CN202563312U - 一种用于智能电能表现场维护的手持设备 - Google Patents

一种用于智能电能表现场维护的手持设备 Download PDF

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刘鹰
李保丰
翟峰
吕英杰
付义伦
冯占成
吴春亮
岑炜
袁泉
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Abstract

本实用新型提供一种用于智能电能表现场维护的手持设备,所述手持设备包括:控制处理单元、通信单元、安全单元、智能卡接口单元、输入输出单元和供电单元;所述控制处理单元分别与所述通信单元、所述安全单元、所述智能卡接口单元、所述输入输出单元和所述供电单元相连接。本实用新型的有益效果:完成对费控电能表的密钥下装与恢复、负荷开关控制、充值、参数设置和数据读取等操作;解决用电信息采集系统现场碰到的各种实际问题、提高现场服务效率和质量、增加客户满意度;增加了安全单元,保证手持设备的传输数据不被篡改、数据的机密性与完整性不被破坏以及用户的身份不被冒用。

Description

一种用于智能电能表现场维护的手持设备
技术领域
本实用新型涉及手持设备领域,具体涉及一种用于智能电能表现场维护的手持设备。
背景技术
电力用户用电信息采集系统已于2008年全面开展统一建设工作,电力用户用电信息采集系统是一种电能信息采集、处理和实时监控系统,能进行电能数据自动采集、异常计量、电能质量监测、用电分析、用电管理、具备相关信息发布、分布式能源监控和智能用电设备的信息交互等功能。在该系统的网络架构中,采集终端和主站之间的通信方式是GPRS无线公网,采集终端与电能表之间的通信方式一般是电力载波或小无线,通信方式以及天气因素等势必影响主站与智能电能表之间的数据通信质量和服务响应速度。为了提高客户服务质量,迅速解决通信问题手持设备广泛应用于该系统。
传统的手持设备虽然可以实现数据的采集、存储、传输和处理等基本功能,解决主站和电能表之间的通信问题,但由于采集系统采用公共网络,该线路没有完全与其它用户进行物理隔离,攻击者可通过窃听、监视或者破译等技术手段获取机密信息。
申请号“CN200580038267.9”、名称为“具有射频通信能力的双协议手持现场维护工具”公开了一种具有射频通信能力的双协议手持现场维护工具。可以依靠插入手持现场维护工具的SDIO槽内的SDIO卡来提供射频通信。还提供了一种使用双协议手持现场维护工具与过程进行交互的方法。
本发明人经长期潜心研究发现,尽管上述技术为一种用于智能电能表现场维护的手持设备提供了基础技术,但仍没达到手持设备的传输数据不被篡改、数据的机密性与完整性不被破坏,用户的身份不被冒用,本发明对传统手持设备做了相应的改进,增加了安全单元和智能卡读写单元等,实现了手持设备与主站、电能表、采集终端通信时的数据加密和解密、安全地设置和读取电能表参数、对电能表进行充值和密钥更新等功能,为主站与电能表之间提供了一个可靠、安全、便捷的通信媒介。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于智能电能表现场维护的具有加解密功能的手持设备,所述手持设备包括:控制处理单元、通信单元、安全单元、智能卡接口单元、输入输出单元和供电单元;
所述控制处理单元分别与所述通信单元、所述安全单元、所述智能卡接口单元、所述输入输出单元和所述供电单元相连接。
进一步地,所述智能卡接口单元采用接触式卡座接口或非接触式射频卡接口。
进一步地,所述安全单元包括安全模块,所述安全模块内安装有操作员卡和业务卡;
所述安全模块上设有安全模块接口,所述安全模块接口采用5针和2针单排插针作为连接件。
进一步地,所述控制处理单元包括控制微处理器、存储单元和时钟芯片。
进一步地,所述微处理器通过通信单元与所述存储单元进行数据读写;与所述安全模块进行身份认证和数据加解密;
所述微处理器通过接口转换芯片与所述时钟芯片时钟一致。
进一步地,所述时钟芯片具有硬时钟芯片,当更换电池时,通过电容对时钟数据进行保护,防止时钟数据丢失.
进一步地,所述存储单元包括:
FLASH存储器,用于存储支持现场服务终端各项功能的源程序;
SDRAM存储器,用于存储日志、任务信息临时数据。
进一步地,所述通信单元分为:主站通信单元和设备通信单元。
所述主站通信单元包括:本地通信接口或远程接口;
所述本地通信接口采用485接口或USB接口;
所述远程接口采用红外通信接口、载波通讯接口、小无线通信接口、蓝牙通信接口或远程通信模块。
进一步地,,所述设备通信单元包括下述任一或全部接口:红外接口和RS485接口。
进一步地,所述输入输出单元包括:本地通讯口、用于显示指示灯和液晶屏信息的用户显示口以及通过按键键盘输入信息的用户信息输入接口;
所述本地通讯口包括数字量/模拟量采集接口、跳闸控制输出接口、红外通信接口和RS485接口。
更进一步地,用户通过所述按键键盘与所述控制处理单元进行通信,所述按键键盘包括0-9数字键,上、下、左、右方向键,确认键,退出键,功能键,删除键以及小数点键;所述0-9数字键与26个字母复用。
再进一步地,所述供电单元选用规格为4400mAH的智能电池。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
(1)用于智能电能表现场维护的手持设备可在主站系统或者营销系统线路不通的情况下,完成对费控电能表的密钥下装与恢复、负荷开关控制、充值、参数设置和数据读取等操作;
(2)提高现场服务效率和质量。切实解决用电信息采集系统现场碰到的各种实际问题,增加客户满意度;
(3)增加了安全单元。保证了手持设备的传输数据不被篡改、数据的机密性与完整性不被破坏以及用户的身份不被冒用。
附图说明
图1是本实用新型手持设备的总体结构示意图;
图2是本实用新型实施例中手持设备应用网络结构图;
图3是本实用新型实施例中手持设备的业务流程图;
图4是本实用新型实施例中手持设备设参流程图;
图中:1、控制处理单元;2、通信单元;201、主站通信单元;202、设备通信单元;3、供电单元;4、安全单元;5、输入输出单元;6、智能卡接口单元。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型的手持设备包括控制处理单元、通信单元、安全单元、智能卡接口单元、输入输出单元和供电单元;所述控制处理单元分别与所述通信单元、所述安全单元、所述智能卡接口单元、所述输入输出单元和所述供电单元相连接。其中,供电单元选用的是规格为4400mAH的智能电池,用于保证手持设备正常工作而向整个设备供电;主站经由通信单元发送指令帧给手持设备的控制处理单元,控制处理单元根据主站的指令对电能表进行充值、参数设置或更新;同样手持设备所接收的电能表信息也可由通信单元将数据发回到主站;输入输出单元可以显示数据给本地用户,也可直接对电能表进行充值或设参;其中,输入输出单元可控制I/O口进行数据的输入输出。智能卡接口单元采用接触式卡座接口或非接触式射频卡接口。
与传统手持设备的最大改进之处在于本实用新型的手持设备增加了安全单元,安全单元主要用于手持设备与主站、电能表、终端通信时完成身份认证以及数据信息加解密操作,以保证手持设备的传输数据不被篡改、数据的机密性与完整性不被破坏,用户的身份不被冒用。
如图2所示,为了更好地提高现场维护效率,手持设备应用网络结构它主要由四部分组成,即主站系统、通信系统、手持设备和智能电能表。
主站系统主要由数据管理系统库服务器、前置服务器和密码机组成。数据库服务器主要维护手持设备的操作员信息、手持设备信息、任务信息等系统所需要的数据维护信息,前置服务器主要用于监听客户端和手持设备的数据请求信息,并根据请求内容进行协议解析,根据数据请求调用数据库服务器产生应答信息,或通过调用密码机实现客户端和手持设备的身份鉴别和数据加解密。
主站系统可以通过电力系统信息内网与手持设备进行通信。或通过操作员站通过USB接口以有线的方式与手持设备通信,实现任务数据的上传与下载。
考虑现场维护人员的实际操作环境,实现手持设备的任务数据随时随地的上传下载,手持设备设计有GPRS通信模块,通过采集系统搭建的无线VPN和APN公网信道传输数据信息。也设计有USB接口,可以通过操作员站的USB接口实现任务的本地下载和日志上传。
在手持设备管理系统中,操作员的身份鉴别和数据的加解密主要集中在主站系统侧和手持设备侧。在主站系统侧部署的加密设备为SJJ1009电能计量密码机,在手持设备中部署的加解密设备为具有加解密功能的操作员卡和业务卡。管理系统在数据通信过程中主要使用密码机设备实现操作员的身份鉴别、密钥协商、任务记录的数据加解密保护、MAC计算和数据校验等功能。上述操作过程主要使用的是国家密码管理局推荐的国密SM1对称密码算法,后期的身份鉴别过程可能会升级为国密SM2非对称密码算法。
如图3所示,是手持设备实施各项业务的流程,具体步骤为:
1)在手持设备中放入自己的操作员卡和业务卡;
2)按电源键开机,启动系统守护程序和终端服务主程序;
3)程序自动检查安全单元的工作状态主要包括操作员卡,业务卡还有安全单元存储器的工作状态;
4)根据显示的操作员名称,输入操作员卡密码登录系统;
5)选择通信通道;
6)下载要执行的任务;
7)下载相关任务的操作权限;
8)执行任务;
9)上传执行结果日志;
如图4所示,以参数设置为例,可说明本实用新型手持设备的具体工作流程,在手持设备已满足操作员设置参数权限的前提条件下,手持设备参数设置主要包括三个步骤:
(1)创建参数设置任务:手持设备可以通过键盘根据电能表的实际需要创建参数设置任务也可根据主站指令从主站下载参数设置任务。
当设参是由主站发起时,首先需要手持设备和主机进行相互身份认证,认证成功后手持设备向主站索取可用的方案列表,选取任务并向主站请求任务,主站收到请求后将选定任务的标识、操作者代码以及密文形式的计算保护码所用的随机数以及上述信息的MAC传输到手持设备,手持设备将上述信息传递到安全单元模块进行注册,注册成功后就可以从主站下载任务所包含的记录了。
当手持设备根据实际需要设参时,首先由手持终设备选取一个未用的标识,传递到安全单元进行注册。安全单元将读取安全单元的操作员卡,取得操作员代码和计算存贮保护码所使用的随机数,存贮在安全单元的存储区中,然后手持设备列出所有可设参数的列表或类似界面,供操作员选择参数并输入参数值。对输入的每一个参数,其参数标识、参数值长度和参数值,送入安全单元中计算保护码,此时,保护码和输入的数据信息就可以组成任务记录。
(2)记录输入:当创建参数完毕后,手持设备可将任务记录录入到手持设备的存储单元。
(3)设置电能表参数:手持设备可通过设备通信单元设置电能表参数或通过智能卡接口发卡设置电能表参数。设置过程是将存储的记录逐条送入安全单元中,安全单元验证保护码并根据参数的类型产生手持设备写表或写卡所需的数据。
本实用新型提供的用于智能电能表现场维护的具有加解密功能的手持设备功能完善,基本能满足电力用户用电信息采集系统建设的需要,其功能具体有以下几个方面:
1)抄表功能
本手持设备可以通过通信单元获取电能表信息,主要包括电能表通信地址、表号、客户编号等信息的获取、用户购电信息的获取以及电能表中安全芯片ESAM信息的获取;
2)读取数据功能
本手持设备可以通过通信单元读取电能表未加密的常规数据和按照主站指令读取电能表的数据等功能,所读取的数据具有完整性校验,具备防篡改功能;
3)参数设置功能
本手持设备可以通过通信单元或智能卡接口单元设置电能表第一类数据、第二类数据、第三类数据等以及安全芯片相关的参数,也可以配置运行参数。
4)充值功能
本手持设备可以实现开户充值、充值以及充值并合闸等功能;
5)现场负荷开关控制功能
本手持设备可以控制费控电能表的负荷开关的通断,实现电能表跳闸、允许合闸、保电、保电解除、报警以及报警解除等功能;
6)任务管理功能
本手持设备可以进行任务管理,主要包括任务下载、操作权限下载、日志上传和密钥信息下载等功能;
7)更新密钥功能
本手持设备可以实现密钥下装功能,主要包括对本地费控电能表的身份认证密钥、参数更新密钥、远程控制密钥的下装、对远程费控电能表的主控密钥、身份认证密钥、参数更新密钥和远程控制密钥的下装和实现密钥恢复功能;实现密钥恢复主要包括对本地费控电能表的身份认证密钥、参数更新密钥、远程控制密钥的恢复、对远程费控电能表的主控密钥、身份认证密钥、参数更新密钥和远程控制密钥的恢复功能。
结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到:本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换,但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (13)

1.一种用于智能电能表现场维护的具有加解密功能的手持设备,其特征在于,所述手持设备包括:控制处理单元、通信单元、安全单元、智能卡接口单元、输入输出单元和供电单元;
所述控制处理单元分别与所述通信单元、所述安全单元、所述智能卡接口单元、所述输入输出单元和所述供电单元相连接。
2.根据权利要求1所述手持设备,其特征在于,所述智能卡接口单元采用接触式卡座接口或非接触式射频卡接口。
3.根据权利要求1所述的手持设备,其特征在于,所述安全单元包括安全模块,所述安全模块内安装有操作员卡和业务卡;
所述安全模块上设有安全模块接口,所述安全模块接口采用5针和2针单排插针作为连接件。
4.根据权利要求1所述的手持设备,其特征在于,所述控制处理单元包括控制微处理器、存储单元和时钟芯片。
5.根据权利要求4所述的手持设备,其特征在于,所述微处理器通过通信单元与所述存储单元进行数据读写;与所述安全模块进行身份认证和数据加解密;
所述微处理器通过接口转换芯片与所述时钟芯片时钟一致。
6.根据权利要求4或5任一项权利要求所述的手持设备,其特征在于,所述时钟芯片具有硬时钟芯片,当更换电池时,通过电容对时钟数据进行保护,防止时钟数据丢失。
7.根据权利要求4所述的手持设备,其特征在于,所述存储单元包括:
FLASH存储器,用于存储支持现场服务终端各项功能的源程序;
SDRAM存储器,用于存储日志、任务信息临时数据。
8.根据权利要求1所述的手持设备,其特征在于,所述通信单元分为:主站通信单元和设备通信单元。
9.根据权利要求8所述的手持设备,其特征在于,所述主站通信单元包括:本地通信接口或远程接口;
所述本地通信接口采用485接口或USB接口;
所述远程接口采用红外通信接口、载波通讯接口、小无线通信接口、蓝牙通信接口或远程通信模块。
10.根据权利要求8所述的手持设备,其特征在于,所述设备通信单元包括下述任一或全部接口:红外接口和RS485接口。
11.根据权利要求1所述的手持设备,其特征在于,所述输入输出单元包括:本地通讯口、 用于显示指示灯和液晶屏信息的用户显示口以及通过按键键盘输入信息的用户信息输入接口;
所述本地通讯口包括数字量/模拟量采集接口、跳闸控制输出接口、红外通信接口和RS485接口。
12.根据权利要求11所述的手持设备,其特征在于,用户通过所述按键键盘与所述控制处理单元进行通信。
13.根据权利要求1所述的手持设备,其特征在于,所述供电单元选用规格为4400mAH的智能电池。 
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