一种基于NFC和Wi-Fi技术的智能电能表系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电能表【技术领域】，它公开了一种基于NFC和Wi-Fi技术的智能电能表系统，包括主控CPU模块、电能计量模块、存储模块、NFC模块、Wi-Fi通信模块、实时时钟模块、无线通讯模块、主电源模块和LCD显示模块。本实用新型能够通过NFC技术进行电费的预付费充值；还能够通过NFC引导电能表与智能手机进行Wi-Fi快速认证以及建立数据连接，可以获得更高的速度和安全性，真正实现了电能表成为物联网架构下的一个智能节点，能够结合NFC，Wi-Fi技术各自的优点，弥补各自的缺点，极大的方便使用者，提升用户体验。
【专利说明】—种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电能表、物联网【技术领域】，尤其涉及到一种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统。
【背景技术】
[0002]预付费电能表采用先购电再用电的模式，不需要人工抄表，充分体现电力的商品属性，很好地解决了收电费难的问题，可以在电度计数到零后自动断电。由于预付费电能表带有断电装置，可以实现一些辅助功能，如负荷控制、过流保护等。近几年来，为减轻人工抄表工作量并实行电费提前收缴，出现了使用IC卡作为缴费媒介的预付费电能表。但是也还是存在诸多的不便捷。首先，在预付费这个功能方面存在着需要去营业厅为IC卡充值，不能支持当前主流的网络付费方式，不能给用户以预先充值提示；此外电能表只能与供电公司的后台进行交互，信息量受制于当前抄表系统的速率限制，电表出故障后也不便于维护人员快速准确的定位问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，以克服现有技术不能支持当前主流的网络付费方式，不能给用户以预先充值提示，用户不能方便的获取自己的用电信息，现有技术单独使用NFC交互数据时，传输距离短，传输速率低的缺点，单独使用W1-Fi时，扫描设备慢，认证过程复杂等缺陷。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，包括主控CPU模块、电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、无线通讯模块、主电源模块和LCD显示模块；所述主控CPU模块分别与所述电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、无线通讯模块、所述LCD显示模块连接；所述主电源模块为整个系统提供电源。
[0006]优选的，所述无线通讯模块是基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块，通过UART或者SPI接口与所述主控CPU模块相连接。
[0007]优选的，所述主控CPU模块采用ARM920T核心的嵌入式ARM处理器。
[0008]优选的，所述存储模块为非易失性存储模块，采用三星公司的NandFlash。
[0009]优选的，所述NFC模块采用英飞凌公司的NFC控制器及NFC安全芯片，所述NFC控制器通过SPI接口与主控CPU模块互联，所述NFC安全芯片通过SWP单线协议与所述NFC控制器进行通讯。
[0010]优选的，所述W1-Fi通信模块采用TI公司的集成收发器与协议栈的一体化模块，通过USB，UART或者SPI与所述主控CPU模块连接。
[0011]优选的，所述电能计量模块采用ADI公司的数字式高精度电能计量芯片。
[0012]优选的，所述基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块采用TI公司集成收发器，6LoWPAN协议栈与应用层软件的单芯片解决方案。
[0013]更优选的，所述基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统还包括备用电源模块，所述备用电源由电池及充电控制电路组成，为所述实时时钟模块提供电源。
[0014]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:(1)本实用新型智能电能表系统集成了 NFC单元，W1-Fi单元及6LoWPAN无线传感器网络单元，真正实现了电能表成为物联网架构下的一个智能节点；能够结合NFC，W1-Fi技术各自的优点，弥补各自的缺点，极大的方便使用者，提升用户体验；(2)本实用新型为终端用电用户提供了灵活，方便，安全的电表预付费方式；用户可以使用各种支付方式为NFC电子钱包充值，通过简单的触碰电表及可完成缴费；(3)本实用新型的集成6LoWPAN无线传感器网络模块，将智能电表接入供电公司的IPV6监控网络中，供电公司可以方便，及时的得到该智能电表的充值信息，用户的用电数据，电表的健康状态；供电公司可以及时进行对账，账户信息更新，故障维护等处理；(4)本实用新型的集成W1-Fi通信模块在NFC模块的引导下，完成用户智能手机登智能终端与电表的认证过程，用户只需要使用具备NFC功能的智能手机等触碰电表即可完成W1-Fi认证，获取自己的每个月的谷峰用电信息，用电阶梯电价，供电电压等信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
[0016]图1为本实用新型实施例主要模块拓扑接口示意图；
[0017]图2为本实用新型NFC付费流程图；
[0018]图3为本实用新型NFC引导W1-Fi认证、交换信息流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
[0020]结合图1，一种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，包括主控CPU模块、电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块、主电源模块、备用电源模块和IXD显示模块；主控CPU模块分别与电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块、IXD显示模块连接；NFC模块与主控CPU模块通过SPI总线连接；Wi_Fi通信模块与主控CPU模块通过USB，UART或者SPI连接，交互数据，W1-Fi通信模块采用TI公司的集成收发器与协议栈的一体化模块；基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块采用TI公司集成收发器，6LoffPAN协议栈与应用层软件的单芯片解决方案，基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块通过UART或者SPI接口与主控CPU与主控CPU模块相连接；主电源模块为整个系统提供电源。主控CPU模块采用ARM920T核心的嵌入式ARM处理器，负责整个智能电能表相关通讯及控制相关程序的运行，该处理器的优点是功耗低，接口丰富，被广泛应用于各种智能终端中，运行稳定可靠；电能计量模块采用ADI公司的数字式高精度电能计量芯片，为主控CPU提供用电量、电压、电流等相关信息；存储模块为非易失性存储模块，采用三星公司的NandFlash，存储用户的分时用电量，电压，电流，温度，NFC用户密钥，NFC维护密钥等信息；NFC模块采用英飞凌公司的NFC控制器及NFC安全芯片，NFC控制器通过SPI接口与主控CPU模块互联，NFC安全芯片通过SWP单线协议与NFC控制器进行通讯，交互信息；实时时钟为主控CPU的操作系统系统准确的本地运行时间，并通过网络授时协议更新，校准本地时钟；基于6L0WPAN无线传感器网络的通讯模块在IPV6，IPV4网关接口机的配合下，供电公司可以通过任意的以太网通讯手段，访问智能电表，实现远程抄表，电表参数更改，电表运行状态监控，电表固件及软件更新等功能；备用电源由电池及相关充电控制电路组成，为所述实时时钟模块提供电源；LCD显示模块通过显示接口与主控CPU相连，接受主控CPU的指令，显示用户需要的信息。
[0021]为进一步说明本实用新型，结合图2，阐述用户使用本实用新型基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统与具备NFC功能的智能手机完成缴费的流程:
[0022]第一步:用户首先带着自己的智能手机去供电公司的营业厅进行注册，完成自家智能电表与NFC智能手机的密钥注册与交换；
[0023]第二步:用户通过互联网或者其他第三方支付手段为自己的NFC手机钱包充值；
[0024]第三步:用户将自己的NFC智能手机靠近智能电表，手机与电表通过NFC建立安全连接，进行身份确认；鉴权完成后，电表通过基于6LoWPAN无线传感器网络与供电公司后台建立连接，更新充值数据，完成充值操作；
[0025]第四步:完成充值后，用户拿回自己的智能手机，电表在LCD显示提示信息，信息内容为充值金额，账户余额及本月用电量；信息显示30s后，回到电表的初始显示状态。
[0026]为进一步说明本实用新型，结合图3，阐述用户使用本实用新型基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统与具备NFC功能的智能手机获取用户用电信息或电表运行日志，故障信息的流程:
[0027]第一步:用户将自己的智能手机靠近电表，电表与智能手机通过NFC交换双方的身份，双方的MAC地址以及W1-Fi密码，两台设备进行自动验证，建立W1-Fi安全连接；电表根据用户身份的不同，将不同的数据发送给智能手机；
[0028]第二步:如果是用户，电表通过TCPSocket连接启动发送进程，将用户的分时用电信息，账户信息等传递给智能手机，智能手机通过相应的APP将结果呈现给用户；以便用户与供电公司的数据进行核对；
[0029]第三步:如果是维护人员，电表通过TCPSocket连接启动发送进程，将电表的运行日志，故障信息等传送给维护人员的智能手机，智能手机通过相应的APP对数据进行分析，定位故障。
[0030]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:(1)本实用新型智能电能表系统集成了 NFC单元，W1-Fi单元及6LoWPAN无线传感器网络单元，真正实现了电能表成为物联网架构下的一个智能节点；(2)本实用新型为终端用电用户提供了灵活，方便，安全的电表预付费方式；用户可以使用各种支付方式为NFC电子钱包充值，通过简单的触碰电表及可完成缴费；(3)本实用新型的集成6LoWPAN无线传感器网络模块，将智能电表接入供电公司的IPV6监控网络中，供电公司可以方便，及时的得到该智能电表的充值信息，用户的用电数据，电表的健康状态；供电公司可以及时进行对账，账户信息更新，故障维护等处理；(4)本实用新型的集成W1-Fi通信模块在NFC模块的引导下，完成用户智能手机登智能终端与电表的认证过程，用户只需要使用具备NFC功能的智能手机等触碰电表即可完成W1-Fi认证，获取自己的每个月的谷峰用电信息，用电阶梯电价，供电电压等信息；克服了单独使用NFC交互数据时，传输距离短，传输速率低的缺点，同时也克服了单独使用W1-Fi时，扫描设备慢，认证过程复杂的缺陷；同时W1-Fi的传输速率很快，基于WPA2协议的安全认证机制也更加的安全，目前还没有针对WPA2协议的有效攻击方式。
[0031]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，包括主控CPU模块、电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、无线通讯模块、主电源模块和LCD显示模块；所述主控CPU模块分别与所述电能计量模块、存储模块、NFC模块、W1-Fi通信模块、实时时钟模块、无线通讯模块、所述LCD显示模块连接；所述主电源模块为整个系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述无线通讯模块是基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块，通过UART或者SPI接口与所述主控CPU模块相连接。
3.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述主控CPU模块采用ARM920T核心的嵌入式ARM处理器。
4.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述存储模块为非易失性存储模块，采用三星公司的NandFlash。
5.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述NFC模块采用英飞凌公司的NFC控制器及NFC安全芯片，所述NFC控制器通过SPI接口与主控CPU模块互联，所述NFC安全芯片通过SWP单线协议与所述NFC控制器进行通讯。
6.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述W1-Fi通信模块采用TI公司的集成收发器与协议栈的一体化模块，通过USB，UART或者SPI与所述主控CPU模块连接。
7.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述电能计量模块采用ADI公司的数字式高精度电能计量芯片。
8.根据权利要求2所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，所述基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块采用TI公司集成收发器，6LoWPAN协议栈与应用层软件的单芯片解决方案。
9.根据权利要求1所述的基于NFC和W1-Fi技术的智能电能表系统，其特征在于，还包括备用电源模块，所述备用电源由电池及充电控制电路组成，为所述实时时钟模块提供电源。
【文档编号】H04W84/12GK203799444SQ201420189028
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】张旭, 刘飞鹏, 陈昌岭, 郑金英, 王超, 贡晓林 申请人:国家电网公司, 国网安徽天长市供电有限责任公司