無線蜂窩技術在燃氣熱水器上的應用探討

欒超 鄭濤 李鍵 張偉 薛祥玉 韓天雷

（1.青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司，山東青島 266101；2.數字化家電國家重點實驗室，山東青島 266101）

目前我們已經處于人工智能時代，人們已經習慣應用各類智能產品，無論是智能手機、智能電視還是智能家居等，都讓人們體驗到智能的便捷。隨著智能化產品不斷的迭代升級，遠程操控已經無法滿足人們日常的使用。傳統的智能燃氣熱水器采用的是Wi-Fi 無線技術，用戶使用的時候都需要提前進行綁定，操作過程繁瑣，很多用戶使用的時候往往忘記綁定聯網，造成燃氣熱水器無法實現網絡連接。

燃氣熱水器在燃燒過程中，會受到大氣壓的影響，影響燃燒的性能和效率。傳統燃氣熱水器都需要人工手動的對應下發當地的燃燒曲線模型。因大氣壓是時刻變化的，燃氣熱水器本身無法實現自適應大氣壓的變化，會造成燃燒性能低和效率低的問題情況，影響用戶的正常使用。

無線蜂窩技術[1]具備低功耗、低成本、廣覆蓋、定位等優點，在燃氣熱水器上應用此技術，可令燃氣熱水器無需綁定，就可以實現自動聯網和定位功能，通過定位，自動獲取到經緯度，通過互聯網實時的獲取該地區的大氣壓變化值，根據大氣壓值，實現自動的燃燒參數調整，燃氣熱水器實現自適應海拔高度，自動調整燃燒參數模型。

1 應用原理

1.1 無線蜂窩技術在燃氣熱水器的應用原理

燃氣熱水器中主控板通過UART 串口連接NB-IoT 模塊上電后NB 模塊連接基站，控制數據等通過蜂窩物聯核心網進行通訊，業務平臺數據轉換，連接優家云平臺，云平臺進行數據處理，如圖1 所示。

圖1 應用原理

燃氣熱水器中集成NB-IoT模塊，通過連接到NB-IoT基站，經過蜂窩物聯核心網與業務平臺進行數據傳輸，然后與U+云平臺進行對接，實現數據的通訊。

1.2 具備的特點

（1）頻譜窄：200 kHz；

（2）終端發射窄帶信號提升了信號的功率譜密度、信號的覆蓋增益和頻譜利用效率；

（3）相同的數據包重復傳輸也可獲得更好的覆蓋增益；

（4）該技術降低了終端的激活比和終端基帶的復雜度；

（5）NB-IoT 四大能力：廣覆蓋，海量連接，更低功耗，更低芯片成本；

（6）NB-IoT 基于現有蜂窩網絡的技術，可以通過升級現網來快速支持行業市場需求，成為GUL 網絡上的第四種模式。

1.3 業務流程圖

設備上電版本號上報給主網關優家云，優家云立刻回復域名信息，建立系統聯系后，IoT 平臺15 min 進行一次心跳，IoT 平臺心跳ACK，所有信息版本、狀態、故障等上報給接入網關，產生報警狀態變化后，位置周期上報，查詢狀態和報警，活躍狀態激活10 min，立即上報狀態和報警，狀態和報警信息上報APP，詳見圖2 控制流程時序圖。

圖2 控制流程時序圖

1.4 具體的接入方案

建立NB 接入網關，同運營商IoT 平臺對接，速度快并且對現有系統影響最小。

在M2M 平臺實現對Wi-Fi 家電和NB 家電的統一管理，APP 保持用戶使用的兼容性和延續性

燃氣熱水器通過NB 模塊聯入NB-IoT 基站[2]，IoT 核心網通過IoT 平臺聯入優家NB 接入網關，數據在U+物聯網平臺處理形成大數據處理等如圖3 所示。

2 通過無線蜂窩技術燃氣熱水器實現的功能

2.1 通過定位實現海拔自適應

圖3 接入方案框架圖

燃氣熱水器通過定位獲取經緯度，通過服務器查找出位置的大氣壓，氣壓對應燃燒曲線的數據表提前錄入到服務器中。根據大氣壓的范圍將曲線號下發給底板，如表1 所示。

表1 氣壓范圍與模型代號對應表

2.2 無需綁定，自動聯網

傳統智能家電都是采用Wi-Fi 技術，需用戶自己配置設備入網，并且路由器的有效接入數小于15 個設備，需要考慮智能家電安裝的位置，否則會影響信號。

采用蜂窩技術無需用戶配網[3]，實現自動配網，信號覆蓋范圍廣泛，信號可達地下。可解決地下室安裝熱水器以前陽臺安裝熱水器信號不好的情況。無線蜂窩技術與Wi-Fi 技術的對比如表2 所示。

表2 無線蜂窩技術與Wi-Fi 技術的對比

2.3 售后維護自動提醒

由于傳統的智能熱水器需要綁定后才能將數據傳送給服務器，很多用戶使用的時候并不會進行綁定，另外，很多用戶裝上熱水器后不會進行使用，對于熱水器的使用情況以及日常的安全維護都沒有實時的進行記錄。

由于NB-IoT 蜂窩技術能夠實現自動聯網，無需用戶自動綁定，只要熱水器到用戶家就實現了熱水器的自動網絡連接。不用擔心用戶安裝的位置導致信號不好的情況，因為NB-IoT蜂窩技術的特點，無論熱水器安裝到地下室還是陽臺等位置都不會影響網絡信號。

NB-IoT 低功耗[4]，可采取電池供電，故熱水器從生產到銷售再到用戶家，NB-IoT 始終保持著工作狀態，同時實現定位功能，熱水器無論銷售到哪個地方，都可以將使用數據傳送到服務器云平臺中。通過使用數據可以清晰的分析出，用戶何時購買、何時安裝、何時使用、使用的具體位置以及相應的使用習慣，為大數據分析打下基礎。

另外，根據用戶的使用情況以及相應的數據分析，可通過無線網絡平臺實時給用戶推送保養維護等信息，提醒用戶使用和維護的日常小常識等。

3 結論

NB-IoT 蜂窩技術應用熱水器，熱水器可實現定位功能，無線蜂窩技術的低功耗，廣連接解決低功耗供電及互聯互通的問題，蜂窩技術在熱水器的應用，解決了用戶綁定問題，實現自動網絡連接，同時解決信號問題，無論熱水器按裝到地下室、陽臺等地方，都不會影響網絡信號。

因此，在燃氣熱水器上集成無線蜂窩技術，利用NB-IoT模塊的低功耗、低成本、廣覆蓋、定位等技術特點，實現燃氣熱水器海拔自適應，無需綁定，自動聯網，具有售后維護自動提醒等功能。