汽计量中温压补偿的实现方法[J]. 衣志强. 炼油与化工. 2019(02)
[5]基于全相位的超声波流量计时延估计[J]. 黄晓红,许先凤. 科学技术与工程. 2018(36)
[6]气体超声流量计回波信号的自适应阈值法研究[J]. 章涛,赵伟国,章圣意. 传感技术学报. 2018(12)
[7]超声波气体流量计检测精度影响因素分析[J]. 邵欣,韩思奇,檀盼龙,马学彬,李梦月. 液压与气动. 2018(09)
[8]窄带物联网（NB-IoT）的发展与应用[J]. 杨文飞. 电子技术与软件工程. 2018(16)
[9]NB-IoT在智能燃气表领域的探索应用[J]. 张胜琼. 信息通信. 2018(06)
[10]“一带一路”下我国能源产业发展现状分析[J]. 齐晓悦. 中国商论. 2018(14)
博士论文
[1]多声道超声波气体流量检测技术仿真与实验研究[D]. 唐晓宇.浙江大学 2016
[2]供水管道泄漏检测定位中的信号分析及处理研究[D]. 杨进.重庆大学 2007
[3]多传感器数据融合中几个关键技术的研究[D]. 刘严岩.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于NB-IoT的物联网应用研究[D]. 许剑剑.北京邮电大学 2017
[2]无线远程智能燃气表研究[D]. 王贤礼.宁波大学 2017
[3]适应多种计量设备的智能远传燃气表控制器的设计与开发[D]. 王浩.浙江工业大学 2015
[4]基于CPU卡的预付费燃气表设计[D]. 马涛.宁夏大学 2015
[5]多传感器数据融合算法研究[D]. 高青.西安电子科技大学 2008
本文编号：3374906
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