校园用电集中管理中的NFC技术研究

摘 要：文章概述了NFC技术和NFC技术校园用电集中化控制管理系统平台的构建，并提出了学生寝室集中化用电管理系统使用时存在的不足，以期为该技术在校园用电管理中的应用提供依据。

关键词：校园用电；集中管理；NFC技术

近距离无线通信技术（Near Field Communication，NFC）是由诺基亚、飞利浦和索尼公司共同研发的短距离无线连接的技术，它整合射频识别（Radio Frequency IDentification，RFID）读卡器和智能卡功能，直接利用现有的RFID基础设施和不同的NFC设备实现交互。在10 cm工作范围内，NFC技术和其电子设备之间进行数据交换，通过点对点的非接触方式传输相关的数据。国内RFID被称为免接触式射频识别，现在NFC技术传承和兼容了RFID技术，主要在手机能电子设备之间完成通信活动。因为NFC技术是天然的近场通信技术，具有较高的安全性，所以未来可能会被很多领域运用，具有广阔的发展前景。

1 NFC技术概述

1.1 NFC技术

NFC是一种距离较近的无线通信技术，包括当前市场上有较高占有率的具有国际标准的非接触智能卡，通过互联互通技术和非接触式射频识别技术整合而成，在其单一的芯片上集合感应式卡片、读卡器以及点对点的功能，在短距离内实现识别兼容设备的功能，并进行相关的数据交换。

1.2 NFC设备的操作模式

（1）读/写模式，在读/写模式下，NFC技术已经开启了该种模式的手机，便于读取具有NFC标签或NFC设备的数据；（2）点对点模式，两个NFC设备可以在该模式下实现数据的交换，该模式符合国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC 8092 标准；（3）模拟卡片的模式，该模式下具有NFC功能的手机在和标签进行交换的时候可以充当读取器，另外，标签或被读取的无线卡片也能应用该模式的手机。

2 NFC技术校园用电集中化控制管理系统平台的构建

2.1 设计系统的主要组成部分

2.1.1 NFC载波电表的设计

NFC载波电表主要是对办公室、教室和学生寝室等用电单位各时间段内的用电情况进行计量和监控，一般在变压器区域内安装。该设计是升级和改造电子式智能电表获得的。设计的时候把NFC技术芯片装在表内，利用NFC技术快速传送、交换数据及安全性的特点，统计和上报房间内的用电情况。还可以根据学校的实际情况，跟部门的需求，把特殊的传感器加入表内，使表内的数据通过数据总线向数据中心传送时更加安全快捷。

2.1.2 集中器的设计

集中器主要是收集房间内NFC载波电表的用电数据和采集校园内用电终端的虚拟数据，通过处理和存储数据与数据处理中心实现信息交换。该系统设计的集中器，运用模块化的设计，CPU采用32位高速嵌入式微处理器。在对校园用电进行集中化管理时，在变压器的区域安装上集中器，利用敷设的低压电力线和该区域内的NFC载波电表组成下行信道实现通信，完成NFC載波电表内用电数据采集的任务。另外，数据处理中心利用校园网络和后台管理系统，结合集中器组成上行信道，进行通信传输。利用该设计，集中器每天会按照管理系统的设置，完成抄表读表、存储NFC载波电表数据的任务。

2.1.3 数据处理中心的设计

数据处理中心作为校园集中化用电控制管理系统的核心，对整个系统的数据进行传输、处理和应用，使系统安全的运行得到保障，同时还对其和其他终端数据的交换起着监督作用。设计的时候分为软件系统和硬件计算机网络系统两部分。软件系统设计主要是对中心平台的数据进行整理、分析和调整等；硬件系统设计包括数据库存储的服务器、采集服务器、网络硬件设备。通过设计数据处理中心可以完成采集数据信息、设置系统参数、监测系统计量等管理任务。

2.1.4 电控柜的设计

校园集中化用电控制管理系统的电控柜分为单片机硬件设备和校园用电管理常用的上位机管理软件，前者监测校园各部门的用电情况，尤其是对于学生寝室，监测系统利用485总线通信对多个寝室的用电实现监测，根据连接总线的节点数决定监测的数量。可以根据每层楼寝室的数量，合理地选择节点的数目，把电控柜放入每层楼梯口或楼梯内安全的地方。每间寝室的实际用电会在柜上的液晶屏上显示出来，电控柜会针对寝室用电超功率的情况发出节约的报警。电控柜还可以对长时间超过工作电流值的寝室发出超负荷的信号，触发寝室的报警传感器，给学生安全用电的提示。该设计对学生合理安全地用电起到了引导作用，保障了寝室和学生的财产安全。

2.2 设计系统的通信方式

2.2.1 电力线载波通信

电力线载波通信指的是利用模拟或数字信号，使数据通信的传输在电力线上快速完成的传输方式。它的优点是利用现有的网络线路，便能传递数据，比较适合改造传统的校园用电，因此把该技术运用在校园用电集中化管理方面，适应当前高校的实际状况，但是该技术也有一定的缺陷：（1）在三相电力线上传输信号会造成一定的损失，因此一般普通的电力信号会在单相电力线上传输；（2）电力载波信号还会受配电变压器的阻碍，因此它的传送只能发生在单一的配电变压器区域，所以每个变压区应该至少安装一台集中器设备；电力线会产生脉冲干扰，我们日常使用的交流电周期为0.02 s，频率为50 Hz，所以它会在每个周期的两侧峰值产生两次脉冲干扰；（4）电力线通过的载波信号会被很大程度削减，尤其是电力线有严重的负荷时，会更加削减载波信号。

2.2.2 校园无线网

在信息时代，校园无线网主要安装在有线网络布线有限制的区域。无线网利用空中电磁波接收和发送数据信息，省略了繁琐的网络布线的工作，其中计算机、无线网卡、无线天线、Access Point等都是校园用电管理系统用到的无线局域网硬件。如果无线网络内的网络设备有较远的距离，可以利用无线天线增强其信号，使数据能进行快速正常的传输，使校园用电管理系统网络的运行得以保障。

2.2.3 构建校园用电管理系统平台

通过设计校园集中化用电管理系统的4大模块，极大地满足了该系统软硬件设备的需求，并且利用单片机接口进行连接，NFC通信技术、电力载波技术和校园无线网络通信技术等使校园集中化用电控制管理系统软硬件设备实现很好的连接。通过构建系统的平台，对校园集中化用电实现安全的管理。

3 学生寝室集中化用电管理系统使用时存在的不足

3.1 同一种类不同节点通断电时间不一致

在不同的学生寝室楼出现了通断电时间不一致的情况，寝室通断电的时间不能按照事先设定的时间统一执行。通过检查发现该问题主要是由于系统的指令得不到及时的响应。通过修改和完善系统的执行软件，妥善地处理了这个问题，同时还使 NFC一卡通维护网络的效率得到提升，使系统的运行更加稳定。

3.2 寝室欠费充值后，不能自动恢复通电

在使用系统的过程中经常发生这种情况，由于校园集中用电管理控制系统运用的是服务器、客户端的网络设计构架模式，寝室欠费充值后不能及时到账，可能是因为服务器处理问题的能力和其速度有直接关系。可以通过优化软件，同时提升服务器和宽带处理问题的能力，整体提升系统的响应速度和处理问题的能力，使寝室欠费充值后不能及时到账供电的问题基本上杜绝，使系统的稳定性得到提升。

3.3 对学生寝室管理使用该系统的认识不足

使用NFC技术集中用电管理能使学生寝室用电的安全意识得到提升，是智慧校园得以实现的途径。针对寝室管理系统认识不足和覆盖面不够全面的问题，可以运用校园网、宣传栏、辅导员组织培训、学生会组织学习使用等形式进行宣传，使学生快速接受NFC技术校园集中用电管理系统的相关服务。

3.4 寝室用电管理岗位缺乏专业技术人员

管理人员不仅业务素质要高，还应该具有熟练的操作计算机的技能和使用校园集中用电管理控制系统的专业素质，还应该对校园集中用电控制系统运用原理深入地了解，具有自行解决简单问题的能力。针对管理人员素质参差不齐的问题，应该对管理人员和操作人员定期进行上岗培训和相关的技能考核，使系统产生故障时响应的速度得到基本解决，促进校园集中用电管理控制系统可以为教职工提供更有效的服务。

3.5 处理流程不畅、信息反馈机制不健全

在控制管理系统应急响应的速度问题得到解决以后，学生寝室系统使用过程中的相关问题得到完善，学生对校园集中用电控制管理系统的认识得到了提升，使其对违规电器的类型和简单的处理故障的流程更加明确，真正实现了网上解决问题，减少了不必要的途徑。同时还可以在校园网和寝室楼电子宣传栏上安装电子滚屏，及时通告和公示解决上报问题的程度，使学生对校园集中用电管理的满意程度大大提升。

4 结语

当前我国很多学校的用电管理系统仍旧使用半智能模式，学生浪费电量的现象严重，所以为了使学校的用电管理更加规范，学校应该重视校园用电系统的设计和使用，针对使用中存在的问题，对其加强监管，对系统使用中的各功能进行认真研究，建立和完善数据库，使系统处理和调整实时数据更加方便，提升校园用电管理效率，还应该进一步研究该技术在其他领域的创新和应用。

作者简介：孟繁华（1985— ），男，河北邢台，本科，讲师；研究方向：电子商务规划与设计。

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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