電力能源物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

時間：2022-08-04作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：212

摘要：水電氣繳費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)和移動支付技術(shù)應(yīng)用到水電氣付 費過程進行了研究，設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源管理系統(tǒng)，以滿足方便快捷的付費需求。系統(tǒng)中的智能表計和手機終端應(yīng)用 NFC技術(shù)，用戶使用NFC手機與智能表計進行通信，并應(yīng)用移動支付技術(shù)與能源公司和銀行進行信息交互，實現(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；移動支付；遠(yuǎn)程抄表；能源管理；物聯(lián)網(wǎng)；智能表計




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)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。我國主要的移動運營商也相繼推行了NFC移動支付標(biāo)準(zhǔn)，運用NFC的移動支付將逐漸成為人們生活不可缺少的一部分。移動支付是指移動用戶使用其手機對所消費的商品或者服務(wù)進行賬務(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)計并實現(xiàn)了一個基于物聯(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)用到手機終端，用 戶通過NFC手機完成與智能表計和能源運營公司的信息交互，并利用移動支付方便快捷的優(yōu) 勢，實現(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)計并實現(xiàn)了一個面向水、電、氣表的基于NFC的移動支付終端系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如 圖1所示。

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

1.2 NFC手機接口的調(diào)用

系統(tǒng)中所使用的手機是基于Android平臺的NFC手機。該手機提供android．nfcpackage和android.nfc.techpackage兩個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屬性查詢和進行I/O操作的類包含在android．Nfc.techpackage中，這些類分別表示一個tag支持的不同的NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)用這兩個API，可以實現(xiàn)手機與NFC適配器的數(shù)據(jù)交互，從而進一步實現(xiàn)對NFC標(biāo)簽的識別。

1.3 NqFc標(biāo)簽的識別

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手機可以實現(xiàn)對該NFC標(biāo)簽的識別并進行相關(guān)的讀寫數(shù)據(jù)操作，從而實現(xiàn)NFC手機與智能表計的信息交互。

1.4 NFC表計的管理

能源運營公司對用戶NFC表計的管理包括兩部分。一是用戶自助服務(wù)，包括用戶對所用水電氣量的查詢、對繳費記錄的查詢等操作。二是運營公司向用戶發(fā)放帶有NFC標(biāo)簽的水電氣表。并對其實現(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手機通過調(diào)用NetPayClient編程接口函數(shù)庫，實現(xiàn)了用戶、能源運營公司以及銀行三方之間的安全通信。用戶可以通過手機Web直接將銀行賬戶的錢轉(zhuǎn)到運營公司，實現(xiàn)移動支付購買水電氣量。




2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 移動支付終端系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 

當(dāng) NFC手機靠近NFC表計時，NFC通信模塊進入NFC適配器的磁場，接收手機發(fā)出的射 頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量接收NFC手機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并發(fā)送出經(jīng)過加密存儲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手機將這些信息發(fā)送到運營公司后臺進行處理。運營公司后臺收到手機傳來的信息并解密后，主動將解密的信息回傳給手機。用戶也可以通過手機終端軟件主動發(fā)送查詢請求并得到運營公司后臺的響應(yīng) 。




移動支付終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括運營公司服務(wù)子系統(tǒng)、NFC手機終端子系統(tǒng)、NFC表計子系統(tǒng)。如圖2所示。

2.2 運營公司服務(wù)子系統(tǒng)的設(shè)計

運營公司服務(wù)子系統(tǒng)包括表計管理模塊和遠(yuǎn)程支付模塊兩部分。表計管理模塊中的表計指用戶的水表、電表和燃?xì)獗?，其管理模塊包括管理員表計發(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)計并實現(xiàn)移動終端的遠(yuǎn)程支付功能。NetPayClient是一個安裝在ChinaPay商戶會員側(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，實現(xiàn)消費者、商戶和銀行間的網(wǎng)上安全支付。

2.3 NFC手機終端子系統(tǒng)的設(shè)計

2.3.1 NFC手機接口調(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API。手機接口調(diào)用模塊可以實現(xiàn)移動支付終端軟件與手機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?？梢詫崿F(xiàn)對表計中NFC電子標(biāo)簽的訪問。

2.3.2 NFC標(biāo)簽識別模塊

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)實體才可以讀取和處理相關(guān)標(biāo) 簽上的信息。NFC手機通過建立相應(yīng)的訪問控制機制。在通信時對NFC電子標(biāo)簽的身份進行 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表計先校驗和計算所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并把用量信息、表號和校驗 信息傳輸給NFC手機。NFC手機將數(shù)據(jù)傳遞給運營公司后臺。為了防止傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯或被惡意篡改。運營公司后臺通過校驗計算可以及時發(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)過表計加密之后傳送到手機。由于手機只有傳遞數(shù)據(jù)的功能而并沒有解密數(shù)據(jù)的能力。所以手機只有將獲得的數(shù)據(jù)上傳至運營公司后臺。運營公司后臺將數(shù)據(jù)解密之后又回傳給手機客戶端，才能顯示給用戶。




3 系統(tǒng)測試

本設(shè)計的試驗是以燃?xì)赓M移動支付系統(tǒng)為例，用戶使用該系統(tǒng)進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)進行賬戶申請與賬戶管理。打開瀏覽器。進入“燃?xì)夤居脩魝€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_管理系統(tǒng)中就將出現(xiàn)新的 申請用戶。燃?xì)夤竞笈_服務(wù)系統(tǒng)通過對新的申請用戶的識別與受理。可以辨別不同用戶的賬戶狀態(tài)，同時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手機靠近NFC燃?xì)獗頃r。手機終端讀取燃?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_進行有效性分析。燃?xì)夤竞笈_服務(wù)系統(tǒng)將對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳回相應(yīng)的手機終端。完成用戶燃?xì)獗頂?shù)據(jù)信息的實時讀取與查詢。當(dāng)用戶點擊“查詢近來繳費記錄”時。通過手機向燃?xì)夤竞笈_發(fā)出繳費記錄查詢申請。后臺從數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)并傳回手機，顯示給客戶。

3.3 移動支付測試

在測試過程中，用戶點擊“用戶自助網(wǎng)上繳費”按鈕。移動支付終端軟件自動打開手機 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_服務(wù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的個人賬戶支付的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程繳費功能。

4 安科瑞能耗云平臺介紹

4.1系統(tǒng)架構(gòu)介紹




安科瑞能耗云平臺在變電所或配電室等現(xiàn)場安裝多功能電力計量儀表；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)進行集中存儲、統(tǒng)一管理。具有權(quán)限的用戶可通過PC、PAD、手機等各類終端設(shè)備訪問數(shù)據(jù)、接收告警信息，方便用戶及時知曉各個點位的用能情況，及時管理各個點位用能。

4.2 系統(tǒng)功能介紹

4.2.1支路用能

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各支路某段時間內(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間進行查詢，并可以將支路用能顯示合計，以圖表形式顯示。

4.2.2分項能耗統(tǒng)計

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

4.2.3分項用能報表

系統(tǒng)可以統(tǒng)計各分項某段時間內(nèi)逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能?？刹榭捶猪椫懈髦酚媚苴厔?，可根據(jù)已有的日期或者自定義時間進行查詢，統(tǒng)計數(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行同比環(huán)比分析，檢驗節(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)計某段時間內(nèi)各回路與下級支路的用能差值，**過一定百分比后醒目顯示，確保計量體系的完整性、準(zhǔn)確性。

4.3系統(tǒng)設(shè)備選型

5 結(jié)束語

水電氣繳費是人們?nèi)粘Ｉ钪?*的部分。傳統(tǒng)繳費過程存在手續(xù)繁瑣、費時費力等弊端，人們急需方便快捷的付費方式。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)計構(gòu)想，結(jié)合NFC技術(shù)和移動終端的優(yōu)勢，將移動支付技術(shù)應(yīng)用到水電氣付費服務(wù)中，將物聯(lián)網(wǎng)的新應(yīng)用和已有公共服務(wù)平臺緊密結(jié)合在一起。該系統(tǒng)設(shè)計的付費模式還可 以進一步拓展到供暖、空調(diào)的付費服務(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)用前景和實用**。




【參考文獻】

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