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摘要：随着物联网和大数据技术的发展，数据已成为各行业的重要生产力，学校传统的基于IC卡接触式热水表，因其非联网出现表被破坏、不计费等问题无法实时掌握热水使用情况，基于NB-IOT物联网热水表及系统的新平台，结合了物联网和大数据技术可以有效地解决学校后勤管理部门对热水的管理问题。
关键词：NB-IOT；热水表；物联网；大数据；系统
1.传统智能热水表存在问题
目前我校的学生宿舍热水收费模式是使用是使用新天/铭汉智能热水表进行计量和收费，学生使用热水前需要先对校园卡的热水钱包进行预充值，洗澡时把校园卡放到热水表进行消费。
在对宿舍的热水表进行检查时，发现有的学生宿舍热水表上有穿孔，只要卡住热水表指针就可以做到免费使用热水；有的在热水表外面吸附磁铁也可做到让表计量不准确；另外，有的热水表上放有非学校官方制作的白卡（表被破解通过第三方进行制卡），也是可以不通过学校充值即可使用。
出现上述的热水表使用的问题，主要原因是在用的热水表并非联网表，系统无法获取各个房间热水表的运行状态，管理人员未能及时发现热水表坏不计量，或者人为原因破坏不计费等，再加上热水的消费数据不上传到热水管理系统，给热水收费和管理带来诸多的不便。
2.方案设计思路
通过对传统学生宿舍安装的IC卡接触式智能热水表进行改造，更换成NB-IOT联网式热水表，设计一套可以远程监控和管理各个终端热水表的系统，实时掌握各个学生消费量和热水表的状态，利用大数据技术进行分析，设置预警条件，即可动态掌握全校热水的使用状况。
NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于各通信运营商的蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。
基于NB-IOT的物联网通迅方式，有着并发大、安装维护简单等优势，已成为当今各种终端联网的首选。针对目前在用热水表及系统存在的种种问题，可行的解决方案是借用当前应用成熟的物联网技术，通过采用NB-IOT热水表联网的方式来解决，优点是：即装即用、无须布线、成本低等。同时管理者可以在线远程监测各房间的热水表的状态、上传热水消费记录、统计各个房间的用水量，可以对热水进行精细化管理。
2.1操作流程设计
学生进行热水洗澡时通过手机作为操作终端，由手机程序来远程控制热水表开关，同时根据使用的热水量上传到服务器进行费用的实时结算，具体操作流程如下：
2.1.1 网络及服务正常使用流程
2.1.1.1 计费平台创建一个“热水钱包”，用于支付热水使用费；
2.1.1.2 以微信小程序“北理校园码”为操作入口，在“热水钱包”余额充足和当前热水表未使用的情况下（未绑定热水表的，需绑定方可使用），点击“开始使用”，然后操作热水表的启动按钮，方可使用热水服务；
2.1.1.3 在使用热水服务的同时，小程序实时计量当前用水量并以此计算出其消费费用；
2.1.1.4 在小程序点击“停止使用”或操作热水表的停止按钮，方可停止使用热水服务，同时小程序显示出最后消费费用并进行结算；
2.1.1.5 热水表同步恢复到初始状态，等待再次使用热水服务。
2.2.2、网络及服务异常使用流程
2.2.2.1 小程序点击“开始使用”后，然后操作热水表的启动按钮，若当前热水表断网（连接不上服务器）时，热水表会自动进入紧急使用热水服务模式，热水表的电磁阀会自动打开（紧急用水量合计不得超过1m?，可以根据实际需要设置）。若热水表恢复网络时，热水表自动进入正常联网模式。把断网前的用水量与断网后的用水量区别开来，断网前的用水量所产生的费用归属于当前操作者，断网后的用水量归属于该热水表所属者的欠费账单。
2.2.2.2 若房间热水表产生欠费账单，需优先缴清当前账单，才可再次使用熱水服务。
2.2软件平台设计
学生热水洗澡手机端的操作要简单、实用，同时考虑与各种手机操作系统的兼容性，手机端操作以微信小程序或公众号的方式进行，通过计费管理平台对使用热水量进行实时计费结算。另外需要满足学校对宿舍热水的管理要求，对各联网热水表进行统一监控与管理。
学生用户洗澡时的手机操作终端是以微信小程序的在线服务中“热水服务”为入口，通过设备二维码可灵活绑定使用热水服务。热水表所绑定的学生用户对于当前状态是一致的。
2.3热水表硬件设计
联网热水表产品由纯铜流量计+电磁阀+远程控制模块NB-IOT组成。它安装在水路系统上，可用于检测热水通过的流量。由于热水表安装在浴室使用，要求产品质量要安全、可靠。
2.3.1整体的一体阀，密封性要好，彻底杜绝了水表漏水、连接出的渗水问题；
2.3.2要求具有更高的精度和更好的一致性；
2.3.3设计需要增加抗磁罩，避免强磁性干扰。
2.4 紧急条件下操作
若当前热水表断网（连接不上服务器）时，热水表会进入紧急
使用热水服务模式（紧急用水量合计不得超过1m?，可以修改）。若热水表恢复网络时，热水表会回复正常联网模式。热水表会把断网前的用水量与断网后的用水区别开来，断网前的用水量所产生的费用归属于当前操作者，断网后的用水量归属于该热水表所属者的欠费账单。若热水表产生欠费账单，在使用前需优先缴清当前账单，才可再次使用热水服务。
三、结束语
基于NB-IOT物联网热水表及系统在校园的落地应用，伴随着人工智能和大数据的技术推动，必将大大提升学校的管理效率和服务能力，助力学校在信息化和智能化方面更好地服务好师生，增强学校的竞争力。
关键词：NB-IOT；热水表；物联网；大数据；系统
1.传统智能热水表存在问题
目前我校的学生宿舍热水收费模式是使用是使用新天/铭汉智能热水表进行计量和收费，学生使用热水前需要先对校园卡的热水钱包进行预充值，洗澡时把校园卡放到热水表进行消费。
在对宿舍的热水表进行检查时，发现有的学生宿舍热水表上有穿孔，只要卡住热水表指针就可以做到免费使用热水；有的在热水表外面吸附磁铁也可做到让表计量不准确；另外，有的热水表上放有非学校官方制作的白卡（表被破解通过第三方进行制卡），也是可以不通过学校充值即可使用。
出现上述的热水表使用的问题，主要原因是在用的热水表并非联网表，系统无法获取各个房间热水表的运行状态，管理人员未能及时发现热水表坏不计量，或者人为原因破坏不计费等，再加上热水的消费数据不上传到热水管理系统，给热水收费和管理带来诸多的不便。
2.方案设计思路
通过对传统学生宿舍安装的IC卡接触式智能热水表进行改造，更换成NB-IOT联网式热水表，设计一套可以远程监控和管理各个终端热水表的系统，实时掌握各个学生消费量和热水表的状态，利用大数据技术进行分析，设置预警条件，即可动态掌握全校热水的使用状况。
NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于各通信运营商的蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。
基于NB-IOT的物联网通迅方式，有着并发大、安装维护简单等优势，已成为当今各种终端联网的首选。针对目前在用热水表及系统存在的种种问题，可行的解决方案是借用当前应用成熟的物联网技术，通过采用NB-IOT热水表联网的方式来解决，优点是：即装即用、无须布线、成本低等。同时管理者可以在线远程监测各房间的热水表的状态、上传热水消费记录、统计各个房间的用水量，可以对热水进行精细化管理。
2.1操作流程设计
学生进行热水洗澡时通过手机作为操作终端，由手机程序来远程控制热水表开关，同时根据使用的热水量上传到服务器进行费用的实时结算，具体操作流程如下：
2.1.1 网络及服务正常使用流程
2.1.1.1 计费平台创建一个“热水钱包”，用于支付热水使用费；
2.1.1.2 以微信小程序“北理校园码”为操作入口，在“热水钱包”余额充足和当前热水表未使用的情况下（未绑定热水表的，需绑定方可使用），点击“开始使用”，然后操作热水表的启动按钮，方可使用热水服务；
2.1.1.3 在使用热水服务的同时，小程序实时计量当前用水量并以此计算出其消费费用；
2.1.1.4 在小程序点击“停止使用”或操作热水表的停止按钮，方可停止使用热水服务，同时小程序显示出最后消费费用并进行结算；
2.1.1.5 热水表同步恢复到初始状态，等待再次使用热水服务。
2.2.2、网络及服务异常使用流程
2.2.2.1 小程序点击“开始使用”后，然后操作热水表的启动按钮，若当前热水表断网（连接不上服务器）时，热水表会自动进入紧急使用热水服务模式，热水表的电磁阀会自动打开（紧急用水量合计不得超过1m?，可以根据实际需要设置）。若热水表恢复网络时，热水表自动进入正常联网模式。把断网前的用水量与断网后的用水量区别开来，断网前的用水量所产生的费用归属于当前操作者，断网后的用水量归属于该热水表所属者的欠费账单。
2.2.2.2 若房间热水表产生欠费账单，需优先缴清当前账单，才可再次使用熱水服务。
2.2软件平台设计
学生热水洗澡手机端的操作要简单、实用，同时考虑与各种手机操作系统的兼容性，手机端操作以微信小程序或公众号的方式进行，通过计费管理平台对使用热水量进行实时计费结算。另外需要满足学校对宿舍热水的管理要求，对各联网热水表进行统一监控与管理。
学生用户洗澡时的手机操作终端是以微信小程序的在线服务中“热水服务”为入口，通过设备二维码可灵活绑定使用热水服务。热水表所绑定的学生用户对于当前状态是一致的。
2.3热水表硬件设计
联网热水表产品由纯铜流量计+电磁阀+远程控制模块NB-IOT组成。它安装在水路系统上，可用于检测热水通过的流量。由于热水表安装在浴室使用，要求产品质量要安全、可靠。
2.3.1整体的一体阀，密封性要好，彻底杜绝了水表漏水、连接出的渗水问题；
2.3.2要求具有更高的精度和更好的一致性；
2.3.3设计需要增加抗磁罩，避免强磁性干扰。
2.4 紧急条件下操作
若当前热水表断网（连接不上服务器）时，热水表会进入紧急
使用热水服务模式（紧急用水量合计不得超过1m?，可以修改）。若热水表恢复网络时，热水表会回复正常联网模式。热水表会把断网前的用水量与断网后的用水区别开来，断网前的用水量所产生的费用归属于当前操作者，断网后的用水量归属于该热水表所属者的欠费账单。若热水表产生欠费账单，在使用前需优先缴清当前账单，才可再次使用热水服务。
三、结束语
基于NB-IOT物联网热水表及系统在校园的落地应用，伴随着人工智能和大数据的技术推动，必将大大提升学校的管理效率和服务能力，助力学校在信息化和智能化方面更好地服务好师生，增强学校的竞争力。