CN110717199B - 一种paygo模式下的光伏板加密方法及加密系统 - Google Patents

一种paygo模式下的光伏板加密方法及加密系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种PAYGO模式下的光伏板加密方法及加密系统，属于光伏板加密领域。本发明加密方法包括如下步骤：主机检测到光伏板PV电压，发送验证发起信号给光伏板上的加密板；加密板收到验证发起信号后，将验证发起信号处理后返回给主机；主机与加密板进行双向加密验证；如果验证不通过，或设定时间内没有收到加密板反馈的信息，主机切断光伏板输入电路，如果认证通过，光伏板正常使用；光伏板正常使用过程中，主机每隔一定时间发送加验证发起信号给加密板，与加密板进行双向加密验证一次。本发明的有益效果为：保证主机与光伏板的安全，高效的使用环境，排除了用户使用其他劣质的，功率不匹配的光伏板而导致危险的可能。

Description

一种PAYGO模式下的光伏板加密方法及加密系统
技术领域
本发明涉及一种光伏板加密方法，尤其涉及一种PAYGO模式下的光伏板加密方法，还涉及一种实现光伏板加密方法的加密系统。
背景技术
新能源行业在全球倡导绿色环保的大环境下正在飞速发展。光伏储能发电是其中非常重要的一部分。目前很多发展中和经济落后的国家的现状是：本身的电力基础设施不齐全，无法保证日常家庭用电，但随着经济的发展，生活水平的提高，家庭对用电的需求日益增加，然而一整套光伏储能产品的价格是大部分家庭无法一次性承受的，于是PAYGO(即收即付)模式应运而生。这种模式下，不需要一次性承担产品的所有费用，用户在付完首期款后即可购买产品，需要时再进行付费使用，类似于分期付款，并且这种模式更加灵活。同样的，给光伏储能产品供应商带来的极大的风险，因为首期款可能连成本都收不回来。而光伏板是光伏产品的配件，能脱离产品而自主工作，会造成用户没有续费，却仍能使用光伏板供电。这样违背了产品以及PAYGO模式的初衷。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种PAYGO模式下的光伏板加密方法，还提供一种实现所述PAYGO模式下的光伏板加密方法的加密系统。
本发明PAYGO模式下的光伏板加密方法包括如下步骤：
步骤一：主机检测到光伏板PV电压，发送验证发起信号给光伏板上的加密板；
步骤二：加密板收到验证发起信号后，将验证发起信号处理后返回给主机；
步骤三：主机与加密板进行双向加密验证；
步骤四：如果验证不通过，或设定时间内没有收到加密板反馈的信息，主机切断光伏板输入电路，如果认证通过，光伏板正常使用；
步骤五：光伏板正常使用过程中，主机每隔一定时间发送加验证发起信号给加密板，与加密板进行双向加密验证一次。
本发明作进一步改进，步骤四中，如果加密板在设定时间没有收到主机发送的验证发起信号，或验证主机失败，加密板通知光伏板关闭输出。
本发明作进一步改进，若验证失败，光伏板验证功能锁定设定时间，随着验证失败次数增多，锁定时间随着增加，解锁后再重复验证过程。
本发明作进一步改进，步骤三中，主机与加密板双向验证方法为：
S1：主机ARM生成随机数RdA,用密钥KeyA加密后得到ERdA，并将ERdA发到光伏板的加密板；
S2：加密板用密钥KeyA解密ERdA得到RdA，然后产生一个随机数RdB，将RdA和RdB用密钥KeyB加密得到ERdAB，并将ERdAB发给主机ARM；
S3：主机ARM用密钥KeyB解密ERdAB得到RdAB，然后取出RdA和步骤S1中的RdA比较，若相同，则主机端验证通过，若不相同，则验证不通过；
S4：主机端验证通过后，主机ARM用密钥KeyA对RdAB加密得到ERdAB’，并将ERdAB’发给加密板；
S5：加密板用密钥KeyA解密ERdAB’得到RdAB，然后取出RdB和步骤S2中生成的RdB比较，若相同，则加密板端认证通过，若不相同，则验证不通过。
本发明作进一步改进，主机ARM和加密板采用的加密方法为：将产生的随机数分别用密钥KeyA与密钥KeyB异或之后，通过移位组成一个新的16位值,解密算法为将收到的16位的值分为两个8位，分别用密钥KeyA与密钥KeyB异或之后还原数值。
本发明还提供一种实现所述PAYGO模式下的光伏板加密方法的加密系统，包括相互通信的主机和光伏板，所述光伏板包括DC-DC电路、PV开关电路、加密单片机、接口电路，其中，所述DC-DC电路将电压调整为5V为加密单片机供电，所述加密单片机通过接口电路与主机双向通信，加密单片机控制PV开关电路的通断。
本发明作进一步改进，加密单片机包括单片机U2，所述接口电路为485接口电路，包括集成电路U3，其中，
所述集成电路U3的引脚1通过电阻R6分别与接地电容C10和单片机U2的引脚6相连，集成电路U3的引脚2和引脚3通过电阻R17接单片机U2的引脚5，集成电路U3的引脚4通过分别与接地电容C11和电阻R14一端相连，电阻R14另一端接单片机U2的引脚6，集成电路U3的引脚5接地，引脚6和引脚7分别通过电阻接主机端，并为主机提供电源，引脚8分别与5V电源和并联的电容C8、C9的一端相连，电容C8、C9另一端接地，
单片机U2引脚8接地，引脚1分别与电阻R12的一端和5V电源相连，引脚4与电阻R12的另一端和PV开关电路控制端相连，引脚3悬置，引脚2通过串联的电阻R18和电阻R19接地。
本发明作进一步改进，所述PV开关电路包括开关管Q1、三极管Q2，及其外围电阻，其中，所述三极管Q2的基极分别与电阻R16和电阻R15的一端相连，电阻R15另一端和三极管Q2发射极接地，电阻R16另一端接单片机U2引脚4，三极管Q2的集电极通过电阻R10分别与电阻R7的一端和开关管Q1的栅极相连，开关管Q1的漏极分别接电阻R7的另一端和电源，开关管Q1的源极输出电压。
本发明作进一步改进，所述光伏板与主机通过四芯电源线连接，一条PV电源，一条地线，两条数据线。
本发明作进一步改进，所述主机包括主机ARM、分别一主机ARM相连用于与光伏板通信的接口电路和对光伏板充电控制的太阳能控制器，还包括与主机ARM相连的用于显示加密情况的液晶显示屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：保证加密光伏板与电池管理端配套使用，因为光伏板和电池管理端在充电功率，负载能力等方面需要保持匹配，本发明可以保证它们都得到安全、高效的使用环境，排除了用户使用其他劣质的，功率不匹配的光伏板而导致危险的可能。
附图说明
图1为本发明加密方法流程图；
图2为主机ARM与加密板交互示意图；
图3为本发明系统框图；
图4为加密光伏板电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明本发明PAYGO模式下的光伏板加密方法包括如下步骤：
步骤一：主机检测到光伏板PV电压，发送验证发起信号给光伏板上的加密板；
步骤二：加密板收到验证发起信号后，将验证发起信号处理后返回给主机；
步骤三：主机与加密板进行双向加密验证；
步骤四：如果验证不通过，或设定时间内没有收到加密板反馈的信息，主机切断光伏板输入电路，如果认证通过，光伏板正常使用；
步骤五：光伏板正常使用过程中，主机每隔一定时间发送加验证发起信号给加密板，与加密板进行双向加密验证一次。
PV指的是光伏板，包含本发明用到的加密板。
在步骤四中，如果加密板在设定时间没有收到主机发送的验证发起信号，或验证主机失败，加密板通知光伏板关闭输出。若验证失败，光伏板验证功能锁定设定时间，随着验证失败次数增多，锁定时间随着增加，解锁后再重复验证过程。
本例的主机端和PV端都存储加密算法。通讯的信号为TTL电平信号，本例的传输规定为：高电平—延时50us—低电平—延时30us为通讯起始信号；高电平—延时100us—低电平为结束信号。传输加密的值为16位，1码的传输信号为高电平—延时10us—低电平—延时20us；0码的传输信号为高电平—延时10us—低电平—延时10us。每一帧数据都由启动信号开始。
优选地，在步骤三中，加密策略为双向认证的高可靠性的方案，并且采用高速且可靠的数据对称多层次的加密方式，
本例主机与加密板双向验证方法为：
S1：主机ARM生成随机数RdA,用密钥KeyA加密后得到ERdA，并将ERdA发到光伏板的加密板；
S2：加密板用密钥KeyA解密ERdA得到RdA，然后产生一个随机数RdB，将RdA和RdB用密钥KeyB加密得到ERdAB，并将ERdAB发给主机ARM；
S3：主机ARM用密钥KeyB解密ERdAB得到RdAB，然后取出RdA和步骤S1中的RdA比较，若相同，则主机端验证通过，若不相同，则验证不通过；
S4：主机端验证通过后，主机ARM用密钥KeyA对RdAB加密得到ERdAB’，并将ERdAB’发给加密板；
S5：加密板用密钥KeyA解密ERdAB’得到RdAB，然后取出RdB和步骤S2中生成的RdB比较，若相同，则加密板端认证通过，若不相同，则验证不通过。
作为本发明的一个实施例，主机ARM和加密板采用的加密方法为：将产生的随机数分别用密钥KeyA或密钥KeyB异或之后，通过移位组成一个新的16位值,解密算法为将收到的16位的值分为两个8位，分别用密钥KeyA或密钥KeyB异或之后还原数值。
例如：随机数A：0b0100,与KEYA 0b1111异或得加密值A 0b1011
移位组合 A 0b1011 0000
拆分：A 0b1011
解密:A 0b1011与KEYA 0b1111异或得随机数A：0b0100
随机数B：0b1010,与KEYB 0b1001异或得加密值B 0b0011
移位组合 0b0011 0000
拆分：B 0b0011
解密:B 0b0011与KEYB 0b1001异或得随机数B：0b1010。
为确保抗击不可预估的干扰，认证的容错率和通过率由产品的使用环境和实际运行方式进行调整。可设定其重认证的次数，认证失败处理的进行的速度来开关光伏充电的动作响应。从而制定出符合产品，符合市场的高贴合、高可靠、高安全光伏加密策略。
本发明的加密方法具有通用性：同一规格的产品通用加密部件；稳定性：多次工作，都可稳定地进行加密工作；可靠性：有效防止非配套光伏板用于光伏储能产品上；同时，防止光伏储能产品配套的PV板被用于其它设备上。
如图3所示，本发明还提供一种实现所述PAYGO模式下的光伏板加密方法的加密系统，包括相互通信的主机和光伏板，所述光伏板包括DC-DC电路、PV开关电路、加密单片机、接口电路，其中，所述DC-DC电路将电压调整为5V为加密单片机供电，所述加密单片机通过接口电路与主机双向通信，加密单片机控制PV开关电路的通断。所述光伏板与主机通过四芯电源线连接，一条PV电源，一条地线，两条数据线。
所述主机为内置电池及电池管理端的机箱，用于对电池进行充电管理，包括主机ARM、分别一主机ARM相连用于与光伏板通信的接口电路和对光伏板充电控制的太阳能控制器MPPT(最大功率点跟踪太阳能控制器)，还包括与主机ARM相连的用于显示加密情况的液晶显示屏。
本发明通过在光伏板上内置一个LED灯来指示加密情况；主机作为电池管理端，本例在主机上设置液晶屏显示加密情况。
如图4所示，本例加密板主要为单片机MC32P7031。该单片机的性能符合该加密方案的特点，具有高抗干扰性；2K*16ROM空间充足；3个带蜂鸣器PWM功能的定时计数器。加密单片机包括单片机U2，所述接口电路为485接口电路，包括集成电路U3，其中，
所述集成电路U3的引脚1通过电阻R6分别与接地电容C10和单片机U2的引脚6相连，集成电路U3的引脚2和引脚3通过电阻R17接单片机U2的引脚5，集成电路U3的引脚4通过分别与接地电容C11和电阻R14一端相连，电阻R14另一端接单片机U2的引脚6，集成电路U3的引脚5接地，引脚6和引脚7分别通过电阻接主机端，并为主机提供电源，引脚8分别与5V电源和并联的电容C8、C9的一端相连，电容C8、C9另一端接地，
单片机U2引脚8接地，引脚1分别与电阻R12的一端和5V电源相连，引脚4与电阻R12的另一端和PV开关电路控制端相连，引脚3悬置，引脚2通过串联的电阻R18和电阻R19接地。
所述PV开关电路包括开关管Q1、三极管Q2，及其外围电阻，其中，所述三极管Q2的基极分别与电阻R16和电阻R15的一端相连，电阻R15另一端和三极管Q2发射极接地，电阻R16另一端接单片机U2引脚4，三极管Q2的集电极通过电阻R10分别与电阻R7的一端和开关管Q1的栅极相连，开关管Q1的漏极分别接电阻R7的另一端和电源，开关管Q1的源极输出电压。
本例的工作原理为：
光伏板接受到太阳照射，产生光伏电压(家用的光伏储能产品配套的光伏板，电压一般为9V-48V，本发明以36V为例)，经过DC-DC降压为5V，给加密板单片机MC32P7031供电，PV开关电路默认是MOS管打开状态，主机ARM检测到PV电压，发送加密信息给485接口，通过两条数据线将信息发送光伏板加密板，加密板单片机通过485接口读取到加密信号，会将加密信息处理之后返回给主机，主机ARM与加密板进行双向通信，加密认证通过后，加密板单片机将PV开关电路打开，PV正常供电给主机，完成光伏板加密操作。之后加密板与主机定时通信一次。以保证加密的完整性。如果在加密设定的时间内，双方加密认证不通过，将会关闭相应的IO口，关闭充电。在经过再次允许加密的时间后，再次读取加密的信号，如此反复。
本发明保证加密光伏板与电池管理端配套使用，因为光伏板和电池管理端在充电功率，负载能力等方面需要保持匹配，本发明可以保证它们都得到安全、高效的使用环境，排除了用户使用其他劣质的，功率不匹配的光伏板而导致危险的可能。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种即收即付模式下的光伏板加密方法，其特征在于,包括如下步骤：
步骤一：主机检测到光伏板PV电压，发送验证发起信号给光伏板上的加密板；
步骤二：加密板收到验证发起信号后，将验证发起信号处理后返回给主机；
步骤三：主机与加密板进行双向加密验证；
步骤四：如果验证不通过，或设定时间内没有收到加密板反馈的信息，主机切断光伏板输入电路，如果认证通过，光伏板正常使用；
步骤五：光伏板正常使用过程中，主机每隔一定时间发送验证发起信号给加密板，与加密板进行双向加密验证一次,
步骤三中，主机与加密板双向验证方法为：
S1：主机ARM生成随机数RdA,用密钥KeyA加密后得到ERdA，并将ERdA发到光伏板的加密板；
S2：加密板用密钥KeyA解密ERdA得到RdA，然后产生一个随机数RdB，将RdA和RdB用密钥KeyB加密得到ERdAB，并将ERdAB发给主机ARM；
S3：主机ARM用密钥KeyB解密ERdAB得到RdAB，然后取出RdA和步骤S1中的RdA比较，若相同，则主机端验证通过，若不相同，则验证不通过；
S4：主机端验证通过后，主机ARM用密钥KeyA对RdAB加密得到ERdAB’，并将ERdAB’发给加密板；
S5：加密板用密钥KeyA解密ERdAB’得到RdAB，然后取出RdB和步骤S2中生成的RdB比较，若相同，则加密板端认证通过，若不相同，则验证不通过。
2.根据权利要求1所述的即收即付模式下的光伏板加密方法，其特征在于：步骤四中，如果加密板在设定时间没有收到主机发送的验证发起信号，或验证主机失败，加密板通知光伏板关闭输出。
3.根据权利要求1所述的即收即付模式下的光伏板加密方法，其特征在于：若验证失败，光伏板验证功能锁定设定时间，随着验证失败次数增多，锁定时间随着增加，解锁后再重复验证过程。
4.根据权利要求1-3任一项所述的即收即付模式下的光伏板加密方法，其特征在于：主机ARM和加密板采用的加密方法为：将产生的随机数分别用密钥KeyA与密钥KeyB异或之后，通过移位组成一个新的16位值,解密算法为将收到的16位的值分为两个8位，分别用密钥KeyA与密钥KeyB异或之后还原数值。
5.一种实现权利要求1-4任一项所述即收即付模式下的光伏板加密方法的加密系统，其特征在于：包括相互通信的主机和光伏板，所述光伏板包括DC-DC电路、光伏板开关电路、加密单片机、接口电路，其中，所述DC-DC电路将电压调整为5V为加密单片机供电，所述加密单片机通过接口电路与主机双向通信，加密单片机控制光伏板开关电路的通断。
6.根据权利要求5所述的加密系统，其特征在于：所述接口电路为RS485接口电路。
7.根据权利要求6所述的加密系统，其特征在于：所述光伏板开关电路包括开关管Q1、三极管Q2，及其外围电阻，其中，所述三极管Q2的基极分别与电阻R16和电阻R15的一端相连，电阻R15另一端和三极管Q2发射极接地，电阻R16另一端接加密单片机，三极管Q2的集电极通过电阻R10分别与电阻R7的一端和开关管Q1的栅极相连，开关管Q1的漏极分别接电阻R7的另一端和电源，开关管Q1的源极输出电压，当所述开关管Q1断开时，关闭光伏板的输出，当所述开关管Q1导通时，打开光伏板的输出。
8.根据权利要求6所述的加密系统，其特征在于：所述光伏板与主机通过四芯电源线连接，一条光伏板输出电源线，一条地线，两条数据线。
9.根据权利要求5所述的加密系统，其特征在于：所述主机包括主机ARM、与主机ARM相连用于与光伏板通信的接口电路和对光伏板充电控制的太阳能控制器，还包括与主机ARM相连的用于显示加密情况的液晶显示屏。
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