一種基于nfc的無線抄表系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于NFC的無線抄表系統及方法，包括嵌入式無線模塊、讀取平臺、支持NFC的手機,嵌入式無線模塊嵌入在電表中，將系統下行命令傳輸至電表，并將電表的數據上傳至系統，讀取平臺安裝在用戶接觸范圍內的墻上，讀取平臺完成NFC與手機間的數據交互，完成NFC與470MHz網路之間的數據轉換功能，本發明采用NFC近場通信技術與手機交互，手機APP客戶端作為手抄器使用更通用便捷。
【專利說明】
_種基于NFG的無線抄表系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及電力領域，具體是一種基于NFC的無線抄表系統及方法。
【背景技術】
[0002]住宅區中每個住戶家中基本都有水表、電表、煤氣表等各種計量表計，安裝位置各異，有些表(如電表)集中安裝，有些表(如水表)卻分散在住戶家中；這樣就給管理部門的抄表統計工作帶來困難，逐戶抄表時要耗費很多人力和時間，而且入戶抄表很難一次完成，有時只能估計。申請號為201410110851.1的中國專利公開一種智慧抄表控制系統與實現方法，其中里面提及，無線網絡通訊為《丨打、36、46、6?1?、48&66、藍牙、即(:、紅外的一種或多種；所述的有線網絡通訊為串 P、485、USB、Can、Profi Bus、DeviceNet、FF、LonWorks、WorIdFI P、Contro INet、Ethernet、PLC電力線載波的一種或多種。但是該方案并未對其中的具體通訊方式作出具體的技術介紹，并不能根據該方案實現快速抄表。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種基于NFC的無線抄表系統及方法，采用NFC近場通信技術與手機交互，手機APP客戶端作為手抄器，使用更通用便捷。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0005]—種基于NFC的無線抄表系統，包括嵌入式無線模塊、讀取平臺、支持NFC的手機，其中:
[0006]嵌入式無線模塊嵌入在電表中，將系統下行命令傳輸至電表，并將電表的數據上傳至系統，嵌入式無線模塊由主控制模塊一和無線模塊一構成，其中主控制模塊一完成同電表之間通過串口進行數據交互、數據處理以及與無線模塊一之間交互，無線模塊通過無線電波收發數據及數據的調制解調；
[0007]讀取平臺安裝在用戶接觸范圍內的墻上，讀取平臺完成NFC與手機間的數據交互，完成NFC與470MHz網路之間的數據轉換功能;讀取平臺由主控制模塊二、無線模塊二、NFC模塊和電源模塊構成，其中主控制模塊二完成無線模塊二數據收發及數據幀格式的轉換、NFC模塊與手機之間進行交互和數據處理;無線模塊二用于同嵌入式無線模塊之間進行數據交互;NFC模塊完成與手機之間進行數據交互，NFC模塊作為標簽與手機之間通過P2P協議進行交互。
[0008]優選的，嵌入式無線模塊與電表之間通過RS485/RS232進行連接通信。
[0009]優選的，下行命令包括但不限于讀取電表數據命令、電表時間、電表狀態信息，上行數據包括但不限于對下行命令的響應。
[0010]優選的，P2P協議為NFC通信模式。
[0011]優選的，電源模塊為可充電電池。
[0012]一種基于NFC的無線抄表方法，包括以下步驟:
[0013](I)默認狀態下讀取平臺的NFC模塊處于睡眠模式，當支持NFC的手機靠近讀取平臺的NFC標簽天線時，激活NFC進入工作模式，并初始化NFC標簽等待接收數據；
[0014](2)支持NFC的手機通過NFC-DEP協議發送命令到讀取平臺，等待命令響應；
[0015](3)讀取平臺的主控制模塊二提取命令，并將命令封裝到無線通信數據幀中；
[0016](4)通過無線模塊二將數據發送到無線模塊一，無線模塊一和無線模塊二之間通過自組網方式通信，數據通過嵌入式模塊中的主控制模塊一將數據傳輸到行業電表中；
[0017](5)行業電表回復收到的命令，將數據通過嵌入式模塊發送至讀取平臺，命令包括回復抄表數據和狀態信息；
[0018](6)讀取平臺將數據轉換成NFC格式數據，并將數據發送至手機APP客戶端。
[0019]進一步的，步驟(4)中包括路由檢測過程，如果檢測到不存在不存在到無線模塊一到無線模塊二之間的路由，通過自組網方式建立網路，完成數據交互。
[0020]本發明的有益效果:
[0021]本發明采用470MHz(ISM頻段)的無線通信系統與NFC近場通信技術的雙系統結構，整個系統包括嵌入在電表中的嵌入式無線模塊、讀取平臺(網關模塊，完成470網絡跟NFC之間數據轉換)、支持NFC的手機。采用NFC近場通信技術與手機交互，手機APP客戶端作為手抄器使用更通用便捷。
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0023]圖1是本發明結構框圖。
[0024]圖2是本發明讀取平臺結構框圖。
[0025]圖3是本發明嵌入式無線模塊結構框圖。
[0026]圖4是本發明NFC與手機交互流程圖。
[0027]圖5是470網絡數據交互流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下將對本發明的實施例進行詳細描述。
[0029]如圖1所示，本發明公開一種基于NFC的無線抄表系統，包括嵌入式無線模塊、讀取平臺、支持NFC的手機。
[0030]如圖2所示，讀取平臺主要由PN532模塊、M⑶主控制模塊、SI4432射頻模塊和電源模塊組成，其中PN532是NXP公司推出的一款支持NFC協議的射頻芯片，本發明中使用NFC-DEP協議進行數據交互;MCU主控制模塊采用ST意法半導體的STM32F4XX系列芯片，該芯片支持DSP的高性能芯片，支持低功耗工作模式;SI4432為芯科實驗室推出的一款微功率芯片，本發明采用免許可ISM頻段470Mhz進行通信，采用GFSK調制方式具有較好的穿透性和抗干擾能力，由于整個系統的大部分時間工作在低功耗模式，因此電源模塊采用可充電電池供電即可長期工作。本發明的射頻模塊即為無線模塊。
[0031 ] PN532模塊與主控模塊M⑶之間通信采用UART協議，波特率設置為115200bps，無線通信模塊SI4432與M⑶通過SPI接口進行連接通信，射頻天線采用增益為3.5dBi的吸盤天線。
[0032]如圖3所示，嵌入式無線模塊嵌入到行業電表中，由行業電表進行供電，該模塊主要由主控制模塊M C U和射頻S14 4 3 2模塊組成。M C U主控制模塊采用S T意法半導體的STM32F4XX系列芯片，該芯片支持DSP的高性能芯片，支持低功耗工作模式;SI4432為芯科實驗室推出的一款微功率芯片，本發明采用免許可I SM頻段470Mhz進行通信，采用GFSK調制方式具有較好的穿透性和抗干擾能力。
[0033]其中，主控制模塊M⑶與行業電表之間使用行業標準接口RS485或者RS232進行連接通信，無線通信模塊SI4432與MCU通過SPI接口進行連接通信，射頻天線采用增益為3.5dBi的吸盤天線。
[0034]圖4為支持NFC的手機(即手抄器)與讀取平臺之間交互過程，該交互過程步驟如下:
[0035]步驟SI，手機打開NFC開關及抄表客戶端，選擇抄表指令，將手機靠近讀取平臺的NFC標簽天線處，激活讀取平臺的NFC模塊。
[0036]步驟S2，讀取平臺處于激活狀態的NFC模塊，根據接收信息進行本地初始化，選擇NFC 協議為 NFC-DEP，速率為 212Kbps。
[0037]步驟S3，將PN532設置為接收模式，獲取手機客戶端下發的通信命令，并將命令傳輸至470Mhz微功率網絡。
[0038]步驟S4，將470網絡上傳的數據封裝，設置PN532為發送模式，將數據上傳至手機客戶端。
[0039]步驟S5，完成數據交互后，將PN532設置為睡眠模式。
[0040]步驟S6，其他數據交互，重復步驟SI?S5。
[0041]圖5位微功率470網絡的數據通信流程示意圖，①③⑤⑦為數據發送;②④⑥⑧為網絡回復，其中⑦數據重傳，⑧為網絡回復失敗，此時假定已經存在讀取平臺與嵌入式無線模塊之間的路由，所述數據通信過程如下:
[0042]步驟SI，無線模塊一發送數據到無線模塊二。
[0043]步驟S2，無線模塊二接收到數據后，首先要判斷數據是否有效，如果有效發送網絡回復，無線模塊二接收到有后，對數據進行其他處理，否則不回復網絡回復。
[0044]步驟S3?S4，無線模塊二發送數據到無線模塊一，步驟同SI?S2。
[0045]步驟S5，無線模塊一發送數據到無線模塊二。
[0046]步驟S6，由于信號差等原因，導致無線模塊二未能成功接收網絡回復。
[0047]步驟S7，無線模塊一等待發送超時后，重新發送數據到無線模塊二.
[0048]步驟S8，同步驟S2。
[0049]基于NFC的無線抄表方法，包括以下步驟:
[0050](I)默認狀態下讀取平臺的NFC模塊處于睡眠模式，當支持NFC的手機靠近讀取平臺的NFC標簽天線時，激活NFC進入工作模式，并初始化NFC標簽等待接收數據；
[0051 ] (2)支持NFC的手機通過NFC-DEP協議發送命令到讀取平臺，等待命令響應；
[0052](3)讀取平臺的主控制模塊二提取命令，并將命令封裝到無線通信數據幀中；
[0053](4)通過無線模塊二將數據發送到無線模塊一，無線模塊一和無線模塊二之間通過自組網方式通信，數據通過嵌入式模塊中的主控制模塊一將數據傳輸到行業電表中；
[0054](5)行業電表回復收到的命令，將數據通過嵌入式模塊發送至讀取平臺，命令包括回復抄表數據和狀態信息；
[0055](6)讀取平臺將數據轉換成NFC格式數據，并將數據發送至手機APP客戶端。
[0056]步驟(4)中包括路由檢測過程，如果檢測到不存在不存在到無線模塊一到無線模塊二之間的路由，通過自組網方式建立網路，完成數據交互。
[0057]以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于NFC的無線抄表系統，其特征在于，包括嵌入式無線模塊、讀取平臺、支持NFC的手機，其中: 嵌入式無線模塊嵌入在電表中，將系統下行命令傳輸至電表，并將電表的數據上傳至系統，嵌入式無線模塊由主控制模塊一和無線模塊一構成，其中主控制模塊一完成同電表之間通過串口進行數據交互、數據處理以及與無線模塊一之間交互，無線模塊通過無線電波收發數據及數據的調制解調； 讀取平臺安裝在用戶接觸范圍內的墻上，讀取平臺完成NFC與手機間的數據交互，完成NFC與470MHz網路之間的數據轉換功能;讀取平臺由主控制模塊二、無線模塊二、NFC模塊和電源模塊構成，其中主控制模塊二完成無線模塊二數據收發及數據幀格式的轉換、NFC模塊與手機之間進行交互和數據處理;無線模塊二用于同嵌入式無線模塊之間進行數據交互；NFC模塊完成與手機之間進行數據交互，NFC模塊作為標簽與手機之間通過P2P協議進行交互。2.根據權利要求1所述的一種基于NFC的無線抄表系統，其特征在于，嵌入式無線模塊與電表之間通過RS485/RS232進行連接通信。3.根據權利要求1所述的一種基于NFC的無線抄表系統，其特征在于，下行命令包括但不限于讀取電表數據命令、電表時間、電表狀態信息，上行數據包括但不限于對下行命令的響應。4.根據權利要求1所述的一種基于NFC的無線抄表系統，其特征在于，P2P協議為NFC通信模式。5.根據權利要求1所述的一種基于NFC的無線抄表系統，其特征在于，電源模塊為可充電電池。6.一種基于NFC的無線抄表方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)默認狀態下讀取平臺的NFC模塊處于睡眠模式，當支持NFC的手機靠近讀取平臺的NFC標簽天線時，激活NFC進入工作模式，并初始化NFC標簽等待接收數據； (2)支持NFC的手機通過NFC-DEP協議發送命令到讀取平臺，等待命令響應； (3)讀取平臺的主控制模塊二提取命令，并將命令封裝到無線通信數據幀中； (4)通過無線模塊二將數據發送到無線模塊一，無線模塊一和無線模塊二之間通過自組網方式通信，數據通過嵌入式模塊中的主控制模塊一將數據傳輸到行業電表中； (5)行業電表回復收到的命令，將數據通過嵌入式模塊發送至讀取平臺，命令包括回復抄表數據和狀態信息； (6)讀取平臺將數據轉換成NFC格式數據，并將數據發送至手機APP客戶端。7.根據權利要求6所述的一種基于NFC的無線抄表方法，其特征在于，步驟(4)中包括路由檢測過程，如果檢測到不存在不存在到無線模塊一到無線模塊二之間的路由，通過自組網方式建立網路，完成數據交互。
【文檔編號】H04W4/00GK105913630SQ201610201897
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】谷江濤, 徐晴, 劉建, 孫經, 徐英
【申請人】國家電網公司, 國網江蘇省電力公司電力科學研究院, 安徽南瑞中天電力電子有限公司