CN106102139A - 一种nfc预付费仪表的低功耗实现方法 - Google Patents

一种nfc预付费仪表的低功耗实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法，其包括三部分内容，第一部分内容为NFC预付费仪表不工作时使其进入休眠状态；第二部分内容为用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，外部的NFC智能终端唤醒NFC预付费仪表使其进入正常工作状态，实现数据交换；第三部分内容为NFC预付费仪表在确定其与外部的NFC智能终端的数据交换完成后，重新使其进入休眠状态；优点是NFC预付费仪表只有在用户需通信时才被唤醒工作，其余时间处于休眠状态，大大降低了待机功耗，并且能及时响应用户操作，减小了响应时间；NFC智能终端与NFC预付费仪表通信的过程中，由NFC智能终端提供磁场，这样即使磁场检测电路探测外部磁场也几乎不增加电能消耗。

Description

一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法
技术领域
本发明涉及一种水、热、电气等领域的NFC(Near Field Communication，近场通信)预付费仪表技术，尤其是涉及一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法。
背景技术
可预付费的燃气表、水表、电表、煤气表和液化石油气表等智能仪表得到了大量应用。目前这些智能仪表通常利用智能IC卡技术进行结算交易，然而，由于这种结算交易方式要求用户事先去充值网点在智能IC卡上充值一定金额再回来使用，因此不仅用户使用不便利，而且管理部门也不便管理。
随着网络通信技术的快速发展和应用普及，基于NFC技术的人机交互技术逐渐得到关注，其中一个热点的研究领域就是基于NFC技术的预付费仪表技术。目前，越来越多的智能仪表已应用NFC技术来实现在线充值、在线管理等拓展功能，这种基于NFC技术的预付费仪表是通过在现有的智能仪表中配置NFC模块实现的，其利用配置有NFC模块的智能终端进行结算交易，使用时配置有NFC模块的智能终端与配置有NFC模块的智能仪表进行非接触式的NFC通信来实现数据交互。这种基于NFC技术的预付费仪表，一方面，使用户不仅能直接使用手机等NFC智能终端对配置有NFC模块的智能仪表进行充值，而且能方便掌握用量；另一方面，使仪表管理部门或能源管理部门能方便地进行智能仪表及用户数据的管理。
传统的可预付费仪表为及时响应用户的交互请求，需要长时间或定期处于监听状态，这就造成了不必要的能量消耗，并且大大缩短了这种使用固定容量的电池供电的可预付费仪表的使用年限，因此需要采用低功耗的监听方案来尽可能地降低可预付费仪表的功耗。降低可预付费仪表的功耗通常采取两种方法，第一种方法是：在可预付费仪表上增加按键，平时可预付费仪表处于休眠状态，使用时通过按下按键来触发唤醒可预付费仪表，进而完成通信；第二种方法是：将触发方式由按键改为干簧管、测距传感器等传感器模块，工作时由带有能够触发该类传感器模块的磁铁的IC卡来唤醒可预付费仪表。这两种方法的核心思想是通过加设外部触发模块来控制可预付费仪表休眠和唤醒，从而避免了空闲监听，降低了可预付费仪表的总体功耗。然而，采用第一种方法会影响可预付费仪表的密封性，往往需要较高的生产工艺，将该方法应用于NFC预付费仪表，问题同样存在；采用第二种方法，由于需要安装磁铁等触发模块，因此不但提高了设备成本和生产工艺要求，而且将该方法应用于NFC预付费仪表，在NFC智能终端上安装磁铁容易对NFC智能终端的正常工作产生影响，用户体验较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法，其在不增加外设的条件下，使NFC预付费仪表平时处于休眠状态、用户需要进行操作时被唤醒处于工作状态、用户操作完成后重新进入休眠状态，从而达到节省功耗的目的。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法，该低功耗实现方法应用的NFC预付费仪表包括主控模块和NFC模块，所述的NFC模块由NFC芯片、滤波匹配电路和天线组成，所述的NFC芯片集成有控制器和磁场检测电路，所述的滤波匹配电路分别与所述的天线、所述的磁场检测电路和所述的控制器连接，所述的磁场检测电路与所述的控制器连接，所述的控制器与所述的主控模块通信交互；其特征在于该低功耗实现方法包括三部分内容，第一部分内容为NFC预付费仪表不工作时使其进入休眠状态；第二部分内容为用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，外部的NFC智能终端唤醒NFC预付费仪表使其进入正常工作状态，实现数据交换；第三部分内容为NFC预付费仪表在确定其与外部的NFC智能终端的数据交换完成后，重新使其进入休眠状态；
所述的第一部分内容的具体步骤为：
①_1、在NFC预付费仪表不工作时，主控模块发送休眠命令给控制器，并控制控制器关闭NFC模块的自身磁场；
①_2、控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态；
①_3、在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态；
所述的第二部分内容的具体步骤为：
②_1、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线实时探测是否有由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号，当有用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，用户使外部的NFC智能终端靠近NFC预付费仪表，此时磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号；
②_2、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号后，磁场检测电路激活控制器，控制器从休眠状态转到正常工作状态；
②_3、控制器在激活后输出中断信号，并传输中断信号给主控模块作为主控模块的外部中断输入信号；
②_4、主控模块接收到外部中断输入信号后被激活，主控模块从休眠状态转到正常工作状态；
②_5、主控模块等待外部的NFC智能终端主动发出服务请求，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出服务请求，则执行步骤②_6；如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出服务请求，则主控模块发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态；
②_6、服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器传输服务请求给主控模块；主控模块根据接收到的服务请求，配置NFC模块的通信参数；
②_7、按照配置的通信参数控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求；
所述的第三部分内容的具体步骤为：
在NFC模块与外部的NFC智能终端之间的一次数据交换完成后，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出释放命令，则释放命令经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后再经控制器由主控模块接收，主控模块接收到释放命令后确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态；
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令而再次主动发出服务请求，则服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端再次进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求；
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令且也未再次主动发出服务请求，则主控模块确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态。
所述的步骤②_5和所述的第三部分内容的具体步骤中的设定时间由用户自行设定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)当NFC预付费仪表不工作时进入休眠状态；当用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，外部的NFC智能终端唤醒NFC预付费仪表，实现数据交换；当NFC预付费仪表在确定其与外部的NFC智能终端的数据交换完成后，重新进入休眠状态，也就是说NFC预付费仪表只有在用户需通信时才被唤醒工作，其余时间处于休眠状态，大大降低了待机功耗，并且能及时响应用户操作，减小了响应时间，为用户带来了良好的交互体验。
2)用户需与NFC预付费仪表通信时，是利用NFC智能终端来唤醒NFC预付费仪表的，而不需要外设按键或者传感器。
3)NFC智能终端与NFC预付费仪表通信的过程中，NFC预付费仪表不需要产生磁场，因此关闭了NFC模块的自身磁场，全部由NFC智能终端提供磁场，这样即使磁场检测电路探测外部磁场也几乎不增加电能消耗。
附图说明
图1为本发明方法应用的NFC预付费仪表的组成结构示意图；
图2a为采用UART串口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图；
图2b为采用SPI通信接口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图；
图2c为采用I2C接口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图；
图3为本发明方法的总体实现流程框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法应用的NFC预付费仪表，如图1所示，其包括主控模块1和NFC模块2，NFC模块2由NFC芯片21、滤波匹配电路22和天线23组成，NFC芯片21集成有控制器211和磁场检测电路212，滤波匹配电路22分别与天线23、磁场检测电路212和控制器211连接，磁场检测电路212与控制器211连接，控制器211与主控模块1通信交互，控制器211与主控模块1之间可以采用UART串口、SPI通信接口或者I2C接口的任意一种通信交互，图2a给出了采用UART串口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图，采用UART串口时控制器211的模式选择I0和I1引脚置地；图2b给出了采用SPI通信接口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图，采用SPI接口时控制器211的模式选择I0引脚置地且I1引脚置高；图2c给出了采用I2C接口通信交互时控制器与主控模块的连接示意图，采用I2C接口时控制器211的模式选择I0引脚置高且I1引脚置地。
本发明的NFC预付费仪表的低功耗实现方法，其总体实现框图如图3所示，其包括三部分内容，第一部分内容为NFC预付费仪表不工作时使其进入休眠状态；第二部分内容为用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，外部的NFC智能终端唤醒NFC预付费仪表使其进入正常工作状态，实现数据交换；第三部分内容为NFC预付费仪表在确定其与外部的NFC智能终端的数据交换完成后，重新使其进入休眠状态。
所述的第一部分内容的具体步骤为：
①_1、在NFC预付费仪表不工作时，主控模块发送休眠命令给控制器，并控制控制器关闭NFC模块的自身磁场。
①_2、控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态。
①_3、在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态。
所述的第二部分内容的具体步骤为：
②_1、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线实时探测是否有由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号，当有用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，用户使外部的NFC智能终端靠近NFC预付费仪表，此时磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号。
②_2、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号后，磁场检测电路激活控制器，控制器从休眠状态转到正常工作状态。
②_3、控制器在激活后输出中断信号，并传输中断信号给主控模块作为主控模块的外部中断输入信号。
②_4、主控模块接收到外部中断输入信号后被激活，主控模块从休眠状态转到正常工作状态。
②_5、主控模块等待外部的NFC智能终端主动发出服务请求，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出服务请求，如充值、查询或测试等功能操作请求，则执行步骤②_6；如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出服务请求，则主控模块发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态，即控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态；在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态。
②_6、服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器传输服务请求给主控模块；主控模块根据接收到的服务请求，配置NFC模块的通信参数，如通信速率、通信模式等。
②_7、按照配置的通信参数控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求。
所述的第三部分内容的具体步骤为：
在NFC模块与外部的NFC智能终端之间的一次数据交换完成后，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出释放命令，则释放命令经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后再经控制器由主控模块接收，主控模块接收到释放命令后确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态，即控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态；在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态。
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令而再次主动发出服务请求，则服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端再次进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求。
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令且也未再次主动发出服务请求，则主控模块确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态，即控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态；在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态。
在此具体实施例中，所述的步骤②_5和所述的第三部分内容的具体步骤中的设定时间由用户自行设定。如在具体操作时可设定为5秒或10秒或20秒等。
在此具体实施例中，主控模块1应具有UART串口、SPI通信接口或者I2C接口中的一种或多种，主控模块1主要负责NFC预付费仪表的用量统计、交易结算、记录使用数据、与NFC模块2交互等，主控模块1在不使用时处于休眠状态，等待外部中断激活；NFC模块2由NFC芯片21、滤波匹配电路22以及天线23组成，NFC芯片21集成有控制器211和磁场检测电路212，控制器211正常工作时负责发送和接收近场通信信号，控制器211休眠时磁场检测电路212感应天线23的电感变化，当天线23的电感变化达到一定程度以上，磁场检测电路212激活控制器211使控制器211从休眠状态转到正常工作状态；外部的NFC智能终端如手机、平板电脑、阅读器或手持设备等。

Claims (2)

1.一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法，该低功耗实现方法应用的NFC预付费仪表包括主控模块和NFC模块，所述的NFC模块由NFC芯片、滤波匹配电路和天线组成，所述的NFC芯片集成有控制器和磁场检测电路，所述的滤波匹配电路分别与所述的天线、所述的磁场检测电路和所述的控制器连接，所述的磁场检测电路与所述的控制器连接，所述的控制器与所述的主控模块通信交互；其特征在于该低功耗实现方法包括三部分内容，第一部分内容为NFC预付费仪表不工作时使其进入休眠状态；第二部分内容为用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，外部的NFC智能终端唤醒NFC预付费仪表使其进入正常工作状态，实现数据交换；第三部分内容为NFC预付费仪表在确定其与外部的NFC智能终端的数据交换完成后，重新使其进入休眠状态；
所述的第一部分内容的具体步骤为：
①_1、在NFC预付费仪表不工作时，主控模块发送休眠命令给控制器，并控制控制器关闭NFC模块的自身磁场；
①_2、控制器接收到休眠命令后使其自身进入休眠状态，并保持磁场检测电路、滤波匹配电路和天线处于正常工作状态；
①_3、在控制器进入休眠状态后，主控模块仅保留系统时钟以等待外部中断激活，而关闭其余所有功能，使其自身进入休眠状态；
所述的第二部分内容的具体步骤为：
②_1、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线实时探测是否有由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号，当有用户需通过外部的NFC智能终端与NFC预付费仪表通信时，用户使外部的NFC智能终端靠近NFC预付费仪表，此时磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号；
②_2、磁场检测电路通过滤波匹配电路和天线探测到由外部的NFC智能终端主动发出的NFC射频信号后，磁场检测电路激活控制器，控制器从休眠状态转到正常工作状态；
②_3、控制器在激活后输出中断信号，并传输中断信号给主控模块作为主控模块的外部中断输入信号；
②_4、主控模块接收到外部中断输入信号后被激活，主控模块从休眠状态转到正常工作状态；
②_5、主控模块等待外部的NFC智能终端主动发出服务请求，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出服务请求，则执行步骤②_6；如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出服务请求，则主控模块发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态；
②_6、服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器传输服务请求给主控模块；主控模块根据接收到的服务请求，配置NFC模块的通信参数；
②_7、按照配置的通信参数控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求；
所述的第三部分内容的具体步骤为：
在NFC模块与外部的NFC智能终端之间的一次数据交换完成后，如果在设定时间内，外部的NFC智能终端主动发出释放命令，则释放命令经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后再经控制器由主控模块接收，主控模块接收到释放命令后确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态；
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令而再次主动发出服务请求，则服务请求经天线耦合和滤波匹配电路滤波处理后由控制器接收，控制器通过滤波匹配电路和天线与外部的NFC智能终端再次进行一次数据交换，以响应外部的NFC智能终端主动发出的服务请求；
如果在设定时间内，外部的NFC智能终端未主动发出释放命令且也未再次主动发出服务请求，则主控模块确定NFC预付费仪表与外部的NFC智能终端的数据交换结束，并发送休眠命令给控制器，使控制器和主控模块重新进入休眠状态。
2.根据权利要求1所述的一种NFC预付费仪表的低功耗实现方法，其特征在于所述的步骤②_5和所述的第三部分内容的具体步骤中的设定时间由用户自行设定。
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