CN102693620B - 一种无线抄表系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于智能电网领域的无线抄表系统，包括若干无线电能表和集中器；所述集中器通过无线网络连接各个所述无线电能表，其中所述无线电能表包括第一无线通信模块和第一传感器，所述第一无线通信模块包括第一调制解调器，所述集中器包括第二无线通信模块和第二传感器，所述第二无线通信模块包括第二调制解调器；所述无线电能表上设置第一加密/解密模块，所述集中器上设置第二加密/解密模块。其技术效果是：对所述用电信息或者所述采指令的射频信号进行加密，防止侵入所述无线网络的非法用户截取所述用电信息或者采集指令，从而保证了抄表工作安全而又准确的进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能电网领域的无线抄表系统。
背景技术
抄表系统是智能电网对用户侧电表上的数据进行抄录，并将这些数据反馈给供电部门的系统。抄表系统能否及时准确抄录这些数据并反馈给供电部门对于整个电网的安全运行有着至关重要的影响。因此抄表系统是整个智能电网中不可缺少的关键组成部分。无线抄表系统是目前推广使用的一种抄表系统，它利用无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)进行数据的传递，所述无线传感器网络是一系列微功率通讯技术的通称，它在低功耗、低成本的前提下，解决抄表通信难题，适合于测量点多、范围分散场合的低压抄表系统。无需布线，安装成本低。
无线抄表系统优点在于：无线抄表系统具有自组织网络的特性，无线抄表系统中的无线电能表可以寻找射频范围内所有的集中器和中继器无线节点，不受电力线拓扑网络的影响，同时在一定条件下，射频范围内所有的集中器和无线中继器无线节点越多，所述无线电能表和所述集中器可选择的路由路径越多，提高了抄表系统网络可靠性；无线抄表系统信道质量不受电网质量的影响，容易保证信道长期可靠性，相应地较能适应现场不同电网环境的新旧城市农村社区情况。同时无线抄表系统的实时性好，速率较高，便于实现实时性要求高的增值服务如远程预付费等。同时，无线抄表系统对于单个数据包的有效传输速率可达到1600b/s以上，支持中小动力用户三相多功能表的大数据量。同时在集中器的在远程通信信道失效的情况下，可以应急与无线手持抄表终端实现现场抄表的功能，比红外速度更快，使用更方便。
所述无线抄表系统的缺点在于：无线抄表系统数据收发是敞开式的，在射频范围内其它设备都可以收到，黑客容易对用电数据进行篡改，影响了数据的正常传输和电网的运行安全，同时无线抄表系统的传输距离受到障碍物的影响很大，障碍物会严重缩短传输距离。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种无线抄表系统，所述无线抄表系统能够防止外来的黑客进行攻击。
实现上述目的的一种技术方案是：一种无线抄表系统，包括若干无线电能表和集中器；所述集中器通过无线网络连接各个所述无线电能表，其中所述无线电能表包括第一无线通信模块和第一传感器，所述第一无线通信模块包括第一调制解调器，所述集中器包括第二无线通信模块和第二传感器，所述第二无线通信模块包括第二调制解调器；所述无线电能表上设置第一加密/解密模块，所述集中器上设置第二加密/解密模块。
进一步的，所述第一加密/解密模块为第一AES模块，所述第二加密/解密模块为第二AES模块。
进一步的，所述第一加密/解密模块包括第一跳频合成器、第一跳频控制器和第一滤波器；所述第二加密/解密模块包括第二跳频合成器、第二跳频控制器和第二滤波器。
进一步的，所述集中器和所述无线电能表之间设置无线中继器。
再进一步的，所述无线中继器包括放大电路和滤波电路。
进一步的，所述无线网络为ZigBee无线网络。
进一步的，所述无线抄表系统还包括配电考核表，所述配电考核表与所述集中器并联。
进一步的，所述集中器上设置无线输出模块。
采用了本发明的一种用于智能电网领域的无线抄表系统的技术方案，即在所述无线电能表上设置第一加密/解密模块，所述集中器上设置第二加密/解密模块。其技术效果是：在所述用电信息或者所述采指令的射频信号进行加密，防止所述侵入所述无线网络的非法用户截取所述用电信息或者采集指令，从而保证了抄表工作安全而又准确的进行，保证了电网的安全运行。
附图说明
图1为本发明的一种无线抄表系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种无线抄表系统是基于无线传感器网络的一种无线抄表系统。所述无线抄表系统，包括若干无线电能表1和集中器3；所述集中器3通过无线网络连接各个所述无线电能表1。其中所述无线电能表上设置第一传感器、第一无线通信模块、第一单片机和第一电源模块，所述第一无线通信模块包括第一调制解调器。所述集中器3上设置第二传感器、第二无线通信模块、第二单片机和第二电源模块，所述第二无线通信模块包括第二调制解调器。
其中，所述第一传感器和所述第二传感器是形成无线传感器网络所必需的组成部分。所述第一电源模块是为所述无线电能表1工作提供电源的，所述第二电源模块是为所述集中3器提供电源的。所述第一电源模块和所述第二电源模块提供的都是直流电源。
本实施例中所用的无线传感器网络是ZigBee网络，ZigBee网络是目前使用最为广泛的无线传感器网络。不过必须说明的是采用其它无线传感器网络也是可以的。
所述集中器3要进行用电信息采集作业时，由所述第二单片机发出信息采集指令，并将所述采集指令由所述第二调制解调器转化成为采集指令的射频信号。所述无线电能表1上的第一传感器在接收到所述采集指令的射频信号后，通过所述第一单片机控制所述第一无线通信模块接收所述采集指令的射频信号，再由所述第一调制解调器将所述采集指令的射频信号转化成为采集指令。然后所述无线电能表1进行用电信息采集。
所述无线电能表1在抄录的用户的用电信息后，所述第一调制解调器将所述用电信息转化成用电信息的射频信号，所述第一无线通信模块发出所述用电信息的射频信号。
所述集中器3上第二传感器在探测到所述用电信息的射频信号，通过所述第二单片机控制所述第二无线通信模块接收所述用电信息的射频信号。所述第二调制解调器将所述用电信息的射频信号转化成为用电信息，并保存在所述集中器3的存储芯片中。
本实施例中，为了克服无线传感器网络，传输距离受到障碍物的影响很大，障碍物会严重缩短传输距离的缺点，所述无线抄表系统中还设置了无线中继器2，所述无线中继器2上设置第三无线通信模块和放大电路，所述第三无线通信模块的作用在于：转发所述用电信息的射频信号或者所述采集指令的射频信号，便于所述用电信息的射频信号或者所述采集指令的射频信号绕开障碍物；所述放大电路的作用在于：放大所述用电信息的射频信号或者所述采集指令的射频信号，增加所述用电信息的射频信号或者所述采集指令的射频信号的传播范围。所述无线电能表1可通过在所述3上加装放大电路实现。
此时，所述第一单片机的另外一个作用就是根据无线传感器网络的协议，选择合适的所述无线中继器2，完成所述用电信息的射频信号的传递。所述第二单片另外一个作用就是根据无线传感器网络的协议，选择合适的所述无线中继器2，完成所述采集指令的射频信号的传递。
本发明的一种无线抄表系统的最大改进在于所述无线电能表1上设置第一加密/解密模块，所述集中器3上设置第二加密/解密模块。本发明中，提供了两种实施例。
第一种实施方式为：所述第一加密/解密模块为第一AES模块，所述第二加密/解密模块为第二AES模块。所述第一AES模块的作用在于通过AES算法对所述用电信息的射频信号进行AES加密或者对所述采集指令的射频信号进行AES解密；所述第二AES模块的作用在于通过AES算法对所述采集指令的射频信号进行AES加密或者对所述用电信息的射频信号进行AES解密。采用所述第一AES模块，所述第二AES模块的作用在于：对所述用电信息或者所述采集指令进行端到端的高阶加密，提高了所述用电信息或者所述采集指令的安全性。AES算法是目前公认的最佳的高阶加密的算法。
第二种实施方式：所述第一加密/解密模块包括第一跳频合成器、第一跳频控制器和第一滤波器；所述第二加密/解密模块包括第二跳频合成器、第二跳频控制器和第二滤波器；所述第一跳频合成器和所述第一跳频控制器组成第一跳频器；所述第二跳频合成器和所述第二跳频控制器组成第二跳频器。
在所述用电信息传输的过程中，所述第一加密/解密模块中：所述第一跳频控制器为核心部件，其作用包括对外来跳频信号的图案产生、同步、自适应进行控制等；所述第一跳频合成器在跳频控制器的控制下合成所需的外来跳频信号频率。
在传统的定频通信的系统中，无线通信模块中设置主振荡器，所述主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的，类似于主振荡器的装置叫跳频器。
本发明中，所述用电信息的射频信号可以是模拟信号或者数字信号。所述第一跳频合成器对所述用电信息的射频信号和所述外来跳频信号进行混频，输出符合要求的跳频信号，并通过所述第一无线通信模块发射出去。该跳频信号也属于射频信号。
在所述用电信息接收过程中，先由所述第二滤波器进行滤波，以消除第一跳频合成器进行混频所产生的影响，得到所述用电信息的射频信号。而所述用电信息的射频信号进入所述第二调制解调器，经所述第二调制解调器的解调，最终得到就是用电信息。
为了保证所述跳频信号的质量和安全性，要求所述用电信息的从所述第一无线通信模块的输出频率要比所述跳频控制器所产生的外来跳频信号高出一个中频。因为外来跳频信号的频率是跳变的，则要求经所述第一跳频合成器混频所述输出的跳频信号的频率也随着外来信号的跳变规律而跳变，这样才能通过混频获得一个固定的中频信号。而所述第二无线通信模块接收的所述跳频信号比所接收的外来跳频信号频率相差一个中频。这样有利于所述第二滤波器对所述跳频信号进行滤波。
所述跳频信号常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，这样的跳频信号结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期。
采用所述第一加密/解密模块包括第一跳频合成器、第一跳频控制器和第一滤波器；所述第二加密/解密模块包括第二跳频合成器、第二跳频控制器和第二滤波器的技术方案后，所述用电信息传递构成中的隐蔽性增强，所述用电信息也难以被非法用户所截获。只要非法用户不清楚所述跳频信号的跳变规律，就很难截获所述用电信息。同时，所述用电信息传输过程中的抗干扰能力增强，所述用电信息传输过程中即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。所述用电信息传输过程中，也易于与其他的设备兼容。
在所述采集指令传输的过程中，所述第二加密/解密模块中：所述第二跳频控制器为核心部件，包括对外来跳频信号的图案产生、同步、自适应进行控制等；所述第二跳频合成器在所述第二跳频控制器的控制下合成所需的外来跳频信号频率。
所述采集指令的射频信号可以是模拟信号或者数字信号。所述第二跳频合成器对所述用电信息的射频信号和所述外来跳频信号进行混频，输出符合要求的跳频信号，并通过所述第二无线通信模块发射出去。该跳频信号也属于射频信号。
在所述用电信息接收过程中，先由所述第一滤波器滤波，以消除第二跳频合成器进行混频所产生的影响，得到所述采集指令的射频信号。而所述采集指令的射频信号进入所述第一调制解调器，经所述第一调制解调器的解调，最终得到就是用电信息。所述用电信息通过所述RS485总线传递给所述电能表后，进行用电信息的采集。
本发明的无线抄表系统，还包括一个配电考核表4，所述配电考核表4与所述集中器3并联，用于监控各个所述无线电能表1的用电信息，并对各个所述无线电能表1的用电信息进行汇总和统计，同时对电网的电压等数据进行测量，以保证电网的供电质量。
所述集中器3上还设有无线通信模块，用以通过公共外网，与远程控制终端进行通信，并通过所述公共外网将所述用电信息传递给所述远程控制终端。此外，所述集中器3和所述无线电能表1均内置安全芯片，用以进一步保障所述用电信息和所述采集指令在传递过程中的安全。
本发明中，所述无线电能表1上的所述第一无线通信模块的还设置下行口，所述下行接口可以为RS485接口或是RS232接口，所述RS232接口包括标准RS232接口和TTL电平232接口，与RS485电能表或RS232电能表通信。这种方式适合电能表分散安装的场合。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (5)
1.一种无线抄表系统，包括若干无线电能表（1）和集中器（3）；所述集中器（3）通过无线网络连接各个所述无线电能表（1），其中所述无线电能表（1）包括第一无线通信模块和第一传感器，所述第一无线通信模块包括第一调制解调器，所述集中器（3）包括第二无线通信模块和第二传感器，所述第二无线通信模块包括第二调制解调器；其特征在于：所述无线电能表（1）上设置第一加密/解密模块，所述集中器（3）上设置第二加密/解密模块，
所述第一加密/解密模块包括第一跳频合成器、第一跳频控制器和第一滤波器；所述第二加密/解密模块包括第二跳频合成器、第二跳频控制器和第二滤波器，其中：
第一跳频控制器为所述第一加密/解密模块中的核心部件，包括对外来跳频信号的图案产生、同步、自适应进行控制；
第二跳频控制器为所述第二加密/解密模块中的核心部件，包括对外来跳频信号的图案产生、同步、自适应进行控制；
第一跳频合成器和第二跳频合成器分别对用电信息的射频信号和所述外来跳频信号进行混频，输出符合要求的跳频信号，并分别通过所述第一无线通信模块和第二无线通信模块发射出去。
2.根据权利要求1所述的一种无线抄表系统，其特征在于：所述集中器（3）和所述无线电能表（1）之间设置无线中继器（2）。
3.根据权利要求2所述的一种无线抄表系统，其特征在于：所述无线中继器（2）包括放大电路和滤波电路。
4.根据权利要求1所述的一种无线抄表系统，其特征在于：所述无线网络为ZigBee无线网络。
5.根据权利要求1所述的一种无线抄表系统，其特征在于：所述无线抄表系统还包括配电考核表（4），所述配电考核表（4）与所述集中器（3）并联。
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