无线蜂窝技术在燃气热水器上的应用探讨

栾超 郑涛 李键 张伟 薛祥玉 韩天雷

（1.青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司，山东青岛 266101；2.数字化家电国家重点实验室，山东青岛 266101）

目前我们已经处于人工智能时代，人们已经习惯应用各类智能产品，无论是智能手机、智能电视还是智能家居等，都让人们体验到智能的便捷。随着智能化产品不断的迭代升级，远程操控已经无法满足人们日常的使用。传统的智能燃气热水器采用的是Wi-Fi 无线技术，用户使用的时候都需要提前进行绑定，操作过程繁琐，很多用户使用的时候往往忘记绑定联网，造成燃气热水器无法实现网络连接。

燃气热水器在燃烧过程中，会受到大气压的影响，影响燃烧的性能和效率。传统燃气热水器都需要人工手动的对应下发当地的燃烧曲线模型。因大气压是时刻变化的，燃气热水器本身无法实现自适应大气压的变化，会造成燃烧性能低和效率低的问题情况，影响用户的正常使用。

无线蜂窝技术[1]具备低功耗、低成本、广覆盖、定位等优点，在燃气热水器上应用此技术，可令燃气热水器无需绑定，就可以实现自动联网和定位功能，通过定位，自动获取到经纬度，通过互联网实时的获取该地区的大气压变化值，根据大气压值，实现自动的燃烧参数调整，燃气热水器实现自适应海拔高度，自动调整燃烧参数模型。

1 应用原理

1.1 无线蜂窝技术在燃气热水器的应用原理

燃气热水器中主控板通过UART 串口连接NB-IoT 模块上电后NB 模块连接基站，控制数据等通过蜂窝物联核心网进行通讯，业务平台数据转换，连接优家云平台，云平台进行数据处理，如图1 所示。

图1 应用原理

燃气热水器中集成NB-IoT模块，通过连接到NB-IoT基站，经过蜂窝物联核心网与业务平台进行数据传输，然后与U+云平台进行对接，实现数据的通讯。

1.2 具备的特点

（1）频谱窄：200 kHz；

（2）终端发射窄带信号提升了信号的功率谱密度、信号的覆盖增益和频谱利用效率；

（3）相同的数据包重复传输也可获得更好的覆盖增益；

（4）该技术降低了终端的激活比和终端基带的复杂度；

（5）NB-IoT 四大能力：广覆盖，海量连接，更低功耗，更低芯片成本；

（6）NB-IoT 基于现有蜂窝网络的技术，可以通过升级现网来快速支持行业市场需求，成为GUL 网络上的第四种模式。

1.3 业务流程图

设备上电版本号上报给主网关优家云，优家云立刻回复域名信息，建立系统联系后，IoT 平台15 min 进行一次心跳，IoT 平台心跳ACK，所有信息版本、状态、故障等上报给接入网关，产生报警状态变化后，位置周期上报，查询状态和报警，活跃状态激活10 min，立即上报状态和报警，状态和报警信息上报APP，详见图2 控制流程时序图。

图2 控制流程时序图

1.4 具体的接入方案

建立NB 接入网关，同运营商IoT 平台对接，速度快并且对现有系统影响最小。

在M2M 平台实现对Wi-Fi 家电和NB 家电的统一管理，APP 保持用户使用的兼容性和延续性

燃气热水器通过NB 模块联入NB-IoT 基站[2]，IoT 核心网通过IoT 平台联入优家NB 接入网关，数据在U+物联网平台处理形成大数据处理等如图3 所示。

2 通过无线蜂窝技术燃气热水器实现的功能

2.1 通过定位实现海拔自适应

图3 接入方案框架图

燃气热水器通过定位获取经纬度，通过服务器查找出位置的大气压，气压对应燃烧曲线的数据表提前录入到服务器中。根据大气压的范围将曲线号下发给底板，如表1 所示。

表1 气压范围与模型代号对应表

2.2 无需绑定，自动联网

传统智能家电都是采用Wi-Fi 技术，需用户自己配置设备入网，并且路由器的有效接入数小于15 个设备，需要考虑智能家电安装的位置，否则会影响信号。

采用蜂窝技术无需用户配网[3]，实现自动配网，信号覆盖范围广泛，信号可达地下。可解决地下室安装热水器以前阳台安装热水器信号不好的情况。无线蜂窝技术与Wi-Fi 技术的对比如表2 所示。

表2 无线蜂窝技术与Wi-Fi 技术的对比

2.3 售后维护自动提醒

由于传统的智能热水器需要绑定后才能将数据传送给服务器，很多用户使用的时候并不会进行绑定，另外，很多用户装上热水器后不会进行使用，对于热水器的使用情况以及日常的安全维护都没有实时的进行记录。

由于NB-IoT 蜂窝技术能够实现自动联网，无需用户自动绑定，只要热水器到用户家就实现了热水器的自动网络连接。不用担心用户安装的位置导致信号不好的情况，因为NB-IoT蜂窝技术的特点，无论热水器安装到地下室还是阳台等位置都不会影响网络信号。

NB-IoT 低功耗[4]，可采取电池供电，故热水器从生产到销售再到用户家，NB-IoT 始终保持着工作状态，同时实现定位功能，热水器无论销售到哪个地方，都可以将使用数据传送到服务器云平台中。通过使用数据可以清晰的分析出，用户何时购买、何时安装、何时使用、使用的具体位置以及相应的使用习惯，为大数据分析打下基础。

另外，根据用户的使用情况以及相应的数据分析，可通过无线网络平台实时给用户推送保养维护等信息，提醒用户使用和维护的日常小常识等。

3 结论

NB-IoT 蜂窝技术应用热水器，热水器可实现定位功能，无线蜂窝技术的低功耗，广连接解决低功耗供电及互联互通的问题，蜂窝技术在热水器的应用，解决了用户绑定问题，实现自动网络连接，同时解决信号问题，无论热水器按装到地下室、阳台等地方，都不会影响网络信号。

因此，在燃气热水器上集成无线蜂窝技术，利用NB-IoT模块的低功耗、低成本、广覆盖、定位等技术特点，实现燃气热水器海拔自适应，无需绑定，自动联网，具有售后维护自动提醒等功能。