支援NFC連接功能　預付費電表有效控制電量使用

使用預付費電表的基本原則是提前購買電能，並以某種方式通知預付費電表，也就是說，客戶可以決定所需及想要消耗的電量。這個解決方案讓使用者能更好地控制其電能的使用，當預付費的電量被全部消耗後，如果使用者不續費，系統會自動斷電，這就是預付費電表與基於固定費率計費的傳統電表最大的不同。

對於預付費電表市場而言，打造付費基礎設施是必須的，一般來說銀行帳戶、ATM取款機、自動售貨站或商店應該都可以購電。

預付電表解決方案多元化

典型預付費電表的主要元件包括，用於測量累計用電的計量元件、使電表(用戶)斷電的接觸器，以及將電量餘額載入到電表的預付費傳感元件。根據預付費傳感元件，可以區分不同類型的預付費電表解決方案：

NFC是一款特殊的近距離(幾公分)無線技術，可使智慧型裝置安全地連接到其他支援NFC技術的設備，如預付費電表，且該技術已普遍用於銀行業，並結合安全微控制器(MCU)。

含括三大重點元件　預付費電表參考設計成形

目前有兩家公司共同推出基於該技術的典型預付費電表參考設計，提供可安全重載電量餘額的預付費電表。該參考設計包括三個關鍵元件，分別是MK30X微控制器、ATVaultIC460(安全元件)和NFC晶片組。

該電表採用32位元MCU做為計量引擎核心，該MCU基於Cortex-M4內核，且帶有一個整合式類比前端(AFE)，主要功能是週期性地讀取來自外部電壓和電流感測器的資料，並連續計算其他數值，如功率和累計的電能。

由於主要計算技術基於快速傅立葉轉換(FFT)，電表可以在全部四象限中精確地測量電能(導入/匯出電能、主動/被動電能)，並對電源進行完整的頻率分析。 MCU的另一個功能是與板載自動讀表(AMR)介面進行通訊，如光電隔離RS232介面、發光二極體(LED)脈衝輸出介面、紅外線IEC1107介面，以及用於與射頻(RF)/ZigBee子卡進行通訊的I2C/串列周邊介面(SPI)。

另外該MCU還可以與板載人機介面(HMI)配合使用，如用於顯示所需數值的液晶顯示(LCD)，以及用於功能表選項的內置按鈕。 該參考設計的另一個重要元件是獨立式射頻子卡，該子卡包含兩個主要功能--安全功能和NFC通訊功能。該安全元件是保證預付費電表與電力公司和賣電經銷商之間端到端安全性的基礎。該參考射頻子卡採用內部安全ATVaultIC460和NFC晶片組。

ATVaultIC460安全模組可提供全面的安全功能，如相互認證、證書的驗證與生成、加密和解密，以及密匙存儲管理。此外，控制器符合EAL4+，可支援三級FIPS 140-2和其他認證和標準。

該安全模組結合了以上所有加密服務和8/16位精簡指令集(RISC)處理器，提供超出計量應用範圍的安全控制解決方案。該設計中的NFC連接功能使用戶採用無接觸式智慧卡技術或通過NFC電話提交電費。子卡上的NFC連接功能採用Microread 3.4控制器和開放式NFC協定，且擁有安全功能能和MK30 MCU的射頻/NFC透過I2C進行連接，再藉由基於標準主機通訊介面(HCI)協定進行通訊。

用於該參考設計的韌體是基於MQX即時操作系統(RTOS)，該系統可改善代碼結構，為高階市場的理想選擇。同時該RTOS可讓使用者配置並平衡代碼尺寸，滿足性能要求，且其透過緩解工程師開發或維護高效調度系統和中斷處理的負擔，可以使開發人員加快開發週期。另外該RTOS還可以提供帶有簡單應用程式介面(API)的框架工作，透過嵌入式處理器產品組合，實現以上特性和功能。

MK30 MCU單相安全、預設定電表的關鍵優勢為：

採NFC介面付費　電表可快速接收電費資料

圖1顯示安全預付費解決方案在實際應用中的工作原理。首先，用戶必須在預付費電表中為電費餘額進行續費，在這之前，用戶必須透過供應商在其行動電話上刷新電費餘額，讓該供應商從用戶的銀行帳戶中扣走足夠的金額。

圖1　端到端安全預付費電表參考設計，可為預付費電表開發人員提供堅實、安全的解決方案。

充值時，電表的NFC介面會接受到一個新的餘額請求，在相互認證之後，開始將來自智慧手機或智慧卡中的電費轉移到電表中。之後，被接收的資料和整條資訊的數位簽章會被驗證，成功驗證後，電表會啟動其接觸器(電能鎖存繼電器)，該接觸器將連接電表(載入)與電源。

當電表不斷地測量累計電量，接收的電費將根據電量的使用進行扣除，當電費為0時，電表會與電源斷開；如果用戶想要繼續用電，就必須續費。

(本文作者任職於飛思卡爾)