NFC技術(shù)與RFID技術(shù)芯片實(shí)現雙向預付費系統的設計
AMI另一項關(guān)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(hù)家中。
家庭顯示單元（HDU）
用戶(hù)的HDU（圖2）實(shí)際上是一種電力狀態(tài)監測裝置，是用戶(hù)和供電公司之間的雙向通信入口。HDU支持NFC。用戶(hù)可利用其智能手機或平板電腦平臺通過(guò)Wi-Fi？或蜂窩網(wǎng)絡(luò )買(mǎi)電，然后利用智能手機的NFC接口將這些購買(mǎi)金額從智能手機傳輸到HDU。
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(guò)家庭中現有電力線(xiàn)利用電力線(xiàn)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(gè)開(kāi)關(guān)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(wǎng)絡(luò )可模擬供電公司的服務(wù)器。使用的是ZyXEL的MWR102旅行路由器。服務(wù)器運行TCP/IP client-server應用，負責處理購電交易。
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(hù)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(hù)可訪(fǎng)問(wèn)其日、月或即時(shí)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(huì )。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(guò)電力線(xiàn)傳輸數據（即電力載波通信，PLC）。
當用戶(hù)賬戶(hù)余額達到預設下限時(shí)，供電公司可利用HDU向用戶(hù)發(fā)送聲音報警。用戶(hù)也可選擇通過(guò)電子郵件、短消息、電話(huà)或全部三種方式接受這種提醒。用戶(hù)在任何時(shí)間均可利用支持NFC的智能手機/平板電腦買(mǎi)電。然后將購買(mǎi)的電裝載至HDU。如果用戶(hù)的預付費額度已經(jīng)全部用完，HDU的顯示屏可設計為變?yōu)榧t色，并在之后很快斷電。在發(fā)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(shí)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(shí)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(diǎn)。該HDU利用MAX66242安全標簽集成的SHA-256加密技術(shù)及其存儲器保護特性，確保電能預付費的扣減和充值不會(huì )將整個(gè)通信暴露給造假者以及/或者試圖竊取隱私信息的任何人。
圖4. HDU正面PCB（上），包括集成NFC天線(xiàn)和顯示屏；HDU背面PCB（下），可看出NFC天線(xiàn)線(xiàn)圈連接至MAX66242安全標簽認證器。
實(shí)際系統操作非常簡(jiǎn)單。首先，用戶(hù)利用供電公司提供的智能手機軟件為用電賬戶(hù)充值（圖5中的第1步和第2步）。第二，用戶(hù)將智能手機的NFC天線(xiàn)對準HDU的八邊形天線(xiàn)。手機和HDU之間進(jìn)行握手，將用戶(hù)購買(mǎi)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(hù)賬戶(hù)的預付費電費額度總量，并瞬時(shí)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(hù)，在第4步中觸發(fā)遠程斷電和恢復開(kāi)關(guān)。在利用第5步鏈路從智能表向HDU更新的同時(shí)，在第6步中將數據同步至供電公司的服務(wù)器。注意，目前的演示平臺中，必須將已購買(mǎi)的用電額度從手機傳遞至HDU裝置，才能用同一個(gè)智能手機再次購買(mǎi)新的用電額度。
圖5. 高級預付費表計基礎架構，包括買(mǎi)電流程。第1步中，用戶(hù)利用定制的app買(mǎi)電，并將財務(wù)數據傳輸至電力公司的后臺服務(wù)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(hù)在第3步中將這些用電額度傳輸至其HDU。
通過(guò)標準無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )操作
利用我們周?chē)鸁o(wú)所不在的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，無(wú)需完全部署AMI，即可快速建立該預付費系統（圖6）。
用戶(hù)首先需要填寫(xiě)簡(jiǎn)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(jiǎn)要信息中的憑證配置賬戶(hù)并激活預付費系統。供電公司在HDU中儲存一個(gè)密鑰（即S密鑰），然后將HDU發(fā)送給用戶(hù)。如果用戶(hù)申請，供電公司可派遣技術(shù)人員到用戶(hù)現場(chǎng)完成硬件安裝。
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