淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源管理中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

時(shí)間：2020-09-09作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：73

摘要：水電氣繳費(fèi)與人們的生活息息相關(guān)，對將物聯(lián)網(wǎng)的近場通信(NFC)技術(shù)和移動(dòng)支付技術(shù)應(yīng)用到水電氣付 費(fèi)過程進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源管理系統(tǒng)，以滿足方便快捷的付費(fèi)需求。系統(tǒng)中的智能表計(jì)和手機(jī)終端應(yīng)用 NFC技術(shù)，用戶使用NFC手機(jī)與智能表計(jì)進(jìn)行通信，并應(yīng)用移動(dòng)支付技術(shù)與能源公司和銀行進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)支付功能。系統(tǒng)功能測試表明。該系統(tǒng)可行、易操作。

關(guān)鍵詞：近場通信;移動(dòng)支付;遠(yuǎn)程抄表;能源管理;物聯(lián)網(wǎng);智能表計(jì)

0 引言

近場通信 (Real fieldcommunication，NFC)是一種短距離無線通信技術(shù),允許設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。我國主要的移動(dòng)運(yùn)營商也相繼推行了NFC移動(dòng)支付標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用NFC的移動(dòng)支付將逐漸成為人們生活不可缺少的一部分。移動(dòng)支付是指移動(dòng)用戶使用其手機(jī)對所消費(fèi)的商品或者服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。用戶可以通過終端設(shè)備 向銀行金融機(jī)構(gòu)發(fā)送支付指令，產(chǎn)生貨幣支付或資金轉(zhuǎn)移。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。針對目前我國能源管理領(lǐng)域傳統(tǒng)的管理方式存在的問題。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型能源管理系統(tǒng)。系統(tǒng)NFC技術(shù)應(yīng)用到手機(jī)終端，用 戶通過NFC手機(jī)完成與智能表計(jì)和能源運(yùn)營公司的信息交互，并利用移動(dòng)支付方便快捷的優(yōu) 勢，實(shí)現(xiàn)了抄繳過程一體化。該系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)水、電、氣繳費(fèi)過程帶來的各種繁瑣步驟 ，節(jié)省了人力物力，給人們帶來一種新型的方便快捷的付費(fèi)方式。

1 系統(tǒng)功能

1.1系統(tǒng)的整體功能要求

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向水、電、氣表的基于NFC的移動(dòng)支付終端系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如 圖1所示。







用戶使用具有NFC功能的手機(jī)，通過GSM/3G/WiFi網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行信息交互，通過移動(dòng)支付的方式購買水、電、氣量，然后將購買量通過NFC通信接口存人到具有NFC接口的表計(jì)中。同時(shí)，通過NFC接口讀取表計(jì)的用量信息和狀態(tài)信息，并通過GSM/3G/WiFi網(wǎng)絡(luò)返回給各個(gè)運(yùn)營公司后臺(tái)系統(tǒng)。

1.2 NFC手機(jī)接口的調(diào)用

系統(tǒng)中所使用的手機(jī)是基于Android平臺(tái)的NFC手機(jī)。該手機(jī)提供android.nfcpackage和android.nfc.techpackage兩個(gè)API。其中，用來與本地NFC適配器交互的**層類包含在 android.nfcpackage中，這些類可以用NDEF數(shù)據(jù)格式表示被檢測到的tags。用來對t屬性查詢和進(jìn)行I/O操作的類包含在android.Nfc.techpackage中，這些類分別表示一個(gè)tag支持的不同的NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)用這兩個(gè)API，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)與NFC適配器的數(shù)據(jù)交互，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對NFC標(biāo)簽的識(shí)別。

1.3 NqFc標(biāo)簽的識(shí)別

本系統(tǒng)所開發(fā)的水、電 、氣表中的NFC模塊都符合ISO.DEP(ISO 14443_4)標(biāo)準(zhǔn)。通過對android.nfc.techpackage中IsoDep類的調(diào)用。NFC手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對該NFC標(biāo)簽的識(shí)別并進(jìn)行相關(guān)的讀寫數(shù)據(jù)操作，從而實(shí)現(xiàn)NFC手機(jī)與智能表計(jì)的信息交互。

1.4 NFC表計(jì)的管理

能源運(yùn)營公司對用戶NFC表計(jì)的管理包括兩部分。一是用戶自助服務(wù)，包括用戶對所用水電氣量的查詢、對繳費(fèi)記錄的查詢等操作。二是運(yùn)營公司向用戶發(fā)放帶有NFC標(biāo)簽的水電氣表。并對其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理操作，如遠(yuǎn)程抄表、狀態(tài)查詢等。

1.5 遠(yuǎn)程支付

用戶的 NFC手機(jī)通過調(diào)用NetPayClient編程接口函數(shù)庫，實(shí)現(xiàn)了用戶、能源運(yùn)營公司以及銀行三方之間的安全通信。用戶可以通過手機(jī)Web直接將銀行賬戶的錢轉(zhuǎn)到運(yùn)營公司，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付購買水電氣量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)支付終端系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

當(dāng) NFC手機(jī)靠近NFC表計(jì)時(shí)，NFC通信模塊進(jìn)入NFC適配器的磁場，接收手機(jī)發(fā)出的射 頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量接收NFC手機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并發(fā)送出經(jīng)過加密存儲(chǔ)NFC通信模塊安全芯片中的用量信息和狀態(tài)信息。

裝有定制終端軟件的NFC手機(jī)將這些信息發(fā)送到運(yùn)營公司后臺(tái)進(jìn)行處理。運(yùn)營公司后臺(tái)收到手機(jī)傳來的信息并解密后，主動(dòng)將解密的信息回傳給手機(jī)。用戶也可以通過手機(jī)終端軟件主動(dòng)發(fā)送查詢請求并得到運(yùn)營公司后臺(tái)的響應(yīng) 。

移動(dòng)支付終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括運(yùn)營公司服務(wù)子系統(tǒng)、NFC手機(jī)終端子系統(tǒng)、NFC表計(jì)子系統(tǒng)。如圖2所示。







2.2 運(yùn)營公司服務(wù)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

運(yùn)營公司服務(wù)子系統(tǒng)包括表計(jì)管理模塊和遠(yuǎn)程支付模塊兩部分。表計(jì)管理模塊中的表計(jì)指用戶的水表、電表和燃?xì)獗?，其管理模塊包括管理員表計(jì)發(fā)放、用戶自助服務(wù)、遠(yuǎn)程支付和數(shù)據(jù)傳輸模塊。遠(yuǎn)程支付模塊通過對NetPayClient的安裝與調(diào)用。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程支付功能。NetPayClient是一個(gè)安裝在ChinaPay商戶會(huì)員側(cè) 的應(yīng)用編程接口函數(shù) 庫。它與商戶網(wǎng)上柜面系統(tǒng)相集成，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者、商戶和銀行間的網(wǎng)上安全支付。

2.3 NFC手機(jī)終端子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.3.1 NFC手機(jī)接口調(diào)用模塊

通過調(diào)用Android系統(tǒng)提供的android.nfc包和android.nfc.tech包的兩個(gè)API。手機(jī)接口調(diào)用模塊可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付終端軟件與手機(jī)NFC適配器的連接與數(shù)據(jù)通信。通過調(diào) 用 android.nfc包，可以實(shí)現(xiàn)客戶端與適配器之間的連接：通過調(diào)用android.nfc.tech包提供相應(yīng)的IsoDep類創(chuàng)建相應(yīng)的對象。可以實(shí)現(xiàn)對表計(jì)中NFC電子標(biāo)簽的訪問。

2.3.2 NFC標(biāo)簽識(shí)別模塊

為防止電子標(biāo)簽的偽造和標(biāo)簽內(nèi)容被濫用。保證僅有授權(quán)實(shí)體才可以讀取和處理相關(guān)標(biāo) 簽上的信息。NFC手機(jī)通過建立相應(yīng)的訪問控制機(jī)制。在通信時(shí)對NFC電子標(biāo)簽的身份進(jìn)行 一定的認(rèn)證。從而確保讀寫器的安全性。

2.3.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，NFC表計(jì)先校驗(yàn)和計(jì)算所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并把用量信息、表號(hào)和校驗(yàn) 信息傳輸給NFC手機(jī)。NFC手機(jī)將數(shù)據(jù)傳遞給運(yùn)營公司后臺(tái)。為了防止傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯(cuò)或被惡意篡改。運(yùn)營公司后臺(tái)通過校驗(yàn)計(jì)算可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否正確。從而決定是否接收該信息。

數(shù)據(jù)經(jīng)過表計(jì)加密之后傳送到手機(jī)。由于手機(jī)只有傳遞數(shù)據(jù)的功能而并沒有解密數(shù)據(jù)的能力。所以手機(jī)只有將獲得的數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)營公司后臺(tái)。運(yùn)營公司后臺(tái)將數(shù)據(jù)解密之后又回傳給手機(jī)客戶端，才能顯示給用戶。

3 系統(tǒng)測試

本設(shè)計(jì)的試驗(yàn)是以燃?xì)赓M(fèi)移動(dòng)支付系統(tǒng)為例，用戶使用該系統(tǒng)進(jìn)行了全部功能的測試，包括從開始申請到后面支付功能的實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果如下。

3.1用戶賬戶申請測試

用戶通過在燃?xì)夤痉?wù)子系統(tǒng)的自助申請服務(wù)進(jìn)行賬戶申請與賬戶管理。打開瀏覽器。進(jìn)入“燃?xì)夤居脩魝€(gè)人一站式自助服務(wù)中心”用戶注冊界面。提交賬戶申請。接著，燃?xì)夤竞笈_(tái)管理系統(tǒng)中就將出現(xiàn)新的 申請用戶。燃?xì)夤竞笈_(tái)服務(wù)系統(tǒng)通過對新的申請用戶的識(shí)別與受理?？梢员鎰e不同用戶的賬戶狀態(tài)，同時(shí)可以為用戶提供不同的服務(wù) 。

3.2用戶終端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳測試

當(dāng)用戶用NFC手機(jī)靠近NFC燃?xì)獗頃r(shí)。手機(jī)終端讀取燃?xì)獗硇畔?。然后將燃?xì)獗硇畔⑼ㄟ^通信網(wǎng)路傳輸?shù)饺細(xì)夤竞笈_(tái)進(jìn)行有效性分析。燃?xì)夤竞笈_(tái)服務(wù)系統(tǒng)將對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳回相應(yīng)的手機(jī)終端。完成用戶燃?xì)獗頂?shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)讀取與查詢。當(dāng)用戶點(diǎn)擊“查詢近來繳費(fèi)記錄”時(shí)。通過手機(jī)向燃?xì)夤竞笈_(tái)發(fā)出繳費(fèi)記錄查詢申請。后臺(tái)從數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)并傳回手機(jī)，顯示給客戶。

3.3 移動(dòng)支付測試

在測試過程中，用戶點(diǎn)擊“用戶自助網(wǎng)上繳費(fèi)”按鈕。移動(dòng)支付終端軟件自動(dòng)打開手機(jī) 瀏覽器并轉(zhuǎn)到ChinaPay網(wǎng)銀在線頁面。用戶即可通過網(wǎng)銀支付在燃?xì)夤竞笈_(tái)服務(wù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的個(gè)人賬戶支付的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程繳費(fèi)功能。

4 安科瑞能耗云平臺(tái)介紹

4.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹

安科瑞能耗云平臺(tái)在變電所或配電室等現(xiàn)場安裝多功能電力計(jì)量儀表;在各用能現(xiàn)場可安裝水表，氣表等各類儀表，通過網(wǎng)關(guān)經(jīng)無線(3G/4G)或有線的方式將采集的儀表數(shù)據(jù)上傳至公司租賃的云服務(wù)器上，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理。具有權(quán)限的用戶可通過PC、PAD、手機(jī)等各類終端設(shè)備訪問數(shù)據(jù)、接收告警信息，方便用戶及時(shí)知曉各個(gè)點(diǎn)位的用能情況，及時(shí)管理各個(gè)點(diǎn)位用能。







4.2 系統(tǒng)功能介紹







4.2.1支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各支路某段時(shí)間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。系統(tǒng)可查看各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時(shí)間進(jìn)行查詢，并可以將支路用能顯示合計(jì)，以圖表形式顯示。

4.2.2分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)可以按照分項(xiàng)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與顯示。其中，日分項(xiàng)用能同比分析圖顯示不同分項(xiàng)的當(dāng)日與昨日能耗柱狀圖;用能餅圖顯示各分項(xiàng)過去31天的用能占比;堆積圖顯示各分項(xiàng)過去31天的能耗趨勢;分項(xiàng)用能排名圖顯示被選中分項(xiàng)對應(yīng)能耗值排名前10位的支路。

4.2.3分項(xiàng)用能報(bào)表

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)各分項(xiàng)某段時(shí)間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能?？刹榭捶猪?xiàng)中各支路用能趨勢，可根據(jù)已有的日期或者自定義時(shí)間進(jìn)行查詢，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至Excel。

4.2.4能耗的同比環(huán)比分析

系統(tǒng)可將各主要耗能設(shè)備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗(yàn)節(jié)能效果，根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行節(jié)能績效考核，以及節(jié)能目標(biāo)的修正。統(tǒng)計(jì)各支路當(dāng)年每月用能及去年同期用能。

4.2.5用能數(shù)據(jù)檢查

系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)各回路與下級(jí)支路的用能差值，**過一定百分比后醒目顯示，確保計(jì)量體系的完整性、準(zhǔn)確性。

4.3系統(tǒng)設(shè)備選型







5 結(jié)束語

水電氣繳費(fèi)是人們?nèi)粘Ｉ钪?*的部分。傳統(tǒng)繳費(fèi)過程存在手續(xù)繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等弊端，人們急需方便快捷的付費(fèi)方式。針對這一需求，本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想，結(jié)合NFC技術(shù)和移動(dòng)終端的優(yōu)勢，將移動(dòng)支付技術(shù)應(yīng)用到水電氣付費(fèi)服務(wù)中，將物聯(lián)網(wǎng)的新應(yīng)用和已有公共服務(wù)平臺(tái)緊密結(jié)合在一起。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的付費(fèi)模式還可 以進(jìn)一步拓展到供暖、空調(diào)的付費(fèi)服務(wù)，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用**。

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江蘇安科瑞電器制造有限公司專注于導(dǎo)軌電能表,有源濾波柜,工礦用電監(jiān)管,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器廠家,環(huán)保用電監(jiān)測,物聯(lián)網(wǎng)電表,一體式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,油煙在線監(jiān)控,智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器等

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