校園用電集中管理中的NFC技術(shù)研究

摘 要：文章概述了NFC技術(shù)和NFC技術(shù)校園用電集中化控制管理系統(tǒng)平臺的構(gòu)建，并提出了學(xué)生寢室集中化用電管理系統(tǒng)使用時(shí)存在的不足，以期為該技術(shù)在校園用電管理中的應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：校園用電；集中管理；NFC技術(shù)

近距離無線通信技術(shù)（Near Field Communication，NFC）是由諾基亞、飛利浦和索尼公司共同研發(fā)的短距離無線連接的技術(shù)，它整合射頻識別（Radio Frequency IDentification，RFID）讀卡器和智能卡功能，直接利用現(xiàn)有的RFID基礎(chǔ)設(shè)施和不同的NFC設(shè)備實(shí)現(xiàn)交互。在10 cm工作范圍內(nèi)，NFC技術(shù)和其電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過點(diǎn)對點(diǎn)的非接觸方式傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)。國內(nèi)RFID被稱為免接觸式射頻識別，現(xiàn)在NFC技術(shù)傳承和兼容了RFID技術(shù)，主要在手機(jī)能電子設(shè)備之間完成通信活動(dòng)。因?yàn)镹FC技術(shù)是天然的近場通信技術(shù)，具有較高的安全性，所以未來可能會被很多領(lǐng)域運(yùn)用，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 NFC技術(shù)概述

1.1 NFC技術(shù)

NFC是一種距離較近的無線通信技術(shù)，包括當(dāng)前市場上有較高占有率的具有國際標(biāo)準(zhǔn)的非接觸智能卡，通過互聯(lián)互通技術(shù)和非接觸式射頻識別技術(shù)整合而成，在其單一的芯片上集合感應(yīng)式卡片、讀卡器以及點(diǎn)對點(diǎn)的功能，在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)識別兼容設(shè)備的功能，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)交換。

1.2 NFC設(shè)備的操作模式

（1）讀/寫模式，在讀/寫模式下，NFC技術(shù)已經(jīng)開啟了該種模式的手機(jī)，便于讀取具有NFC標(biāo)簽或NFC設(shè)備的數(shù)據(jù)；（2）點(diǎn)對點(diǎn)模式，兩個(gè)NFC設(shè)備可以在該模式下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，該模式符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國際電工委員會IEC 8092 標(biāo)準(zhǔn)；（3）模擬卡片的模式，該模式下具有NFC功能的手機(jī)在和標(biāo)簽進(jìn)行交換的時(shí)候可以充當(dāng)讀取器，另外，標(biāo)簽或被讀取的無線卡片也能應(yīng)用該模式的手機(jī)。

2 NFC技術(shù)校園用電集中化控制管理系統(tǒng)平臺的構(gòu)建

2.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要組成部分

2.1.1 NFC載波電表的設(shè)計(jì)

NFC載波電表主要是對辦公室、教室和學(xué)生寢室等用電單位各時(shí)間段內(nèi)的用電情況進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)控，一般在變壓器區(qū)域內(nèi)安裝。該設(shè)計(jì)是升級和改造電子式智能電表獲得的。設(shè)計(jì)的時(shí)候把NFC技術(shù)芯片裝在表內(nèi)，利用NFC技術(shù)快速傳送、交換數(shù)據(jù)及安全性的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)和上報(bào)房間內(nèi)的用電情況。還可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，跟部門的需求，把特殊的傳感器加入表內(nèi)，使表內(nèi)的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線向數(shù)據(jù)中心傳送時(shí)更加安全快捷。

2.1.2 集中器的設(shè)計(jì)

集中器主要是收集房間內(nèi)NFC載波電表的用電數(shù)據(jù)和采集校園內(nèi)用電終端的虛擬數(shù)據(jù)，通過處理和存儲數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理中心實(shí)現(xiàn)信息交換。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的集中器，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)，CPU采用32位高速嵌入式微處理器。在對校園用電進(jìn)行集中化管理時(shí)，在變壓器的區(qū)域安裝上集中器，利用敷設(shè)的低壓電力線和該區(qū)域內(nèi)的NFC載波電表組成下行信道實(shí)現(xiàn)通信，完成NFC載波電表內(nèi)用電數(shù)據(jù)采集的任務(wù)。另外，數(shù)據(jù)處理中心利用校園網(wǎng)絡(luò)和后臺管理系統(tǒng)，結(jié)合集中器組成上行信道，進(jìn)行通信傳輸。利用該設(shè)計(jì)，集中器每天會按照管理系統(tǒng)的設(shè)置，完成抄表讀表、存儲NFC載波電表數(shù)據(jù)的任務(wù)。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理中心的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理中心作為校園集中化用電控制管理系統(tǒng)的核心，對整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理和應(yīng)用，使系統(tǒng)安全的運(yùn)行得到保障，同時(shí)還對其和其他終端數(shù)據(jù)的交換起著監(jiān)督作用。設(shè)計(jì)的時(shí)候分為軟件系統(tǒng)和硬件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是對中心平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和調(diào)整等；硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫存儲的服務(wù)器、采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理中心可以完成采集數(shù)據(jù)信息、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)量等管理任務(wù)。

2.1.4 電控柜的設(shè)計(jì)

校園集中化用電控制管理系統(tǒng)的電控柜分為單片機(jī)硬件設(shè)備和校園用電管理常用的上位機(jī)管理軟件，前者監(jiān)測校園各部門的用電情況，尤其是對于學(xué)生寢室，監(jiān)測系統(tǒng)利用485總線通信對多個(gè)寢室的用電實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，根據(jù)連接總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)決定監(jiān)測的數(shù)量?？梢愿鶕?jù)每層樓寢室的數(shù)量，合理地選擇節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，把電控柜放入每層樓梯口或樓梯內(nèi)安全的地方。每間寢室的實(shí)際用電會在柜上的液晶屏上顯示出來，電控柜會針對寢室用電超功率的情況發(fā)出節(jié)約的報(bào)警。電控柜還可以對長時(shí)間超過工作電流值的寢室發(fā)出超負(fù)荷的信號，觸發(fā)寢室的報(bào)警傳感器，給學(xué)生安全用電的提示。該設(shè)計(jì)對學(xué)生合理安全地用電起到了引導(dǎo)作用，保障了寢室和學(xué)生的財(cái)產(chǎn)安全。

2.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信方式

2.2.1 電力線載波通信

電力線載波通信指的是利用模擬或數(shù)字信號，使數(shù)據(jù)通信的傳輸在電力線上快速完成的傳輸方式。它的優(yōu)點(diǎn)是利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)線路，便能傳遞數(shù)據(jù)，比較適合改造傳統(tǒng)的校園用電，因此把該技術(shù)運(yùn)用在校園用電集中化管理方面，適應(yīng)當(dāng)前高校的實(shí)際狀況，但是該技術(shù)也有一定的缺陷：（1）在三相電力線上傳輸信號會造成一定的損失，因此一般普通的電力信號會在單相電力線上傳輸；（2）電力載波信號還會受配電變壓器的阻礙，因此它的傳送只能發(fā)生在單一的配電變壓器區(qū)域，所以每個(gè)變壓區(qū)應(yīng)該至少安裝一臺集中器設(shè)備；電力線會產(chǎn)生脈沖干擾，我們?nèi)粘Ｊ褂玫慕涣麟娭芷跒?.02 s，頻率為50 Hz，所以它會在每個(gè)周期的兩側(cè)峰值產(chǎn)生兩次脈沖干擾；（4）電力線通過的載波信號會被很大程度削減，尤其是電力線有嚴(yán)重的負(fù)荷時(shí)，會更加削減載波信號。

2.2.2 校園無線網(wǎng)

在信息時(shí)代，校園無線網(wǎng)主要安裝在有線網(wǎng)絡(luò)布線有限制的區(qū)域。無線網(wǎng)利用空中電磁波接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，省略了繁瑣的網(wǎng)絡(luò)布線的工作，其中計(jì)算機(jī)、無線網(wǎng)卡、無線天線、Access Point等都是校園用電管理系統(tǒng)用到的無線局域網(wǎng)硬件。如果無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有較遠(yuǎn)的距離，可以利用無線天線增強(qiáng)其信號，使數(shù)據(jù)能進(jìn)行快速正常的傳輸，使校園用電管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行得以保障。

2.2.3 構(gòu)建校園用電管理系統(tǒng)平臺

通過設(shè)計(jì)校園集中化用電管理系統(tǒng)的4大模塊，極大地滿足了該系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的需求，并且利用單片機(jī)接口進(jìn)行連接，NFC通信技術(shù)、電力載波技術(shù)和校園無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等使校園集中化用電控制管理系統(tǒng)軟硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)很好的連接。通過構(gòu)建系統(tǒng)的平臺，對校園集中化用電實(shí)現(xiàn)安全的管理。

3 學(xué)生寢室集中化用電管理系統(tǒng)使用時(shí)存在的不足

3.1 同一種類不同節(jié)點(diǎn)通斷電時(shí)間不一致

在不同的學(xué)生寢室樓出現(xiàn)了通斷電時(shí)間不一致的情況，寢室通斷電的時(shí)間不能按照事先設(shè)定的時(shí)間統(tǒng)一執(zhí)行。通過檢查發(fā)現(xiàn)該問題主要是由于系統(tǒng)的指令得不到及時(shí)的響應(yīng)。通過修改和完善系統(tǒng)的執(zhí)行軟件，妥善地處理了這個(gè)問題，同時(shí)還使 NFC一卡通維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的效率得到提升，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3.2 寢室欠費(fèi)充值后，不能自動(dòng)恢復(fù)通電

在使用系統(tǒng)的過程中經(jīng)常發(fā)生這種情況，由于校園集中用電管理控制系統(tǒng)運(yùn)用的是服務(wù)器、客戶端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)構(gòu)架模式，寢室欠費(fèi)充值后不能及時(shí)到賬，可能是因?yàn)榉?wù)器處理問題的能力和其速度有直接關(guān)系?？梢酝ㄟ^優(yōu)化軟件，同時(shí)提升服務(wù)器和寬帶處理問題的能力，整體提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和處理問題的能力，使寢室欠費(fèi)充值后不能及時(shí)到賬供電的問題基本上杜絕，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提升。

3.3 對學(xué)生寢室管理使用該系統(tǒng)的認(rèn)識不足

使用NFC技術(shù)集中用電管理能使學(xué)生寢室用電的安全意識得到提升，是智慧校園得以實(shí)現(xiàn)的途徑。針對寢室管理系統(tǒng)認(rèn)識不足和覆蓋面不夠全面的問題，可以運(yùn)用校園網(wǎng)、宣傳欄、輔導(dǎo)員組織培訓(xùn)、學(xué)生會組織學(xué)習(xí)使用等形式進(jìn)行宣傳，使學(xué)生快速接受NFC技術(shù)校園集中用電管理系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)。

3.4 寢室用電管理崗位缺乏專業(yè)技術(shù)人員

管理人員不僅業(yè)務(wù)素質(zhì)要高，還應(yīng)該具有熟練的操作計(jì)算機(jī)的技能和使用校園集中用電管理控制系統(tǒng)的專業(yè)素質(zhì)，還應(yīng)該對校園集中用電控制系統(tǒng)運(yùn)用原理深入地了解，具有自行解決簡單問題的能力。針對管理人員素質(zhì)參差不齊的問題，應(yīng)該對管理人員和操作人員定期進(jìn)行上崗培訓(xùn)和相關(guān)的技能考核，使系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)響應(yīng)的速度得到基本解決，促進(jìn)校園集中用電管理控制系統(tǒng)可以為教職工提供更有效的服務(wù)。

3.5 處理流程不暢、信息反饋機(jī)制不健全

在控制管理系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)的速度問題得到解決以后，學(xué)生寢室系統(tǒng)使用過程中的相關(guān)問題得到完善，學(xué)生對校園集中用電控制管理系統(tǒng)的認(rèn)識得到了提升，使其對違規(guī)電器的類型和簡單的處理故障的流程更加明確，真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上解決問題，減少了不必要的途徑。同時(shí)還可以在校園網(wǎng)和寢室樓電子宣傳欄上安裝電子滾屏，及時(shí)通告和公示解決上報(bào)問題的程度，使學(xué)生對校園集中用電管理的滿意程度大大提升。

4 結(jié)語

當(dāng)前我國很多學(xué)校的用電管理系統(tǒng)仍舊使用半智能模式，學(xué)生浪費(fèi)電量的現(xiàn)象嚴(yán)重，所以為了使學(xué)校的用電管理更加規(guī)范，學(xué)校應(yīng)該重視校園用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用，針對使用中存在的問題，對其加強(qiáng)監(jiān)管，對系統(tǒng)使用中的各功能進(jìn)行認(rèn)真研究，建立和完善數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)處理和調(diào)整實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更加方便，提升校園用電管理效率，還應(yīng)該進(jìn)一步研究該技術(shù)在其他領(lǐng)域的創(chuàng)新和應(yīng)用。

作者簡介：孟繁華（1985— ），男，河北邢臺，本科，講師；研究方向：電子商務(wù)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭璇.NFC技術(shù)在校園中的應(yīng)用解析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（2）：14-18.

[2]丁瓊，肖監(jiān).NFC技術(shù)在智慧校園系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（5）：23-29.

[3]李宏健.基于NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)校園用電集中化管理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].長春：吉林大學(xué)，2015.

[4]朱峰，尚軍.基于NFC技術(shù)的校園支付應(yīng)用創(chuàng)新研究[J].互聯(lián)網(wǎng)天地，2014（6）：89-95.

[5]趙宇楓.RFID與NFC技術(shù)與應(yīng)用淺析[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2011（3）：45-52.

Abstract： This paper introduces the NFC technology and the construction of NFC technology campus electricity centralized control management system platform， and puts forward the shortcomings of the electricity centralized management system of student dormitory， in order to provide the basis for the application of the technology in campus electricity management.

Key words： campus electricity； centralized management； NFC technology