NFC技術(shù)與RFID技術(shù)芯片實(shí)現(xiàn)雙向預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
AMI另一項(xiàng)關(guān)鍵配套組件是分離式可插拔電能監(jiān)測(cè)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(shí)際上是一種電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(jī)或平板電腦平臺(tái)通過(guò)Wi-Fi？或蜂窩網(wǎng)絡(luò)買電，然后利用智能手機(jī)的NFC接口將這些購(gòu)買金額從智能手機(jī)傳輸?shù)紿DU。
圖2. 基于NFC的預(yù)付費(fèi)家庭顯示單元（HDU）演示板。HDU與供電公司的后臺(tái)通信，更新剩余的電量額度。通過(guò)家庭中現(xiàn)有電力線利用電力線通信（PLC）完成交易。
該HDU演示平臺(tái)的目的是為了演示系統(tǒng)工作原理。HDU的核心是MAX66242安全NFC標(biāo)簽認(rèn)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(fèi)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(jī)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(yùn)行TCP/IP client-server應(yīng)用，負(fù)責(zé)處理購(gòu)電交易。
圖3. 此處所示的預(yù)付費(fèi)供電公司演示平臺(tái)采用MAX66242安全認(rèn)證器標(biāo)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(yīng)用程序，用戶可訪問(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(xí)慣，減少預(yù)算的機(jī)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)電力線傳輸數(shù)據(jù)（即電力載波通信，PLC）。
當(dāng)用戶賬戶余額達(dá)到預(yù)設(shè)下限時(shí)，供電公司可利用HDU向用戶發(fā)送聲音報(bào)警。用戶也可選擇通過(guò)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(shí)間均可利用支持NFC的智能手機(jī)/平板電腦買電。然后將購(gòu)買的電裝載至HDU。如果用戶的預(yù)付費(fèi)額度已經(jīng)全部用完，HDU的顯示屏可設(shè)計(jì)為變?yōu)榧t色，并在之后很快斷電。在發(fā)生再次預(yù)付費(fèi)后，遠(yuǎn)程恢復(fù)供電。
HDU架構(gòu)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(píng)估板（EV）。該架構(gòu)采用符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的DeepCover安全標(biāo)簽認(rèn)證器IC （MAX66242）實(shí)現(xiàn)電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。在評(píng)估板上增加了顯示屏，便于雙向通信。
安全是該電能預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。該HDU利用MAX66242安全標(biāo)簽集成的SHA-256加密技術(shù)及其存儲(chǔ)器保護(hù)特性，確保電能預(yù)付費(fèi)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天線和顯示屏；HDU背面PCB（下），可看出NFC天線線圈連接至MAX66242安全標(biāo)簽認(rèn)證器。
實(shí)際系統(tǒng)操作非常簡(jiǎn)單。首先，用戶利用供電公司提供的智能手機(jī)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(jī)的NFC天線對(duì)準(zhǔn)HDU的八邊形天線。手機(jī)和HDU之間進(jìn)行握手，將用戶購(gòu)買的用電額度從智能手機(jī)安全地傳輸至HDU（第3步）。第三，更新用戶賬戶的預(yù)付費(fèi)電費(fèi)額度總量，并瞬時(shí)在HDU的顯示屏上更新總額度。對(duì)于斷電后增加了用電額度的用戶，在第4步中觸發(fā)遠(yuǎn)程斷電和恢復(fù)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(shù)據(jù)同步至供電公司的服務(wù)器。注意，目前的演示平臺(tái)中，必須將已購(gòu)買的用電額度從手機(jī)傳遞至HDU裝置，才能用同一個(gè)智能手機(jī)再次購(gòu)買新的用電額度。
圖5. 高級(jí)預(yù)付費(fèi)表計(jì)基礎(chǔ)架構(gòu)，包括買電流程。第1步中，用戶利用定制的app買電，并將財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸至電力公司的后臺(tái)服務(wù)器。在第2步中將預(yù)付費(fèi)額度（數(shù)據(jù)包，包括最大電表值或MMV）傳輸至智能手機(jī)。然后用戶在第3步中將這些用電額度傳輸至其HDU。
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)操作
利用我們周圍無(wú)所不在的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需完全部署AMI，即可快速建立該預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)（圖6）。
用戶首先需要填寫(xiě)簡(jiǎn)要信息，在電力公司的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)上注冊(cè)賬號(hào)。然后利用輸入到簡(jiǎn)要信息中的憑證配置賬戶并激活預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。供電公司在HDU中儲(chǔ)存一個(gè)密鑰（即S密鑰），然后將HDU發(fā)送給用戶。如果用戶申請(qǐng)，供電公司可派遣技術(shù)人員到用戶現(xiàn)場(chǎng)完成硬件安裝。
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