【经验】一种解决物联网燃气表并发上报冲突的方法
1 概述
现有的物联网燃气表（GPRS、NB-IoT）因为功耗问题一般一天上报一次。后台系统给燃气表下发上报时间后，如果物联网表数量庞大，同一时间上报，可能会造成并发性问题，导致上报数据丢失。严重的会造成系统瘫痪。笔者在一款物联网燃气表中设计了一种解决物联网燃气表并发上报冲突的方法。
2 结构组成与功能
物联网燃气表是以膜式燃气表为基表，加装电子控制器所组成的一种远程通讯功能的燃气计量装置。其控制器由一般由微功耗单片机、电压管理模块、存储模块、声音报警模块、阀门控制模块、显示模块、采样计数模块、时钟模块、按键模块、存储模块、和物联网模块部分组成(如图1所示)。具有精确计数、数据可靠存储、欠压、掉电处理、数据显示与声音提示、数据远传、阀门自动处理等功能。
图1 物联网燃气表结构框图
3 解决物联网燃气表并发上报冲突的方法
笔者在一款物联网燃气表中设计了一种解决物联网燃气表并发上报冲突的方法。后台系统给燃气表下发上报时间后，每块燃气表单片机的随机数发生器产生3个字节的随机数A,B,C，每一个字节的随机数分别与24,60,60取余数处理。随机产生3个0~23，0~59，0~59范围的数。这3个数作为小时，分钟，秒，确定燃气表的上报具体时间。按照这个时间设置实时时钟模块，当设定时间到，实时时钟通知单片机上报燃气表数据。
举例说明：单片机产生3个随机数为23，40，80。这3个数分别与24，60，60取余数处理。结果为：23%24=23和40%60=40和80%60=20，这3个数作为小时，分钟，秒。那么确定燃气表的上报具体时间为23时40分20秒。
4 模块设计选型
4.1单片机
在笔者参与的该项目中，对MCU要求具有如下一些主要的功能：
1）需要选用32位MCU，并且主频需要在32MHz以上；
2）Flash的大小在128（KB）～256（KB），需要内置加密算法及预留空间；
3）内置随机数发生器；
4）GPIO大于80个；
5）支持TIMER；
6）支持IIC、UART接口，与物联网模块通讯；
7）支持RTC，记录上报时间；
8）支持的AD输入，用于电压检测；
9）支持低功耗模式；
10）支持LCD驱动，至少4*32段；
11）工作温度范围至少包含燃气表标准规定的使用范围-20℃～+60℃。
针对上述要求，笔者选择了SILICON LABS EFM32LG880F128-QFP100。经过对功能的比较确认，这款MCU可以很好的满足控制器对MCU的要求。
EFM32LG880F128-QFP100具体相关参数如下：
1）内置48MHz（±2%）；
2）Flash 128KB；
3）内置随机数发生器；
4）GPIO 86个；
5）TIMERS（16-bit）4个；
6）IIC 2个、UART 2个；
7）支持RTC；
8） ADC 12bit* 8ch；
9）低功耗模式：0.4µA @ 3V 关断模式RTC运行 ；0.95µA @ 3V 深度睡眠模式；
10）支持LCD驱动 8*32；
12）温度范围支持-40℃～85℃。
另外EFM32LG880F128-QFP100内置DataFlash，可以模拟EEPROM的功能，可擦写次数不少于10万次，可以解决数据存储需求。EFM32LG880F128-QFP100也就有很好的扩展性。
4.2物联网模块
物联网模块主要是NB-IOT和GPRS模块。目前国内的NB-IoT的市场，芯片公司以华为为代表，运营商以中国电信为代表，正在用平台化的建设思路迅速打开市场，而NB-IoT“广覆盖、低功耗、大连接、低成本”的四大优势，也正在随着市场规模的扩大而逐步显现出来。同时，与LoRA、Sigfox等私有技术相比，NB-IoT也因为和现有蜂窝网体系完美融合而越来越得到市场的认可。NB-IoT技术可满足燃气表行业对低功耗、长待机、深覆盖、大容量有所要求的低速率业务场景。
笔者在设计中选择LONGSUNG的A9500模块。A9500是基于高通 MDM9206的LTE CatM/CatNB1蜂窝模块，专为全球IOT和M2M市场而设计。 对于3GPP Rel.13的规范，A9500可以在CatM（eMTC）的网络制式下提供1Mbps数据访问速度；在CatNB1（NB-IOT）的网络制式下，A9500能够提供200Kbps数据访问速度。在没有eMTC和NB-IoT网络的情况下，A9500还可以注册到GPRS网络。
A9500是一款高性价比、有竞争力的模组产品。 产品具有以下的重要特点：
·小尺寸的LCC封装：产品的尺寸仅为26.0×24.0×2.5mm，小尺寸的模组可减小最终产品的尺寸，提高产品集成度。
·高可靠性
·宽工作温度：适应范围更广，可应用的场景更多。
·多星GNSS：提供多种定位方式，定位更精准。
·支持FOTA，DTMF
·支持OpenCPU
5 总结
在物联网燃气表中采用上述方法，每块燃气表的上报具体时间在一天之内的时间随机分布。不会发生并发性问题。
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大虫子 Lv7. 资深专家 2021-04-20学习了 -
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海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2018-07-30方案不错 -
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双龙 Lv4. 资深工程师 2018-04-13有用
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