校園用電集中管理中的NFC技術研究

摘 要：文章概述了NFC技術和NFC技術校園用電集中化控制管理系統平臺的構建，并提出了學生寢室集中化用電管理系統使用時存在的不足，以期為該技術在校園用電管理中的應用提供依據。

關鍵詞：校園用電；集中管理；NFC技術

近距離無線通信技術（Near Field Communication，NFC）是由諾基亞、飛利浦和索尼公司共同研發的短距離無線連接的技術，它整合射頻識別（Radio Frequency IDentification，RFID）讀卡器和智能卡功能，直接利用現有的RFID基礎設施和不同的NFC設備實現交互。在10 cm工作范圍內，NFC技術和其電子設備之間進行數據交換，通過點對點的非接觸方式傳輸相關的數據。國內RFID被稱為免接觸式射頻識別，現在NFC技術傳承和兼容了RFID技術，主要在手機能電子設備之間完成通信活動。因為NFC技術是天然的近場通信技術，具有較高的安全性，所以未來可能會被很多領域運用，具有廣闊的發展前景。

1 NFC技術概述

1.1 NFC技術

NFC是一種距離較近的無線通信技術，包括當前市場上有較高占有率的具有國際標準的非接觸智能卡，通過互聯互通技術和非接觸式射頻識別技術整合而成，在其單一的芯片上集合感應式卡片、讀卡器以及點對點的功能，在短距離內實現識別兼容設備的功能，并進行相關的數據交換。

1.2 NFC設備的操作模式

（1）讀/寫模式，在讀/寫模式下，NFC技術已經開啟了該種模式的手機，便于讀取具有NFC標簽或NFC設備的數據；（2）點對點模式，兩個NFC設備可以在該模式下實現數據的交換，該模式符合國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC 8092 標準；（3）模擬卡片的模式，該模式下具有NFC功能的手機在和標簽進行交換的時候可以充當讀取器，另外，標簽或被讀取的無線卡片也能應用該模式的手機。

2 NFC技術校園用電集中化控制管理系統平臺的構建

2.1 設計系統的主要組成部分

2.1.1 NFC載波電表的設計

NFC載波電表主要是對辦公室、教室和學生寢室等用電單位各時間段內的用電情況進行計量和監控，一般在變壓器區域內安裝。該設計是升級和改造電子式智能電表獲得的。設計的時候把NFC技術芯片裝在表內，利用NFC技術快速傳送、交換數據及安全性的特點，統計和上報房間內的用電情況。還可以根據學校的實際情況，跟部門的需求，把特殊的傳感器加入表內，使表內的數據通過數據總線向數據中心傳送時更加安全快捷。

2.1.2 集中器的設計

集中器主要是收集房間內NFC載波電表的用電數據和采集校園內用電終端的虛擬數據，通過處理和存儲數據與數據處理中心實現信息交換。該系統設計的集中器，運用模塊化的設計，CPU采用32位高速嵌入式微處理器。在對校園用電進行集中化管理時，在變壓器的區域安裝上集中器，利用敷設的低壓電力線和該區域內的NFC載波電表組成下行信道實現通信，完成NFC載波電表內用電數據采集的任務。另外，數據處理中心利用校園網絡和后臺管理系統，結合集中器組成上行信道，進行通信傳輸。利用該設計，集中器每天會按照管理系統的設置，完成抄表讀表、存儲NFC載波電表數據的任務。

2.1.3 數據處理中心的設計

數據處理中心作為校園集中化用電控制管理系統的核心，對整個系統的數據進行傳輸、處理和應用，使系統安全的運行得到保障，同時還對其和其他終端數據的交換起著監督作用。設計的時候分為軟件系統和硬件計算機網絡系統兩部分。軟件系統設計主要是對中心平臺的數據進行整理、分析和調整等；硬件系統設計包括數據庫存儲的服務器、采集服務器、網絡硬件設備。通過設計數據處理中心可以完成采集數據信息、設置系統參數、監測系統計量等管理任務。

2.1.4 電控柜的設計

校園集中化用電控制管理系統的電控柜分為單片機硬件設備和校園用電管理常用的上位機管理軟件，前者監測校園各部門的用電情況，尤其是對于學生寢室，監測系統利用485總線通信對多個寢室的用電實現監測，根據連接總線的節點數決定監測的數量。可以根據每層樓寢室的數量，合理地選擇節點的數目，把電控柜放入每層樓梯口或樓梯內安全的地方。每間寢室的實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出節約的報警。電控柜還可以對長時間超過工作電流值的寢室發出超負荷的信號，觸發寢室的報警傳感器，給學生安全用電的提示。該設計對學生合理安全地用電起到了引導作用，保障了寢室和學生的財產安全。

2.2 設計系統的通信方式

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字信號，使數據通信的傳輸在電力線上快速完成的傳輸方式。它的優點是利用現有的網絡線路，便能傳遞數據，比較適合改造傳統的校園用電，因此把該技術運用在校園用電集中化管理方面，適應當前高校的實際狀況，但是該技術也有一定的缺陷：（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生在單一的配電變壓器區域，所以每個變壓區應該至少安裝一臺集中器設備；電力線會產生脈沖干擾，我們日常使用的交流電周期為0.02 s，頻率為50 Hz，所以它會在每個周期的兩側峰值產生兩次脈沖干擾；（4）電力線通過的載波信號會被很大程度削減，尤其是電力線有嚴重的負荷時，會更加削減載波信號。

2.2.2 校園無線網

在信息時代，校園無線網主要安裝在有線網絡布線有限制的區域。無線網利用空中電磁波接收和發送數據信息，省略了繁瑣的網絡布線的工作，其中計算機、無線網卡、無線天線、Access Point等都是校園用電管理系統用到的無線局域網硬件。如果無線網絡內的網絡設備有較遠的距離，可以利用無線天線增強其信號，使數據能進行快速正常的傳輸，使校園用電管理系統網絡的運行得以保障。

2.2.3 構建校園用電管理系統平臺

通過設計校園集中化用電管理系統的4大模塊，極大地滿足了該系統軟硬件設備的需求，并且利用單片機接口進行連接，NFC通信技術、電力載波技術和校園無線網絡通信技術等使校園集中化用電控制管理系統軟硬件設備實現很好的連接。通過構建系統的平臺，對校園集中化用電實現安全的管理。

3 學生寢室集中化用電管理系統使用時存在的不足

3.1 同一種類不同節點通斷電時間不一致

在不同的學生寢室樓出現了通斷電時間不一致的情況，寢室通斷電的時間不能按照事先設定的時間統一執行。通過檢查發現該問題主要是由于系統的指令得不到及時的響應。通過修改和完善系統的執行軟件，妥善地處理了這個問題，同時還使 NFC一卡通維護網絡的效率得到提升，使系統的運行更加穩定。

3.2 寢室欠費充值后，不能自動恢復通電

在使用系統的過程中經常發生這種情況，由于校園集中用電管理控制系統運用的是服務器、客戶端的網絡設計構架模式，寢室欠費充值后不能及時到賬，可能是因為服務器處理問題的能力和其速度有直接關系。可以通過優化軟件，同時提升服務器和寬帶處理問題的能力，整體提升系統的響應速度和處理問題的能力，使寢室欠費充值后不能及時到賬供電的問題基本上杜絕，使系統的穩定性得到提升。

3.3 對學生寢室管理使用該系統的認識不足

使用NFC技術集中用電管理能使學生寢室用電的安全意識得到提升，是智慧校園得以實現的途徑。針對寢室管理系統認識不足和覆蓋面不夠全面的問題，可以運用校園網、宣傳欄、輔導員組織培訓、學生會組織學習使用等形式進行宣傳，使學生快速接受NFC技術校園集中用電管理系統的相關服務。

3.4 寢室用電管理崗位缺乏專業技術人員

管理人員不僅業務素質要高，還應該具有熟練的操作計算機的技能和使用校園集中用電管理控制系統的專業素質，還應該對校園集中用電控制系統運用原理深入地了解，具有自行解決簡單問題的能力。針對管理人員素質參差不齊的問題，應該對管理人員和操作人員定期進行上崗培訓和相關的技能考核，使系統產生故障時響應的速度得到基本解決，促進校園集中用電管理控制系統可以為教職工提供更有效的服務。

3.5 處理流程不暢、信息反饋機制不健全

在控制管理系統應急響應的速度問題得到解決以后，學生寢室系統使用過程中的相關問題得到完善，學生對校園集中用電控制管理系統的認識得到了提升，使其對違規電器的類型和簡單的處理故障的流程更加明確，真正實現了網上解決問題，減少了不必要的途徑。同時還可以在校園網和寢室樓電子宣傳欄上安裝電子滾屏，及時通告和公示解決上報問題的程度，使學生對校園集中用電管理的滿意程度大大提升。

4 結語

當前我國很多學校的用電管理系統仍舊使用半智能模式，學生浪費電量的現象嚴重，所以為了使學校的用電管理更加規范，學校應該重視校園用電系統的設計和使用，針對使用中存在的問題，對其加強監管，對系統使用中的各功能進行認真研究，建立和完善數據庫，使系統處理和調整實時數據更加方便，提升校園用電管理效率，還應該進一步研究該技術在其他領域的創新和應用。

作者簡介：孟繁華（1985— ），男，河北邢臺，本科，講師；研究方向：電子商務規劃與設計。

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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