CN203825085U - 一种基于nfc和蓝牙技术的智能电能表系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电能表技术领域，它公开了一种基于NFC和蓝牙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、蓝牙通信模块、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；通过NFC引导电能表与智能手机进行蓝牙快速配对以及建立数据连接，用户及维护人员可以智能手机等智能终端与电能表进行身份认证及数据交互；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，蓝牙技术各自的优点，弥补各自的缺点，极大的方便使用者，提升用户体验。
Description
技术领域
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和蓝牙技术的智能电能表系统。
背景技术
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
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于NFC和蓝牙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，单独使用蓝牙时，扫描设备慢，认证过程复杂等缺陷。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于NFC和蓝牙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、蓝牙通信模块、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、蓝牙通信模块、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。
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。
优选的，所述主控CPU模块采用ARM920T核心的嵌入式ARM处理器。
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。
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。
优选的，所述蓝牙通信模块采用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。
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。
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。
更优选的，所述基于NFC和蓝牙技术的预付费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。
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，蓝牙单元及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，蓝牙技术各自的优点，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）本实用新型的集成蓝牙模块在NFC模块的引导下，完成用户智能手机登智能终端与电表的配对过程；克服了蓝牙搜寻设备慢，需要输入PIN码，配对操作复杂的缺点，改善用户体验，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蓝牙配对，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。
附图说明
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。
图1为本实用新型实施例主要模块拓扑接口示意图；
图2为本实用新型NFC付费流程图；
图3为本实用新型NFC引导蓝牙配对、交换信息流程图。
具体实施方式
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。
结合图1，一种基于NFC和蓝牙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、蓝牙通信模块、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LCD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、蓝牙通信模块、实时时钟模块、基于6LoWPAN无线传感器网络的通讯模块、LCD显示模块连接；蓝牙通信模块采用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与主控CPU模块连接；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，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6LoWPAN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。
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和蓝牙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：
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；
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；
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；
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。
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和蓝牙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：
第一步：用户将自己的智能手机靠近电表，电表与智能手机交换双方的身份，双方的地址以及随机生成的蓝牙PIN密码，两台设备进行自动验证，建立蓝牙安全连接；电表根据用户身份的不同，将不同的数据发送给智能手机；
第二步：如果是用户，电表通过蓝牙Socket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；
第三步：如果是维护人员，电表通过蓝牙Socket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。
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，蓝牙单元及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，蓝牙技术各自的优点，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）本实用新型的集成蓝牙模块在NFC模块的引导下，完成用户智能手机登智能终端与电表的配对过程；克服了蓝牙搜寻设备慢，需要输入PIN码，配对操作复杂的缺点，改善用户体验，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蓝牙配对，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。
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。
Claims (9)
1.一种基于NFC和蓝牙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、蓝牙通信模块、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、蓝牙通信模块、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和蓝牙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和蓝牙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和蓝牙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和蓝牙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和蓝牙技术的智能电能表系统，其特征在于，所述蓝牙通信模块采用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和蓝牙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和蓝牙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和蓝牙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。
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