1 智能燃气表和燃气泄漏报警器现状

目前市场上应用的物联网智能燃气表，表内内置物联网模块，可以与燃气公司服务器进行通信。但是，智能燃气表由电池供电，由于通信功耗高，通信频次和时间受到限制，不能实时通信，一般智能燃气表每天只固定上报数据1次左右[1]。燃气公司要抄读智能燃气表的数据，只能等待智能燃气表主动上报，大部分时间智能燃气表都是离线状态，燃气公司服务器无法主动抄收数据。

目前市场上应用的燃气泄漏报警器(以下简称报警器)产品，大部分都只具有报警功能，报警器被触发报警后，不能及时通知智能燃气表关闭内置阀门来避免灾害发生。还有少数的情况是，智能燃气表和报警器之间通过有线连接，报警器被触发报警后，通过有线连接发送关闭阀门信号给智能燃气表，智能燃气表可以及时关闭内置阀门[2]，但是，这种方式需要布线，安装方式有局限，用户很难接受，并且报警器和智能燃气表通过有线连接，所传输的信息只是简单的开关阀门信号，智能化程度不高。

2 智能燃气表和燃气报警器联合系统简介

针对上述问题，本文提出一种智能燃气表和燃气泄漏报警器的联合系统。智能燃气表由电池供电，报警器由市电供电。智能燃气表和报警器之间采用BLE4.0低功耗蓝牙通信，智能燃气表内置低功耗蓝牙从机模块，报警器内置低功耗蓝牙主机模块。BLE4.0低功耗蓝牙与经典蓝牙3.0相比，具有通信功耗更小、成本更低、通信距离更远的优点。报警器内置有GPRS模块，可以与燃气公司服务器通过TCP/IP协议进行远程通信。燃气公司可以通过该联合系统实时抄读智能燃气表的数据；用户可以通过该联合系统24 h网上缴费，实时给智能燃气表充值。燃气泄漏时，该联合系统可以及时通知燃气公司服务器，也可以及时关闭智能燃气表内置阀门，防止事故的发生。

对于五星甚至更高星酒店，不同于商场的公共区域，该区域温度的舒适性要求较高，需要通过现场温度探测器监测的温度实时远程调控风机盘管的三速，使其保持在设定温度范围内，而非联网型面板无法实现远程集中控制，DDC控制的方式无法实现三速调节以及控制在舒适的温度范围，因此，这里选择联网型温控面板的控制方式。

3 系统结构与功能

3.1 智能燃气表

智能燃气表由基表和智能燃气表控制器组成。基表是指智能燃气表中机械结构部分，通过燃气流动产生的动力，使内部薄膜腔充气、排气，进而推动字轮计数，达到计量目的。基表由外壳、内置阀门、字轮计数器、电池、薄膜腔等组成。

智能燃气表控制器结构见图1，图1中的箭头方向代表数据或命令的传输方向。

晚饭很早就送来了。那个伙夫老乡神色慌张，生怕我们找他搭腔，扔下饭碗就跑了。大约过了半个时辰，暮色刚刚落下，又进来两个兵，抓着我的肩膀就把我往门外推。赛十娘追在我后面嘱咐：“记住呵，去了就大声喊伊藤！”

  

图1 智能燃气表控制器结构

智能燃气表控制器是指智能燃气表中的电子控制部分，由微功耗单片机、电压管理模块、储存模块、声音报警模块、阀门控制模块、显示模块、采集计数模块、按钮、蓝牙从机模块组成。因此，智能燃气表具有精确计数、内置阀门自动处理、数据可靠储存、欠压与掉电处理、数据显示与声音提示、蓝牙数据传输等功能。

3.2 报警器

报警器由外壳、电源线和报警器控制器组成。外壳是指报警器的机械结构部分，使报警器达到一定的防水、防尘功能。电源线用来连接市电电源。

总而言之，在小学教育中针对科学课堂进行创新教学，对于学生开发学生大脑，提升综合素质的发展有极为重要的作用。教师要注重转变自己的教学观念，发挥学生的主体地位，引导学生快乐高效的学习科学。

报警器控制器结构见图2，图2中箭头方向代表数据或命令的传输方向。

应用SPSS19.0统计软件分析，计数资料比较采用χ2检验，计量资料比较采用t检验，检验结果显示P＜0.05，表示两组数据间差异具有统计学意义。

  

图2 报警器控制器结构

报警器控制器是指报警器的电子控制部分，由微功耗单片机、电压管理模块、储存模块、声音报警模块、甲烷传感器、指示灯、GPRS模块、按钮、蓝牙主机模块组成。因此，报警器具有燃气泄漏报警、蓝牙数据传输、GPRS数据上传等功能。

4 工作流程

4.1 数据传输工作流程

二是专业性。在新闻事件的报道过程中，传统的记者型主持人有着传播资源和丰富手段，对内容的开发能力强的优势。无论是航拍新闻，或者是可视化技术、VR新闻都需要人力物力资源作为保障。而公民记者由于其设备简单，处理能力弱，很难生产出诸如新华社的全媒体形态可视化微电影《红色气质》这种优质的新闻内容。

4.2 GPRS模块工作流程

GPRS模块为某公司生产的SIM800C模块。SIM800C模块可以支持4频GSM/GPRS。模块的物理接口为42引脚的SMT焊盘，它提供了模块的所有硬件接口(共5路)：两路串口(一路三线串口与一路全功能串口)、一路USB接口，便于用户调试、下载软件；一路音频接口；一路SIM卡接口。 SIM800C采用省电技术设计，在休眠模式下电流低至0.6 mA。

由于GPRS模块使用的电源是由市电220 V经过电压管理模块处理到3 V后提供的，GPRS模块消耗的电量相对于市电电源可以忽略不计，所以在设计上不需要考虑功耗的问题。在本设计中，GPRS模块采用了长期连续工作在线的模式。

② 微功耗单片机接收到甲烷传感器发来的报警信号后，发出报警信号给声音报警模块和指示灯。声音报警模块持续鸣叫，红色报警指示灯常亮。微功耗单片机通过储存模块将报警事件的时间和报警体积分数储存在内部储存器中。

GPRS在通信过程中，如果较长时间没有数据传输，则会出现连接断开的问题。这是由于大部分移动网络运营商为了减少网关NAT映射表的负荷，当一个链路有一段时间没有通信时，就会删除对应表，造成链路中断。因此，为了保证GPRS长期在线的稳定性，采取心跳包设计。心跳包就是每间隔固定的时间，GPRS模块向服务器发送双方约定好的固定数据，该数据无任何实际意义，其作用只是为了保证网络的连接。心跳包的数据量大小和间隔时间也有设计要求，如果心跳间隔时间长，则不能保证网络连接；如果心跳间隔时间短，则心跳包数据量大，就会带来通信流量资费的增加。根据实际情况，心跳包采用30 s的间隔时间，每个心跳包两个字节，可以保证稳定连接，同时不会带来通信资费的增加。

GPRS模块在通信过程中，也有因为其他异常情况出现连接断开的问题。GPRS模块在连接过程中如果超过2 min没有收到燃气公司服务器的心跳包应答，则默认连接已经断开。解决措施是：① 进行重新连接，每轮连接3次，如果3次均不成功，则每隔5 min后重复3次连接，直至GPRS连接成功。② 将GPRS模块进行供电重启。

综上所述，编纂书目索引、发表学术论文、出版学术专著，都是以文献工作为起点，对文献进行收集、整理和利用，形成系统性的揭示与研究。这既是图书馆文献整理与服务工作的重要内容，也是从事学术研究最基础的工作，并使青年编纂群体的工作与治学呈现出相互融合与促进的特点。

4.3 蓝牙模块工作流程

智能燃气表由4节1.5 V干电池串联供电，因此，对降低功耗的要求较严。蓝牙从机模块(置于智能燃气表内)每2 s向蓝牙主机模块(置于报警器内)发送1次广播信息，每次广播信息发送及等待连接时间小于5 ms，发送时的峰值电流小于10 mA，剩余时间为休眠时间，休眠电流小于2 μA。采取这样的措施后，蓝牙从机模块平均工作电流小于20 μA，功耗达到较低水平，电池供电可以使用1 a以上。

智能燃气表使用的蓝牙模块为蓝牙从机模块，报警器使用的蓝牙模块为主机模块。主机模块和从机模块在硬件设计上完全一致，在实际使用中通过下载不同的蓝牙低功耗协议堆栈程序以及不同的应用程序进行功能区分。从机模块下载S110协议堆栈程序(低功耗从机协议堆栈程序，由供应商免费提供)，主机模块下载S120协议堆栈程序(低功耗主机协议堆栈程序，由供应商免费提供)。

报警器通过蓝牙模块连接智能燃气表，智能燃气表和报警器之间通过蓝牙模块进行数据交互。报警器通过GPRS模块连接燃气公司服务器，报警器和燃气公司服务器之间通过GPRS模块进行数据交互。

① 当报警器中的甲烷传感器检测到周围环境中的甲烷体积分数达到报警器设定的报警体积分数时，甲烷传感器发出报警信号给报警器中的微功耗单片机。

1.3.3 问卷调查。制定问卷调查法进行问卷，具体内容包括学习兴趣、 学习效率、学习积极性、学习效果、强化相关知识、把握重点内容、增进师生感情、延伸课堂教学几个条目，每项以能、不能作答。

① 蓝牙从机模块每2 s向蓝牙主机模块发送1次广播信息，该广播信息按照低功耗蓝牙通信标准，会轮流在3个广播信道内进行广播。该广播信息包括的数据有蓝牙从机模块MAC地址、蓝牙从机模块用于匹配认证的唯一身份识别ID、厂家标志等。

从RTA涉及成员国的发展水平来看，发达国家之间签订的RTA条款质量总体上高于发展中国家之间的RTA，发达国家和发展中国家间签订的RTA的质量介于中间位置。例如，美国—韩国的双边RTA在WTO+和WTO-X领域的条款覆盖率为86%和55%，而东盟—韩国为71%和40%，东盟—中国RTA仅达到了57%和5%。

② 蓝牙主机模块(置于报警器内)在3个蓝牙广播信道轮回进行扫描，当检测到符合匹配要求的蓝牙从机模块(厂家标志和蓝牙从机模块用于匹配认证的唯一身份识别ID都合格)，则蓝牙主机模块向蓝牙从机模块发起连接请求，蓝牙从机模块配合完成连接。

③ 蓝牙主从机模块完成连接后，要进行数据通信还需要进行二次握手验证。二次握手验证主要为蓝牙主机模块向蓝牙从机模块发送一个基于双方事先约定的身份识别ID算法，用于再次确认双方的身份合格。

④ 蓝牙模块二次握手成功后，可以按照定制协议进行数据通信。通信数据包括：燃气单价、累计使用气量、剩余金额、电池余量、内置阀门状态、智能燃气表状态信息、历史数据以及开关阀动作命令信息等。为了保证数据传输的可靠性，数据传输使用了AES128加密算法。AES128加密算法通过服务器加密机随机生成8组16 B秘钥，出厂时分别预置于报警器和智能燃气表内部的储存模块中。每次通信时，报警器微功耗单片机随机产生一个秘钥号，并使用该秘钥号对应的秘钥组进行数据加密，将加密后的数据通过蓝牙主机模块发送给智能燃气表。智能燃气表蓝牙从机模块接收到加密数据后，将数据传输给智能燃气表微功耗单片机，智能燃气表微功耗单片机按照秘钥号对应的秘钥组进行AES128解密，并按照解密后的数据和命令进行功能操作，并向报警器回复操作结果。

以上流程，当出现异常或身份验证不合格时，蓝牙主机模块主动断开连接。

4.4 报警及关闭内置阀门流程

蓝牙模块连接工作流程如下。

该GPRS模块支持TCP/IP或UDP协议，本设计中采用了TCP/IP协议。这是因为，虽然TCP/IP和UDP协议都是基于二进制流的控制间传输协议，但是TCP是面向连接的，而UDP不是面向连接的。虽然网络的不安全、不稳定特性决定了多少次握手都不能保证连接的可靠性，但是TCP的3次握手在最低限度上(实际上也是很大程度上)保证了连接的可靠性。 而UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，因而也不用重发， 所以，UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。

③ 报警器中的微功耗单片机将报警信号通过蓝牙主机模块发送给智能燃气表的蓝牙从机模块。智能燃气表中的微功耗单片机接收到蓝牙从机模块的报警信号后，发出关闭内置阀门的指令给阀门控制模块，关闭内置阀门。内置阀门是切断燃气的关键部件，本文采用双向无堵转带到位开关的智能燃气表专用电机阀，可以保证燃气切断的安全性、可靠性。

④ 智能燃气表中的内置阀门关闭后，发送显示指令给显示模块，显示屏显示“内置阀门关闭”，再通过蓝牙模块，将内置阀门关闭的信号反馈给报警器。

⑤ 报警器接收到智能燃气表关阀的信号后，通过GPRS模块将报警器的报警信息和智能燃气表关闭内置阀门信息反馈给燃气公司服务器，燃气公司服务器将信息发送到用户手机上。

4.5 燃气公司抄表流程

① 当燃气公司需要抄读智能燃气表数据时，燃气公司服务器通过GPRS模块发送抄表指令给报警器。

② 报警器接收到GPRS模块传来的抄表指令后，通过蓝牙主机模块将抄表指令转发给智能燃气表。

通过以上分析，综合考虑研究区域的实地调研数据与视域分析结果，结合空间句法的理论，从可持续发展的角度出发，对中山路教堂广场区域的改造更新提出以下几点建议.

③ 智能燃气表将燃气单价、累计使用气量、剩余金额、电池余量、内置阀门状态、智能燃气表状态信息、历史数据等数据通过蓝牙从机模块发送给报警器。

④ 报警器通过GPRS模块将这些信息发送给燃气公司服务器。由于报警器的GPRS模块一直处于在线连接状态，燃气公司可以实时抄表，不受时间限制。

4.6 智能燃气表交费流程

① 当用户需要交费时，利用手机APP或交费网站交费到燃气公司服务器。

② 燃气公司服务器确认缴费成功后，通过GPRS发送加密后的充值信息给报警器。

③ 报警器接收到GPRS模块传来的充值信息后，通过蓝牙主机模块将充值信息转发给智能燃气表。

人工线下单据传递模式主要存在两方面问题：一是，流通过程中可能造成单据受损、遗失的问题；二是，单据递交人工成本较高，对于部分地理位置较远的需求单位，每月定期递交单据将增加人工、差旅和时间成本。

④ 智能燃气表通过蓝牙从机模块收到加密的充值信息后，利用预置在微功耗单片机中的解密算法，对加密的充值信息进行解密。解密并成功充值后，微功耗单片机发送显示指令给显示模块，显示屏显示“充值成功”， 并显示最新余额。

⑤ 智能燃气表将充值成功确认信息通过蓝牙从机模块发送给报警器，报警器再通过GPRS模块将充值成功确认信息反馈给燃气公司服务器。

参考文献：

[1] 杨建华，冯海鸥. 远传抄表技术的应用和发展趋势[J]. 煤气与热力，2008，28(11)：B40-B43.

[2] 权亚强. 基于燃气泄漏报警器的燃气泄漏安全切断技术[J]. 煤气与热力，2017，37(4)：B31-B35.