一種基於nfc和藍牙技術的智能電能表系統的製作方法
2023-10-11 05:36:39 1
一種基於nfc和藍牙技術的智能電能表系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電能表【技術領域】，它公開了一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，包括主控CPU模塊、電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、無線通訊模塊、主電源模塊和LCD顯示模塊。本實用新型能夠通過NFC技術進行電費的預付費充值；通過NFC引導電能表與智慧型手機進行藍牙快速配對以及建立數據連接，用戶及維護人員可以智慧型手機等智能終端與電能表進行身份認證及數據交互；真正實現了電能表成為物聯網架構下的一個智能節點，能夠結合NFC，藍牙技術各自的優點，彌補各自的缺點，極大的方便使用者，提升用戶體驗。
【專利說明】—種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電能表、物聯網【技術領域】，尤其涉及到一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統。
【背景技術】
[0002]預付費電能表採用先購電再用電的模式，不需要人工抄表，充分體現電力的商品屬性，很好地解決了收電費難的問題，可以在電度計數到零後自動斷電。由於預付費電能錶帶有斷電裝置，可以實現一些輔助功能，如負荷控制、過流保護等。近幾年來，為減輕人工抄表工作量並實行電費提前收繳，出現了使用IC卡作為繳費媒介的預付費電能表。但是也還是存在諸多的不便捷。首先，在預付費這個功能方面存在著需要去營業廳為IC卡充值，不能支持當前主流的網絡付費方式，不能給用戶以預先充值提示；此外電能表只能與供電公司的後臺進行交互，信息量受制於當前抄表系統的速率限制，電錶出故障後也不便於維護人員快速準確的定位問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，以克服現有技術不能支持當前主流的網絡付費方式，不能給用戶以預先充值提示，用戶不能方便的獲取自己的用電信息，現有技術單獨使用NFC交互數據時，傳輸距離短，傳輸速率低的缺點，單獨使用藍牙時，掃描設備慢，認證過程複雜等缺陷。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案:
[0005]一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，包括主控CPU模塊、電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、無線通訊模塊、主電源模塊和IXD顯示模塊；所述主控CPU模塊分別與所述電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、無線通訊模塊、所述LCD顯示模塊連接；所述主電源模塊為整個系統提供電源。
[0006]優選的，所述無線通訊模塊是基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊，通過UART或者SPI接口與所述主控CPU模塊相連接。
[0007]優選的，所述主控CPU模塊採用ARM920T核心的嵌入式ARM處理器。
[0008]優選的，所述存儲模塊為非易失性存儲模塊，採用三星公司的NandFlash。
[0009]優選的，所述NFC模塊採用英飛凌公司的NFC控制器及NFC安全晶片，所述NFC控制器通過SPI接口與主控CPU模塊互聯，所述NFC安全晶片通過SWP單線協議與所述NFC控制器進行通訊。
[0010]優選的，所述藍牙通信模塊採用TI公司的集成收發器與協議棧的一體化模塊，通過USB，UART或者SPI與所述主控CPU模塊連接。
[0011]優選的，所述電能計量模塊採用ADI公司的數字式高精度電能計量晶片。
[0012]優選的，所述基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊採用TI公司集成收發器，6LoWPAN協議棧與應用層軟體的單晶片解決方案。
[0013]更優選的，所述基於NFC和藍牙技術的預付費智能電能表系統還包括備用電源模塊，所述備用電源由電池及充電控制電路組成，為所述實時時鐘模塊提供電源。
[0014]本實用新型與現有技術相比，具有以下優點:(1)本實用新型智能電能表系統集成了 NFC單元，藍牙單元及6LoWPAN無線傳感器網絡單元，真正實現了電能表成為物聯網架構下的一個智能節點；能夠結合NFC，藍牙技術各自的優點，彌補各自的缺點，極大的方便使用者，提升用戶體驗；(2)本實用新型為終端用電用戶提供了靈活，方便，安全的電錶預付費方式；用戶可以使用各種支付方式為NFC電子錢包充值，通過簡單的觸碰電錶及可完成繳費；(3)本實用新型的集成6LoWPAN無線傳感器網絡模塊，將智能電錶接入供電公司的IPV6監控網絡中，供電公司可以方便，及時的得到該智能電錶的充值信息，用戶的用電數據，電錶的健康狀態；供電公司可以及時進行對帳，帳戶信息更新，故障維護等處理；(4)本實用新型的集成藍牙模塊在NFC模塊的引導下，完成用戶智慧型手機登智能終端與電錶的配對過程；克服了藍牙搜尋設備慢，需要輸入PIN碼，配對操作複雜的缺點，改善用戶體驗，用戶只需要使用具備NFC功能的智慧型手機等觸碰電錶即可完成藍牙配對，獲取自己的每個月的谷峰用電信息，用電階梯電價，供電電壓等信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。
[0016]圖1為本實用新型實施例主要模塊拓撲接口示意圖；
[0017]圖2為本實用新型NFC付費流程圖；
[0018]圖3為本實用新型NFC引導藍牙配對、交換信息流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合【具體實施方式】對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。
[0020]結合圖1，一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，包括主控CPU模塊、電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊、主電源模塊、備用電源模塊和IXD顯示模塊；主控CPU模塊分別與電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊、IXD顯示模塊連接；藍牙通信模塊採用TI公司的集成收發器與協議棧的一體化模塊，通過USB，UART或者SPI與主控CPU模塊連接；基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊採用TI公司集成收發器，6LoWPAN協議棧與應用層軟體的單晶片解決方案，基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊通過UART或者SPI接口與主控CPU與主控CPU模塊相連接；主電源模塊為整個系統提供電源。主控CPU模塊採用ARM920T核心的嵌入式ARM處理器，負責整個智能電能表相關通訊及控制相關程序的運行，該處理器的優點是功耗低，接口豐富，被廣泛應用於各種智能終端中，運行穩定可靠；電能計量模塊採用ADI公司的數字式高精度電能計量晶片，為主控CPU提供用電量、電壓、電流等相關信息；存儲模塊為非易失性存儲模塊，採用三星公司的NandFlash，存儲用戶的分時用電量，電壓，電流，溫度，NFC用戶密鑰，NFC維護密鑰等信息；NFC模塊採用英飛凌公司的NFC控制器及NFC安全晶片，NFC控制器通過SPI接口與主控CPU模塊互聯，NFC安全晶片通過SWP單線協議與NFC控制器進行通訊，交互信息；實時時鐘為主控CPU的作業系統系統準確的本地運行時間，並通過網絡授時協議更新，校準本地時鐘；基於6L0WPAN無線傳感器網絡的通訊模塊在IPV6，IPV4網關接口機的配合下，供電公司可以通過任意的乙太網通訊手段，訪問智能電錶，實現遠程抄表，電錶參數更改，電錶運行狀態監控，電錶固件及軟體更新等功能；備用電源由電池及相關充電控制電路組成，為所述實時時鐘模塊提供電源；LCD顯示模塊通過顯示接口與主控CPU相連，接受主控CPU的指令，顯示用戶需要的信息。
[0021]為進一步說明本實用新型，結合圖2，闡述用戶使用本實用新型基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統與具備NFC功能的智慧型手機完成繳費的流程:
[0022]第一步:用戶首先帶著自己的智慧型手機去供電公司的營業廳進行註冊，完成自家智能電錶與NFC智慧型手機的密鑰註冊與交換；
[0023]第二步:用戶通過網際網路或者其他第三方支付手段為自己的NFC手機錢包充值；
[0024]第三步:用戶將自己的NFC智慧型手機靠近智能電錶，手機與電錶通過NFC建立安全連接，進行身份確認；鑑權完成後，電錶通過基於6LoWPAN無線傳感器網絡與供電公司後臺建立連接，更新充值數據，完成充值操作；
[0025]第四步:完成充值後，用戶拿回自己的智慧型手機，電錶在LCD顯示提示信息，信息內容為充值金額，帳戶餘額及本月用電量；信息顯示30s後，回到電錶的初始顯示狀態。
[0026]為進一步說明本實用新型，結合圖3，闡述用戶使用本實用新型基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統與具備NFC功能的智慧型手機獲取用戶用電信息或電錶運行日誌，故障
息的流程:
[0027]第一步:用戶將自己的智慧型手機靠近電錶，電錶與智慧型手機交換雙方的身份，雙方的地址以及隨機生成的藍牙PIN密碼，兩臺設備進行自動驗證，建立藍牙安全連接；電錶根據用戶身份的不同，將不同的數據發送給智慧型手機；
[0028]第二步:如果是用戶，電錶通過藍牙Socket連接啟動發送進程，將用戶的分時用電信息，帳戶信息等傳遞給智慧型手機，智慧型手機通過相應的APP將結果呈現給用戶；以便用戶與供電公司的數據進行核對；
[0029]第三步:如果是維護人員，電錶通過藍牙Socket連接啟動發送進程，將電錶的運行日誌，故障信息等傳送給維護人員的智慧型手機，智慧型手機通過相應的APP對數據進行分析，定位故障。
[0030]本實用新型與現有技術相比，具有以下優點:(1)本實用新型智能電能表系統集成了 NFC單元，藍牙單元及6LoWPAN無線傳感器網絡單元，真正實現了電能表成為物聯網架構下的一個智能節點；能夠結合NFC，藍牙技術各自的優點，彌補各自的缺點，極大的方便使用者，提升用戶體驗；(2)本實用新型為終端用電用戶提供了靈活，方便，安全的電錶預付費方式；用戶可以使用各種支付方式為NFC電子錢包充值，通過簡單的觸碰電錶及可完成繳費；(3)本實用新型的集成6LoWPAN無線傳感器網絡模塊，將智能電錶接入供電公司的IPV6監控網絡中，供電公司可以方便，及時的得到該智能電錶的充值信息，用戶的用電數據，電錶的健康狀態；供電公司可以及時進行對帳，帳戶信息更新，故障維護等處理；(4)本實用新型的集成藍牙模塊在NFC模塊的引導下，完成用戶智慧型手機登智能終端與電錶的配對過程；克服了藍牙搜尋設備慢，需要輸入PIN碼，配對操作複雜的缺點，改善用戶體驗，用戶只需要使用具備NFC功能的智慧型手機等觸碰電錶即可完成藍牙配對，獲取自己的每個月的谷峰用電信息，用電階梯電價，供電電壓等信息。
[0031]最後所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，包括主控CPU模塊、電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、無線通訊模塊、主電源模塊和LCD顯示模塊；所述主控CPU模塊分別與所述電能計量模塊、存儲模塊、NFC模塊、藍牙通信模塊、實時時鐘模塊、無線通訊模塊、所述LCD顯示模塊連接；所述主電源模塊為整個系統提供電源。
2.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述無線通訊模塊是基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊，通過UART或者SPI接口與所述主控CPU模塊相連接。
3.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述主控CPU模塊採用ARM920T核心的嵌入式ARM處理器。
4.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述存儲模塊為非易失性存儲模塊，採用三星公司的NandFlash。
5.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述NFC模塊採用英飛凌公司的NFC控制器及NFC安全晶片，所述NFC控制器通過SPI接口與主控CPU模塊互聯，所述NFC安全晶片通過SWP單線協議與所述NFC控制器進行通訊。
6.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述藍牙通信模塊採用TI公司的集成收發器與協議棧的一體化模塊，通過USB，UART或者SPI與所述主控CPU模塊連接。
7.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述電能計量模塊採用ADI公司的數字式高精度電能計量晶片。
8.根據權利要求2所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，所述基於6LoWPAN無線傳感器網絡的通訊模塊採用TI公司集成收發器，6LoWPAN協議棧與應用層軟體的單晶片解決方案。
9.根據權利要求1所述的基於NFC和藍牙技術的智能電能表系統，其特徵在於，還包括備用電源模塊，所述備用電源由電池及充電控制電路組成，為所述實時時鐘模塊提供電源。
【文檔編號】G01R22/10GK203825085SQ201420189027
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】劉飛鵬, 張旭, 陳昌嶺, 鄭金英, 汪曉明, 許超 申請人:國家電網公司, 國網安徽天長市供電有限責任公司