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NFC技術與RFID技術芯片實現雙向預付費系統的設計

時間:2020-01-16 09:49:38來源:美信半導體 作者:電子愛好者 點擊:
有位客戶采用預付電費方案,回家后卻發現照明燈沒有亮。于是,她拿出手機并打開一個應用程序(app),向其電費賬戶中又額外增加了50美元額度。然后她將手機靠近電能監測顯示

AMI另一項關鍵配套組件是分離式可插拔電能監測顯示單元(HDU),該裝置位于用戶家中。

家庭顯示單元(HDU)

用戶的HDU(圖2)實際上是一種電力狀態監測裝置,是用戶和供電公司之間的雙向通信入口。HDU支持NFC。用戶可利用其智能手機或平板電腦平臺通過Wi-Fi?或蜂窩網絡買電,然后利用智能手機的NFC接口將這些購買金額從智能手機傳輸到HDU。

基于NFC技術與RFID技術芯片實現雙向預付費系統的設計

圖2. 基于NFC的預付費家庭顯示單元(HDU)演示板。HDU與供電公司的后臺通信,更新剩余的電量額度。通過家庭中現有電力線利用電力線通信(PLC)完成交易。

該HDU演示平臺的目的是為了演示系統工作原理。HDU的核心是MAX66242安全NFC標簽認證器。圖3所示為演示單元的所有組件。LCD顯示消耗的電力以及剩余的電費總量。有一個開關可使能或禁止能源消耗。需要支持NFC功能的智能手機才能操作該HDU。連接至筆記本電腦的本地Wi-Fi網絡可模擬供電公司的服務器。使用的是ZyXEL的MWR102旅行路由器。服務器運行TCP/IP client-server應用,負責處理購電交易。

基于NFC技術與RFID技術芯片實現雙向預付費系統的設計

圖3. 此處所示的預付費供電公司演示平臺采用MAX66242安全認證器標簽和MAXQ610微控制器(圖中未顯示)。

HDU顯示用戶的能耗和支出信息。利用供電公司提供的軟件應用程序,用戶可訪問其日、月或即時用電情況,從而為其提供分析以及可能改變其用電習慣,減少預算的機會。智能電表和HDU之間的通信也可以是硬件連接,從電源插座處通過電力線傳輸數據(即電力載波通信,PLC)。

當用戶賬戶余額達到預設下限時,供電公司可利用HDU向用戶發送聲音報警。用戶也可選擇通過電子郵件、短消息、電話或全部三種方式接受這種提醒。用戶在任何時間均可利用支持NFC的智能手機/平板電腦買電。然后將購買的電裝載至HDU。如果用戶的預付費額度已經全部用完,HDU的顯示屏可設計為變為紅色,并在之后很快斷電。在發生再次預付費后,遠程恢復供電。

HDU架構及其工作原理

圖4所示為實際的演示HDU,分別是正面和背面,基于MAX66242評估板(EV)。該架構采用符合ISO/IEC 15693標準的DeepCover安全標簽認證器IC (MAX66242)實現電能預付費系統。在評估板上增加了顯示屏,便于雙向通信。

安全是該電能預付費系統的重要特點。該HDU利用MAX66242安全標簽集成的SHA-256加密技術及其存儲器保護特性,確保電能預付費的扣減和充值不會將整個通信暴露給造假者以及/或者試圖竊取隱私信息的任何人。

基于NFC技術與RFID技術芯片實現雙向預付費系統的設計

圖4. HDU正面PCB(上),包括集成NFC天線和顯示屏;HDU背面PCB(下),可看出NFC天線線圈連接至MAX66242安全標簽認證器。

實際系統操作非常簡單。首先,用戶利用供電公司提供的智能手機軟件為用電賬戶充值(圖5中的第1步和第2步)。第二,用戶將智能手機的NFC天線對準HDU的八邊形天線。手機和HDU之間進行握手,將用戶購買的用電額度從智能手機安全地傳輸至HDU(第3步)。第三,更新用戶賬戶的預付費電費額度總量,并瞬時在HDU的顯示屏上更新總額度。對于斷電后增加了用電額度的用戶,在第4步中觸發遠程斷電和恢復開關。在利用第5步鏈路從智能表向HDU更新的同時,在第6步中將數據同步至供電公司的服務器。注意,目前的演示平臺中,必須將已購買的用電額度從手機傳遞至HDU裝置,才能用同一個智能手機再次購買新的用電額度。

基于NFC技術與RFID技術芯片實現雙向預付費系統的設計

圖5. 高級預付費表計基礎架構,包括買電流程。第1步中,用戶利用定制的app買電,并將財務數據傳輸至電力公司的后臺服務器。在第2步中將預付費額度(數據包,包括最大電表值或MMV)傳輸至智能手機。然后用戶在第3步中將這些用電額度傳輸至其HDU。

通過標準無線網絡操作

利用我們周圍無所不在的無線網絡,無需完全部署AMI,即可快速建立該預付費系統(圖6)。

用戶首先需要填寫簡要信息,在電力公司的預付費系統上注冊賬號。然后利用輸入到簡要信息中的憑證配置賬戶并激活預付費系統。供電公司在HDU中儲存一個密鑰(即S密鑰),然后將HDU發送給用戶。如果用戶申請,供電公司可派遣技術人員到用戶現場完成硬件安裝。

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