终端信息采集

2024-08-25

终端信息采集（精选10篇）

终端信息采集篇1

1 终端基础知识

按照国家电网公司企业标准《电力负荷管理系统通用技术条件》的规定, 由电能表RS-485接口输出电能量值管理技术参数至终端, 在实际运用中, 也存在部分终端的工作电源需要接至电能计量装置电压回路的技术要求。一般的数据采集终端仅接入电压回路, 分为三相四线和三相三线。电压来源可引自电压互感器的二次回路电压或低压母线电压, 分别为100 V和220V/380 V。根据终端电压规格接入对应接线端口。

终端控制回路:装置中带有2对动合、动断接点, 可分别控制2个开关, 根据供电公司需要选择所要控制的开关, 接入其跳、合闸回路中, 可实现分轮次控制2个开关的开闭。

终端采集回路:终端电能表的数据采集通过RS-485接口采集。通信线采用2芯屏蔽线, 线径不小于0.5 mm, 最大接入线径为2.0 mm。终端RS-485接口的A端与电能表RS-485接口的A端相连, B端与B端相连, 屏蔽线必须一端接地。

对于具有负荷控制功能的终端, 需要将电能计量装置二次电压、电流接入终端装置, 使其从电能表RS-485接口获取实时功率量值, 发出开、闭开关指令。

2 终端安装基本原则

(1) 由于现场环境的不同, 安装要求应满足各网省公司的相关设计。终端的连接应遵照厂家提供的安装使用说明书和技术要求, 并符合电力营销管理要求。

(2) 终端的安装位置应方便管理、调试、充值, 线缆在计量箱、柜外的走向应做好安全防护措施。

(3) 不得将终端输出控制负荷开关的跳闸电源接入电能计量装置的电压回路。

(4) 终端的工作电源应根据现场条件, 尽可能取自不可控电源上, 以保证终端正常工作。

3 终端安装一般规定

(1) 针对不同的环境条件, 终端安装必须考虑计量表计和电动断路器的位置, 并根据客户侧的电压等级、计量方式和配电设施的不同, 采用不同的安装方案。

(2) 应方便客户刷卡充值和查询终端数据。

(3) 有利于控制电缆、通信电缆、电源电缆的走线和可靠连接。

(4) 尽量能使客户的值班人员或相关人员听到终端语音报警信息。

4 终端安装位置

(1) 终端安装位置根据计量表计的位置来确定, 计量表计位置在柱上, 终端安装在柱上;计量表计位置在配电室里, 终端安装在配电室里;计量表计位置在箱式变电站内, 终端安装在箱式变电站侧壁上。

(2) 在变电站内, 终端应安装在主控制室计量屏内的适当位置或安装在开关柜上空置的仪表室内。

(3) 在户内, 如为启用预付费功能的终端, 为方便刷卡和查询等操作, 要避免装在屏内, 应在满足方便敷设信号电缆、控制电缆、电源线等情况下, 安装在配电屏外侧或配电室墙上;只用于监测的非预付费终端可安装在屏内。

(4) 在户外, 应使终端安装位置既方便操作, 又不易遭外力破坏, 且终端语音报警信息能够被客户察觉。如终端与电能表受现场条件限制, 无法采用电缆连接时, 可选用微功率无线数传模块进行无线连接。

(5) 在地下室, 或安装位置的信号强度弱不能保证正常通信时, 应当采用远程无线通信中继器进行无线通信。

5 终端安装方式

(1) 户外杆架式安装。终端装在电力配电箱中, 通过抱箍安装在户外计量杆上, 安装高度不小于1.5 m。控制线、电压回路线通过PVC保护管或镀锌电线管接入终端。

(2) 公用变压器箱式安装。终端装在电力配电箱中, 通过螺栓固定安装在箱式变电站固定箱体上, 安装高度不小于1.5 m。控制线、电压回路线通过PVC保护管接入终端。

(3) 地面室内挂式安装。终端装在电力配电箱中, 通过螺栓固定安装在墙体上, 安装高度不小于1.5 m。由一次设备引出控制线、电压回路线通过电缆沟 (地下) 、PVC管 (地上) 敷设接入终端。

(4) 地下室内挂式安装。终端装在电力配电箱中, 通过螺栓固定安装于墙体上, 安装高度不小于1.5 m。由一次设备引出控制线、电压回路线通过电缆沟 (地下) 、PVC管 (地上) 敷设接入终端。通信系统由RS-485线引出通过中继器进行抄读。

(5) 变电站内安装。终端可直接装入变电站主控制室计量屏内。该计量屏必须要有充足的空间, 面板上预留安装孔;可装入开关柜的仪表室内, 控制线、电压回路线均可利用现有电缆沟敷设接入终端。通信系统中所用通信线必须外引, 通信线长度大于50 m时, 另加装中继器进行通信。

6 采集和控制终端线接入要求

(1) 终端连接电能表原则上采取“一台终端与接入的所有电能表RS-485接口的同名端并联方式”, 即每只电能表和数据设备连接终端装置共用一根屏蔽电缆用于RS-485数据采集。连接电缆的网状屏蔽层应在终端一侧可靠接地。

(2) 为满足抄表实用化的要求, 客户的计量总表必须接入终端, 同时应尽量将客户的扣减表全部接入。

(3) 终端连接负荷控制开关原则上采取“一个负荷控制开关一根电缆”方式。终端应保证接入两路跳闸, 原则上第一轮跳闸应接入客户的非重要负荷, 第二轮跳闸接入高压侧或低压侧总开关。对于有跳闸功能的终端, 还要根据被控开关型式, 将跳闸控制线缆准确接入采集终端的对应接点端口。

(4) 电缆进入配电屏柜, 应绑扎整齐并固定。电缆在屏、柜内敷设应与带电、发热、可动部件保持足够的距离。

(5) 终端电源线、抄表线、控制电缆在配电盘内及安装箱内的连接均应按照电力行业规范编号并套上号箍。

(6) 各类电缆的敷设都应横平竖直, 转角处应满足转弯半径要求, 不得陡折、斜拉、盘绕和扭绞, 导线的颜色应遵循电力行业规范。

(7) 电缆应沿墙、管、孔、沟道敷设, 不得凌空飞线或摊放地面。不得不横空跨越的, 在室内应通过槽板、电缆桥架, 在室外可依托钢丝绳。

(8) 安装箱内的端子排必须完整编号, 箱门内侧应附安装箱端子排与终端端子对应接线简图。

7 注意事项

(1) 在进行电能计量装置的安装工作时, 应填写第二种工作票和装接工作单。带电接线时作业人员应戴绝缘手套。

(2) 严格防止电压互感器二次回路短路或接地;严格防止电流互感器二次回路开路。

(3) 测试引线必须有足够的绝缘强度, 以防止对地短路, 且接线前必须用绝缘电阻表检查一遍各测量导线每芯间, 芯与屏蔽层之间的绝缘情况。

(4) 终端装置接电工作时, 应采取防止短路和电弧灼伤的安全措施。电杆上安装终端装置与电压互感器配合时, 宜停电进行。

(5) 终端箱均应可靠接地, 且接地电阻应满足规程要求。作业人员在接触运行中的终端箱前, 应检查接地装置是否良好, 验电后方可接触。

(6) 在二次回路上进行终端装置工作需将高压设备停电或做安全措施, 并提前通知客户, 做好备用电源的投入使用准备。工作中禁止将回路的永久接地点断开。

(7) 变电站内工作时, 应满足行业规定的施工技术要求, 注意二次线路的敷设, 采取必要的屏蔽措施。

(8) 安装客户终端时, 应注意不要损坏客户设备功能。

终端信息采集篇2

烟草行业零售终端信息采集与运用心得

卷烟市场信息采集是建立现代卷烟营销体系的重要基础性工作。市场信息的采集、分析与利用，驱动着卷烟需求预测、货源组织、货源供应和品牌培育等营销关键业务的开展，是订单供货的起点、把握市场真实需求的前提、工商协同营销的依据、“卷烟上水平”的有效支撑。笔者以辖区情况为例，针对零售终端信息采集与运用进行探讨。

一、零售终端信息的有效采集

（一）终端信息采集的方法和样本确定

辖区客户数量众多，笔者所在的安徽黄山市就有9000户左右的持证户，其中歙县区域有2600户左右，如果全面展开采集工作，不但消耗人力、物力，而且在信息的时效性上也大打折扣，所以采取抽样调查法进行。

样本的抽取数量根据要求的准确度来确定，准确度越高，样本数则越多。样本的对象则要符合覆盖不同经营规模的各个业态、守法经营、经营状况稳定、有区域代表性等特点。目前，我们营销部省级终端信息采集的样本数在100户左右，市级的在150户左右，样本客户严格按照要求进行抽取。

（二）终端信息有效采集的关键点

客户经理作为维系行业与市场沟通的一个重要力量，通过相对完善的流程和工作要求，可以收集到数量繁多的信息。那么，如何才能得到有效的信息呢？

（1）确保信息采集的规范性。一是要规范采集标准，严格按照《地市级公司卷烟零售终端信息采集操作办法》执行；二是要规范采集时间，信息必须在送货的前一天采集，每周采集一次；三是要规范采集过程，解决信息采集的及时性和准确性等问题，确保采集整体工作的效率和质量。

（2）提高信息采集的真实性。一是要加强与客户的沟通和交流，向客户详细介绍信息采集的目的，提高他们的积极和主动性；二是要实地上门采集，特别要做好采集前的预约工作，通过面对面的采集来保证原始数据的真实和可靠性；三是要加强经营指导，通过提高他们经营卷烟的重视程度来提高配合度，培养他们养成定期盘点库存、合理储存卷烟的良好习惯。

（3）突出信息采集的价值性。一是要围绕市场维度展开采集，市场状态信息主要包括销量、价格、消费习惯、市场净化和市场环境变化等；二是要围绕品牌维度展开采集，品牌状态信息主要包括上柜情况、销量走势、需求满足情况、单品库存状况、价格波动和美誉度等；三是要围绕客户维度展开采集，客户状态信息主要包括卷烟陈列、销量、品牌推荐能力、盈利能力和配合度等。

（4）提高信息采集的准确性。一是要保证零售客户层面数据的准确性，真实的未必是准确的，比如零售客户家中有40条库存，假设其中含有串码烟3条，显然这3条就不能计算在内，要予以剔除，这就需要在盘点时，客户经理要格外的认真和仔细；二是要保证客户经理的录入准确率，不能因为品牌规格多就存有厌烦情绪，粗心大意。录入信息处理系统后，要进行多次的核对，再进行数据上报。当然，如果系统含有数据校验功能，那就再好不过了。

二、零售终端信息的分析与运用

一是运用于营销业务，提高主体能力建设

（1）可以提高卷烟预测能力。一是通过终端库存总量、单品库存量、消费结构、订单满足率等数据对此来科学的分析市场，准确的预测自然状态下的市场需求；二是通过外界环境变化比如重点工程动工时间、人流状况、吸烟人数、日均消费量、工程实施的进度、消费品牌等信息采集与持续跟踪分析，就可以测算出新增消费市场的相对准确的需求量；三是通过消费趋势的信息分析，尤其是戒烟人数增多、结构提升较快等信息分析，再结合消费市场专项调查等数据，就可以让我们从外在的显性、感性认识，得到内在的隐性、理性规律，以此来及时进行货源组织方面的调整，提高对市场的快速应变能力。从而，更加灵敏的反应市场，更加有效的满足市场需求，提升市场营销主体对市场的掌控能力。

（2）有利于提高品牌培育能力。随着国家局532/461品牌发展战略的出台，品牌培育工作显然成了当前营销工作的重点，虽然从目标客户选择、产品宣传推荐、促销品发放、终端环境布置、维护稳定价格、监控培育过程等方面开展品牌培育工作已经耳熟能详，但做到稳定价格却非易事。我们可以通过单品实时价格和库存信息采集，测算出价格指数的变化，从而来制定相应的投放节奏和数量策略，使价格一路坚挺，最终达到促进骨干品牌茁壮成长的目的。

二是运用于终端建设，提高零售客户的经营能力。

姜成康局长在工作报告中指出“要与零售客户建立更加良好的战略合作关系，努力提高零售客户盈利水平。加强对零售客户经营指导，努力满足零售客户货源需求，提高零售客户培育品牌水平，确保零售环节毛利率达到10%以上，促进零售客户与行业共同成长。”由此可见，加强卷烟零售终端建设、挖掘零售终端资源、实现零售终端价值是摆在烟草人面前的一项迫切的工作。那么，如何加强呢？

（1）运用信息进行横向和纵向分析。一是把客户现在的销量、均价、库存和盈利状况和周边的客户进行swot分析，寻找出优势、劣势、机会和威胁四个方面信息；二是通过客户目前的数据与自身以前的信息相对比，判断成长度是否在不断提升，如果下降则要寻找出其中原因，如果提升，是否还有再提升的空间和余地？依此来制定相应的客户经营能力提升和改进方案。

（2）运用存销比进行分析：根据单个客户的卷烟存销比和警戒标准，对于存销比过高的品牌规格，要指导客户及时消化库存，谨防积压，提高资金周转的灵活性；而对于存销比过低的品牌规格，要指导客户加大进货量，如果该品牌货源处于偏紧的状态，则要引导客户加大对有效替代品牌的订购量，这样可以避免出现产品脱销的现象，在不造成消费者流失的同时，又保证了利润稳定增长的良好态势。

终端信息采集篇3

关键词：GPS；手持设备；农村土地流转；信息采集

中图分类号： S127文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0382-05

收稿日期：2013-11-01

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2012BAJ23B05）。

作者简介：缪祎晟（1984—），男，江西上饶人，硕士，助理研究员，主要研究方向为农村土地流转与农业智能系统。Tel：（010）51503620；E-mail：miaoys@nercita.org.cn。

通信作者：吴华瑞，博士，研究员，主要研究方向为农业智能系统。Tel：（010）51503620；E-mail：wuhr@nercita.org.cn。随着农业生产力的发展与相关基础科技水平、工业实力的提高，中国已经进入“以工哺农，以城带乡”的发展阶段，建立以多功能形态和高新技术发展为支撑的现代农业已经成为农村经济发展的主要任务[1]。传统的农业生产方式和相对封闭的小农经济模式已限制农业发展，而以原有生产方式为基础的家庭联产承包责任制的不足也随之逐渐显现。农村集体土地流转是农村经济发展到一定阶段的产物，通过土地流转，可以开展规模化、集约化、现代化的农业经营模式[2]。具体包括农村集体土地所有者与建设用地使用者之间的土地使用权流转关系和土地使用者相互之间的土地使用权流转关系。集体土地使用权流转客体的建设用地，包括现实的已经被土地使用者合法取得建设用地使用权的土地和已被土地利用总体规划和乡（镇）村建设规划确定为建设用地的土地。

当前在建立农村土地流转机制中还存在许多问题，如可流转集体土地基础数据不完备、底数不清、产权产籍不明晰、城乡建设用地增减挂钩中虚增农用地等。传统的纸质土地流转台账方式也不便于保存、查找与管理，不符合土地流转快速发展的要求。土地流转台账的电子化管理，土地流转信息数字化录入、审核，建立土地流转数据库等已成为当前土地流转工作中的必然要求[3]。土地流转数据来源数字化可有效解决上述问题，本研究以高精度GPS定位技术为基础，研制农村土地流转成图设备，完成农村土地流转过程中的地理信息矢量数据、土地用途、权属、现场多媒体数据等信息的采集，为土地流转全过程数字化监管提供良好的技术手段与数据来源。

1基于CORS的高精度GPS定位概述

相对传统测量技术中的经纬仪、全站仪，GPS测量系统有如下优点：对作业条件要求不高，可单设备工作，测站间无需通视，能够克服地形、气候、季节等诸多不利因素的影响，定位精度较高，可提供三维数据测量，数据安全可靠[4]。GPS手持机将先进的嵌入式微处理器技术与嵌入式操作系统技术相结合，相当于一台集成了GPS功能的掌上小电脑，操作使用方便，数据输入、处理、存储能力强，数据导入导出方便快捷，而且可以通过定制软件直接实现现场矢量图生成，减少了常规方法的中间环节，速度快、精度高，是当前土地流转现场信息采集的主要技术手段。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，GPS信息传输过程又受到大气对流层、电离层对信号的影响，以及接收机附近产生的多径效应和其他外部干扰源信号等多种干扰，使得GPS接收机的定位精度受到很大限制。目前一般的GPS接收机的精度在十几到几十米，专业的GPS接收机也只能达到2～5米的单机定位精度。为进一步提高GPS的定位精度，采用基站提供的高精度参考数据进行差分运算，尽可能地消除上述因素造成的误差，通过差分技术GPS设备可将定位精度提高至分米级、厘米级。但自建基站的成本过高，于是利用多基站网络RTK技术应运而生，建立的连续运行卫星定位服务综合系统（continuous operational reference system，CORS）已成为GPS应用的热点之一[5]。

2农村土地流转现场成图设备设计

针对现有GPS地理信息采集设备计算性能及存储能力有限、集成网络通讯接口较少等问题，研制适于农村土地流转现场采集设备，实现土地流转现场数据的高精度采集、实时处理，全方位多途径实时数据双向传输，以及提供现场多媒体数据采集，为土地流转过程中提供现场状况的有力图像视频证明。同时针对土地流转领域缺乏相关的专业应用软件支持，部分应用软件存在操作不便、用户界面不够友好等问题，开发农村土地流转信息采集与数据更新系统，实现数据采集与采集调查业务的高效执行。

2.1系统结构

农村土地流转信息采集与数据更新设备的使用场景主要为农村户外条件，主要环境特点为太阳光强烈，雨水、尘土多等。针对以上使用条件，对设备的外观结构等要求如下：单手持，屏幕7英寸，有部分实体按键。采取防摔、防尘、防水三防设计，达到IP54防护标准。硬件架构上以ARM A8嵌入式微处理器为核心，主要集成以下功能模块：电源转换及管理模块，用于将电池输出电能进行电平转换，为设备工作提供能源并进行节能管理；数据通讯模块，用于本装置与各种网络的连接交互，主要集成网络方式有3G、Wi-Fi、蓝牙；外围接口电路模块，用于连接一些外设，如调试器、存储、显示等电路，集成的主要接口有SD/MMC、USB、UART、JTAG；触摸显示模块，用于用户界面展示以及交互；高精度GPS定位模块，用于定位采集当前地理位置信息。这些外围功能模块均与主芯片连接，并由ARM内核控制进行协同工作及数据通信，系统框如图1所示。

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2.2终端硬件选型与设计

考虑设备硬件的总体需求，结合系统结构设计中各模块的功能劃分情况，参照主芯片S5PC110的参数对各主要芯片及模块进行选型。各主要功能模块、芯片选型如表1所示。

主频最高可达1 GHz，512 M Flash，512 M SDRAM，集成多种常用接口控制器3G模块MC8630支持3G、GPRSWi-Fi/BT88W8686WIFI、蓝牙网络接入摄像头模组OV5630图像视频获取高精度GPSOEMV1获取高精度GPS定位信息电源转换MAX8698C电压转换，电源管理RTC时钟DS1302为系统提供实时时钟触摸液晶屏AT070TN847寸液晶屏，附带电容触摸板

根据上述芯片与模块选型进行电路板设计。由于主芯片S5PC110频率高、I/O数量多，设计电路复杂，势必增加电路板层数，而其余外围模块的电路设计相对较为简单，为降低整体电路设计难度与试制成本，将S5PC110为核心的主控电路单独设计核心电路板，其余外围电路设计为底板（母板）。核心板部分电路原理图如图2所示。

在电路原理图设计之后，进行PCB（Printed Circuit Board）的布局布线设计。布局设计应优先考虑主要器件，优先考虑结构位置有特定要求器件，优先考虑接口器件；而布线设计应优先考虑高频信号尤其是重要的时钟信号，优先考虑电源及地层的布置以保障电源平面完整。对于本设计，虽然CPU主时钟频率为1 GHz，SDRAM接口频率也超过 300 MHz，已属于高速信号范畴，但由于S5PC110采用MIP技术，将多颗裸片封装在一颗芯片内，大大降低了电路板设计的复杂度与要求。在电路板叠层与布线方面，核心板设计采用

6层电路板，从顶层到底层依次为元件层、地层、布线层1、布线层2、电源层、底层，布线间距最小为0.13 mm，最小线宽 0.13 mm，过孔大小0.13/0.25 mm；底板设计采用4层电路板，从顶层到底层依次为元件层、地层、电源层、底层，布层最小间距0.2 mm，最小线宽0.2 mm，过孔大小0.2/0.3 mm。

除却以上基本注意事项，对于高精度GPS采集设备重点是如何减小设备本身对定位精度造成的影响。其中主要考虑的是设备的电磁兼容性问题，因为GPS信号由卫星发射，经过大气层的衰减，到达地面接收机时标准幅度仅有几个毫伏，如此微小的信号很容易被周边的其他电磁噪声所淹没。GPS的信号频段为1.23 GHz和1.57 GHz，与CPU主频以及GPRS的频率相仿，非常容易受到干扰。对于这一问题，在PCB设计方面，尽可能减小所有走线的长度，对于CPU、GPRS模块等关键区域大面积铺铜，确保信号回流路径的完整、低阻抗，减小辐射产生。同时对于CPU、GPRS等易产生辐射的高频区域，采取接地屏蔽壳方式，减小各模块辐射对其他电路造成的影响，提高设备的电磁兼容性能。

2.3终端应用软件设计

采用安卓操作系统，开发土地信息采集与数据更新系统。使用操作系统的好处在于，便于对底层硬件资源如显示屏、串口、触摸输入、存储器、文件系统等进行管理和调度，应用软件设计就可以专注于业务流程等应用功能。针对农村土地流转的实际应用需求，土地信息采集与数据更新系统按照业务流程主要包括现状采集、复垦验收、多级联运巡查3个部分；GIS相关功能包括图形采集与编辑、属性采集与编辑、地图缩放浏览、图层管理、双向查询等；其他基本功能还包括用户管理、数据库管理、文件管理、图像采集、通信管理与数据同步等。按照系统前后台的详细功能划分如图3所示。

从业务流程来说，在用户成功登录后，可在用户管理菜单的任务管理项中查看和管理当前用户的任务及执行情况，点选任务类别后可查看任务列表以及执行情况，点击任务可跳转到任务执行界面。任务数据通过XML格式进行数据同步，地图文件或矢量数据通过拷贝方式获取。各功能模块主要数据包类定义如表2所示。表2主要功能模块类说明

包名称包含的子包包含的类类功能地图包地图显示子包com.land.transfer.mapshowMapShow地图显示类地图编辑子包com.land.transfer.mapeditMapEdit地图编辑类现状调查包现状调查信息子包 com.land.transfer.survey MySurvey 现状调查类复垦验收包复垦验收信息子包com.land.transfer. reclamationMyReclamation复垦验收类多级联动巡查包多级巡查信息子包 com.land.transfer. multistage MyMultistage 多级巡查类用户信息包用户信息子包 com.land.transfer.user UserTasks 用户任务类配置信息包配置信息子包 com.land.transfer.ini IniInfo 配置信息类

以复垦验收为例，该环节主要功能是对接受的复垦验收任务进行现场确认，采集记录任务地块的地理位置信息，基于下发的复垦验收任务与复垦矢量数据，确认复垦地块是否存在，地块位置与面积是否与任务一致，其他权属、用途等属性是否属实，并将相应结果与数据回传上报。主要软件界面如图4所示。

3结论

本研究针对农村土地流转中对现场数据的电子化采集需求，集成高精度GPS技术、嵌入式微处理器技术等，研制开发了农村土地流转信息采集与数据更新设备与系统。解决了现有设备采集精度不高，设备计算、存储能力不强，网络通信方

式单一，数据同步困难等问题。实现了现场地理信息数据的精确、快捷采集，从土地流转的采集源头进行了信息电子化，为土地流转全过程科学监管打下了坚实的数据基础。通过任务的下发与执行，实现了农村土地流转中的过程控制，同时结合地块属性、现场图像采集等，建立了全方位的土地流转现场资料，必将为农村土地流转全程监管的进一步深入推进起到积极作用。

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参考文献：

[1]张良悦. 农村土地流转的政策含义与政府作为[J]. 农村经济，2010（3）：17-20.

[2]杜军. 基于统筹城乡发展的土地资源优化配置研究—以重庆市长寿区为例[D]. 重庆：西南大学，2011：1-10.

[3]刘莉君. 农村土地流转的国内外研究综述[J]. 湖南科技大学学报：社会科学版，2013，16（1）：95-99.

[4]李琴. 高精度GPS数据采集仪的设计[D]. 杭州：浙江大学，2006：1-4.

[5]黎曦，汤丽琼. 手持低精度及高精度GPS接收机在林业调查中的应用研究[J]. 安徽农业科学，2012，40（23）：11908-11910.

[6]郭英起，史大起，黄声享，等. 高精度GPS测量中小波分析的应用[J]. 测绘工程，2009，18（3）：58-60，64.

[7]郭英起，黃声享. 高精度GPS定位中多路径影响研究述评[J]. 测绘科学，2009，34（3）：66-67.

[8]高秋华，张渝庆. 手持GPS接收机用于农村土地产权调查的方法[J]. 测绘通报，2003（10）：26-27，42.

[9]何玲. 一种手持式GPS接收机的研究与开发[D]. 武汉：武汉理工大学，2007：20-25.

[10]邓豹，王文智，张静. 基于某高速信号处理模块的信号完整性设计方法[J]. 航空计算技术，2010，40（2）：101-104.

[11]王晓明，高平. 提高手持GPS定位精度的方法研究[J]. 宁夏工程技术，2009，8（4）：338-340.

[12]张碧琴，毛治国，张旭. 基于CORS的高精度GPS测量方法在公路测量中的应用研究[J]. 公路交通科技：应用技术版，2011（11）：86-89.

[13]庞恩林，郑建生，蒋海丽，等. 基于嵌入式微处理器的GPS手持终端系统设计[J]. 电讯技术，2005，45（2）：53-57.更正：《江苏农业科学》2014年第42卷第7期319-321页所刊论文《著名信阳毛尖产地茶叶香气成分的GC-MS分析》，目次中作者误为“孙幕芳，王广铭”，更正为与正文相同的作者，即“孙慕芳，郭桂义”。特此更正，并向作者和读者致歉。

电能信息自动采集终端的设计篇4

随着国民经济的飞速发展和人民物质文化生活水平的不断提高,人们对电力的需求愈来愈大,对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高。另外,在工业系统中,对电子设备运行过程中的电参数进行实时检测与控制的要求也十分迫切。在这种趋势下,供电单位要向用户提供安全、优质的电力,但依靠传统的技术和管理手段已经无法实现。针对这些问题,根据社会发展的需要,依据电力工业部南京自动化研究所提出的要求,从实用化的角度出发,研制了一种电能信息自动采集终端。该系统具有结构简单,安装方便,易维护性强,经济性好等特点,并可通过低压载波和采集站进行数据传输,从而实现了电能信息的自动采集。因此电能信息自动采集终端对用电管理、配电管理实现智能化、自动化和科学化具有非常重要的意义,对国民经济的发展将起到不可估量的推动作用。

1 自动采集终端的设计

1.1 自动采集终端的功能和组成

终端站系统采用以89C51单片机[1]为核心的系统,可实现对1～16块电度表信息的采集、存储、传输及工作状态的显示等功能。其具体功能如下:对脉冲式电度表或经过改造的机械式电度表送来的脉冲进行计数,并把它转换为对应的电能量,实现对有功电能的计量;设置初值(地址号、表常数、电表底度等参数),保存1年内各用户各月的电能信息,分时计费;以电力载波方式和采集站通信;对各电度表的工作状态进行显示。

整个自动采集终端由脉冲计数模块、通信模块、时钟电路模块、工作状态显示模块和键盘操作模块五部分组成,其系统组成[2]如图1所示。

1.2 采用双CPU共用数据存储器AT24C32和双RS 232通信接口

按照脉冲式电度表标准,电度表的输出脉冲宽度为80 ms,脉冲周期的最小值为100 ms。如果CPU在这个时间内对脉冲不进行处理,将会出现脉冲的丢失,从而造成脉冲计数的不准确。采用双CPU共用数据存储器技术可以避免这一现象的发生。脉冲计数模块和通信模块分别采用各自的CPU进行控制,两者之间通过公共数据存储器AT24C32、通信协议和握手线进行信息交换。为了防止两者对存储器操作的阻塞而出现故障,在设计中采用两根握手线进行硬件握手,当一个模块不对存储器操作时,其握手线输出端输出“0”;当需要对存储器进行操作时,其握手线输入端输入“0”,其握手线输出端输出“1”,然后进行操作,否则处于等待状态。

该电能信息自动采集终端设计了两个RS 232通信接口,其中一个为AT89C51-1的RS 232通信口,用于与电度表或设备之间传输数据;另一个是AT89C51-2的RS 232通信口,用于与上位机之间的通信。这样就减轻了主CPU AT89C51-2的负担,且可对于不同数据格式的RS 232电度表灵活修改程序代码。

1.3 脉冲计数模块

脉冲计数模块由电度表、两片控制芯片AT89C51、脉冲处理电路、存储器AT24C32等电路组成,利用单片机编程对采集的数据进行一系列处理,完成对数据的采集、有效存储及传输功能。

各功能的具体实现过程为[3,4]:首先将电度表输出的脉冲信号经由光电耦合器、施密特触发器等组成的脉冲处理电路进行滤波、整形等处理后,再送入缓冲器进行缓存;然后根据控制电路的命令进行相应的操作。当进行信息存储操作时,AT89C51-1工作,AT89C51-2处于等待状态,AT89C51-1向存储器发送起始信号,AT89C51-1收到存储器的低电平应答信号后,向存储器发送字节地址,AT89C51-1收到存储器的另一个低电平应答信号后,再发送数据到被寻址的存储单元,存储器再次应答,并在AT89C51-1发送停止信号后开始内部数据的擦写,在擦写的过程中,存储器不再相应任何请求。当进行读信息操作时,AT89C51-1处于等待状态,AT89C51-2工作,AT89C51-2向存储器发送起始信号和被寻址的字节地址,存储器产生低电平应答信号并发送相应字节地址的内容,接收完数据后,AT89C51-2发送一个停止信号。

时钟线保持高电平期间,数据线从高到低的跳变被看作为起始信号,对AT24C32的任何操作命令,都必须从启动信号开始,时钟线保持高电平期间,数据线从低到高的跳变被看作为停止信号。外部存储器采用结构简单的二线制E2PROM和具有掉电保护的AT24C32存储信息,掉电后数据可保存十年,远远高于实际要求。为了延长存储器的使用时间,采用循环存储方式,保证了采集数据的准确性和可靠性。

1.4 通信模块

通信模块由控制芯片AT89C51-2、电力线载波芯片ST7538[5]及其外围电路组成。ST7538是采用FSK调制技术的高集成度、功能强大的电力载波芯片,内部采取了多种抗干扰措施,它可以在噪声频带很宽的信道环境下实现可靠的通信。内部集成了发送和接收数据的所有功能,通过串行通信,可以方便地与微处理器相连接。内部具有电压自动控制和电流自动控制,只要通过耦合变压器等少量外围器件即可连接到电力网中。ST7538除了实现电力线载波通信功能外,还具有看门狗、过零检测、运算放大器、时钟输出、超时溢出输出、+5 V电源和+5 V电源输出等功能,大大减少了ST7538应用电路的外围器件数量。该芯片符合欧洲CENELEC(EN50065-1)和美国ECC标准。

1.5 时钟电路模块

时钟电路模块由AT89C51-1和时钟芯片DS12887[6]组成。CPU通过读DS12887的内部时标寄存器即可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器得到当前的时间和日历,其内部14 b非易失性静态RAM可供用户使用。对于没有RAM的单片机应用系统,可在主机掉电时保存一些重要数据。DS12887的4个状态寄存器用来控制和指出DS12887模块的当前工作状态,除数据更新外,程序可随时读写这4个寄存器。利用单片机对DS12887进行编程,可方便地实现读数,完成定期抄表等功能。

1.6 工作状态显示模块

工作状态显示模块主要由发光二极管、放大器、AT89C51-2等元件组成。用不同颜色的发光二极管来分别显示电源的通断、链路的连接以及数据的发送等状态。该电路模块具有响应速度快,使用温度范围较大,功耗小,使用寿命长等优点。

1.7 操作键盘模块

操作键盘模块由键盘和AT89C51-2组成。通过操作键盘,可设置一些参数,如终端的地址、各用户的电度表常数等,也可以对单片机发出简单的指令,如显示各项参数、手动需量等。

2 软件设计[1,2]

结合自动采集终端硬件来设计软件,通过分析要实现的功能,整个程序可分为主程序和中断服务程序模块。系统主程序对系统进行初始化设置,完成上电后对上次停电后的信息处理,采集电能量并进行相应的处理,处于待机状态接收收集站下达的指令,并做分析处理,控制数据传输、链路检查和校对时钟等任务的执行,流程如图2所示。其中,电能量的采集使用定时中断;采样间隔可根据用户电度表容量设置,样机中采样间隔设置为100 μm,程序流程见图3。中断服务程序模块有定时中断、通信中断等实时性处理的功能模块。通过各功能模块之间的调用,一层一层地实现程序功能。

3 自动采集终端的抗干扰措施

为了保证采集数据的准确性和数据传输的可靠性,系统必须具有较强的抗干扰性。在系统设计的过程中,采取以下措施[1,3,4,5]来增强系统的抗干扰能力:

(1) 采用施密特触发器和积分处理等对脉冲信号进行多次滤波和整形操作,以去除窄干扰脉冲的干扰。

(2) 采用光电措施实现主板电路和电度表的隔离以及软件的防干扰处理。

(3) 用D触发器对脉冲进行锁存,累加计数后清除。

(4) 存储芯片采用具有掉电保护功能的AT24C32,防止因掉电造成数据丢失,电力线调制解调芯片采用具有掉电保护、看门狗等多种功能的ST7538,以防止程序跑飞。

(5) 在所有环节中,对传输的数据进行CRC校验,以保证数据的可靠接收。

(6) 在软件中对脉冲的边沿抖动进行处理,以防止因“毛刺”现象引起误差。

(7) 在CPU处于空闲时,用软件使之进入待机状态,这时CPU不执行任何操作,只有系统中断可以唤醒它,所以相应地对干扰也不敏感。

4 结语

利用硬件和软件防干扰相结合的方法,采用双CPU共用数据存储器技术、脉冲硬处理电路、先进的调制解调和CRC循环冗余编码解码技术,实现了高可靠的脉冲采集,防止了脉冲的漏记和多记,解决了脉冲计数和电力线载波通信的实时性和引脚不足等问题,实现了低成本、高可靠性、高稳定性的电能信息自动采集终端的脉冲计数、分时计费和电力线载波通信功能,形成了功能强大,易维护性强,可扩展性好,安全性高的电能信息自动采集终端系统。这种技术可应用于电子信息、电力、环保、自来水、煤气等行业的检测仪器设备中。随着供电、用电管理系统的不断完善与发展,该系统无疑具有广阔的发展空间和使用价值。

摘要：给出一种性能优良、有效、简便的电能信息自动采集终端,该终端以电力载波的方式与采集站通信。采用双CPU共用数据存储器和双RS 232通信接口技术解决了脉冲计数和电力线载波通信的实时性问题;采用脉冲处理硬件电路、先进的调制解调器和CRC循环冗余编码解码技术,实现了成本低,可靠性高,抗干扰性强的脉冲采集和远程通信功能。文中介绍了系统的功能、硬件组成和软件设计,探讨了为提高该系统可靠性而采取的一些抗干扰措施。通过长期测试与现场应用证明,该电能信息自动采集终端的设计是可行的,具有进一步推广应用的价值。

关键词：终端,电度表,电力线载波,双CPU,ST7538

参考文献

[1]张毅刚,彭喜源,谭晓君,等.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.

[2]秦文华,田海峰,刘新.低压电力线载波通信中远程数据的采集[J].电子技术,2005(6):58-61.

[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2001.

[4]广州周立功单片机发展有限公司.CAT24WC01/02/04/08/161K/2K/4K/8K/16位串行E2PROM中文手册[Z].2005.

[5]刘晓胜,徐殿国.电力载波芯片ST7538及其应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2004(7):49-51.

[6]彭希南.跨越2000年的时钟芯片DS12887/DS12C887[J].电子技术,1999(8):34-38.

终端信息采集篇5

【关键词】收费管理系统；终端通讯技术；采集数据

随着科技的不断发展，通讯网络技术和信息技术也得到了提高，终端通讯数据的采集与分析技术能在不同的通信场合实现信息的接收，且具有功耗低、成本低、方便快捷等特点。要实现收费管理系统在手机和分析终端通讯数据是更为精准和便利，很有必要确定串行通讯格式与协议的转换和统一。由于本次研究所应用的是国外的收费管理系统，系统內核不可避免地存在着内核的不确定性和不透明性，因此无法运用系统的内核分析数据并得到结果[1]。为此，可以巧妙运用MCS-51单片机中的开发器对串行通讯的数据进行截获，并在反复的试验下，通过详细的分析与细致的检验，找到系统的内在运行规律和系统所反映的通讯数据的具体格式，进而分析数据所代表的具体意义。

1、确定串行口数据的发送方式

串行接口指的是数据一位一位地顺序地传送出去，其特点是通信线路较为简单，只需一对传输线就能够实现双向通信，这样就使得传送成本得以大幅度地降低，因此串行接口适用于近距离的通信，但其传送速度比较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点属于数据位的传送，传送方式是按顺序进行，至少只需一根传输线就可以完成传送工作，传送的成本相对较低但传送速度较慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。

分析该收费管理系统的串行口数据的发送方式，可以从了解系统的工控机和键盘开始。深入观察发现，系统的磁卡机与工控机之间是运用RS-232C为串行通讯接口的，且该接口为异步串行通讯接口。一般情况下，串行口所采用的数据发送方式一共有四种，分别是方式0、方式1、方式2以及方式3。以传统的处理方式，将发送方式的具体模式输入示波器进行检测，可以得到该系统的通讯模式的具体波形。经过详尽的分析比对，可以精准地确定烯烃的数据发送方式[2]。在系统运行正常的情况下，磁卡机周期性地发出了如下图1所示的发送信号波形。

为进一步展开分析和研究工作，需对串行接口的四种工作方式中所具体表现出来的通讯形式与该系统的波形信号进行比对，以得出系统的串行通讯的工作方式，经过对比分析发现其串行口的工作方式为模式一。

串行口工作的方式1是在设定的SM0、SM1为01的情况下出现的，它的数据传输率是可变的8位异步通信方式，即：由TXD发送，RXD接收，一帧数据为10位，1位起始位，1位停止位8位数据位。串行口工作的方式1的数据传输率取决于定时器1或2的溢出速率和数据传输率是否加倍的选择位SMOD。如图2所示：

根据模式1的具体特征，在获取该波形信号的数据信息时，要去掉数据的其实为何停止位，这样，就选取了随货取得两端进制为二的数据：

（00001100）（10110001）

对数据进行反向处理，则有：

（00110000）（10001101）

将这两段二进制数据转化为十六进制数据，则为：

（30H）（8DH）

2、通讯波特率的确定

在电子通信领域，波特率事实上就是调制速率。在信号被调制出来之后，在单位时间内符号传送的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，就是通讯波特率。通讯波特率是对符号传输速率的一种度量方式和数量计算，1波特即指每秒传输1个符号。

通过运用NCS51单片机的开发器来设置各种各样的波特率，来接收上文所提及的磁卡机向工控机所发送的数据信息，假如所接收到的数据信息为30H、8DH，并且体现出一定的周期性，就证明NCS51单片机的开发器所设置波特率与系统串行接口的通讯波特率是相同的[3]。运用NCS51单片机的开发器时，可以用定时器1来作为波特率的发生器，并将开发器的波特率设置为定值，对TH1与TL1进行设置，以此改变波特率，具体可按以下公式计算：

在循环往复的试验下，通过不间断地变换TH1与TL1，当TH1与TL1设置为FDH之时，收集到的数据信息与数据的信号波形相契合，并可以计算出该系统的磁卡机想工控机所传诵的数据的波特率为9.6K。

3、串行数据的接收

串行数据输出是将组成数据和字符的码元，按时序逐位予以传输。该方式需要在信道数目较少的情况下进行，一般是运用于远距离无线通讯。传输时，传送和接收两方均要有约定，以统一格式传送和接收数据。串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线[4]。串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。

根据磁卡机向工控机发送的数据，可以发现，该系统的设计思想是将磁卡机和工控机之间相互传输熏洗的串行接机上，连接好接口板和对应线，让接口板上能够有过路信号通过。在这种情况下，运用NCS51单片机的开发器的串行口进行中断操作，并详细地编写中断服务程序，使得截获的数据能够被存储到所制定好的单元，方便之后的分析与使用。

4、串行数据的细化接受及分析

收费操作系统的运行过程必须遵守一定的操作规范和操作原则，收费必须严格按照程序要求和相关标准进行。在此次的试验过程中，可以明显地发现，每次操作都很有可能会使得工控机和磁卡机二者所产生的通信讯号不大相同，这些信号对于建立通讯协议具有重要的作用，是通讯协议建立所必不可少的东西[5]。通讯协议对于系统的具体操作和通讯网络的结构创建具有重要的意义，因为通讯协议是通过将通信信道和设备相互连接起来，构建多个不同地理位置的数据通信系统，使其能通过一定的协议的设定在工作中实现信息交换和资源共享，通讯网络之间必须具有共同的语言，这样，网络化的通讯工具在执行交流工作时，交流什么、怎样交流及何时交流，都能够遵循某种互相都能接受的规则，并在通信协议的制约下进行合理的操作。

本次的实验研究过程中，收费管理系统的通讯协议就是在工控机和磁卡机之间互相发送和响应的数据在信号的交换之中建立起来的。此次的研究方法同样可以用开获取此卡的数据格式等各方年的数据信息。这些信息与数据的取得，是完善系统通讯协议的基础。

小结

本次的研究是在未能明确掌握收费管理系统的核心技术即串行通讯的各种格式与通讯协议的情况下上进行的，本次研究采用的是传统的数据分析法，该方法不仅简洁便利，而且操作过程相当可靠。在数据分析法的有效解析下，系统的串行口中所有的通讯数据都获取到了，对系统有了更为深层次的掌握。在这个基础上，本次研究开发了IC卡的读写系统以、对报价的识别系统以及语音发送系统，这对于优化收费管理系统的整体水平，提高收费管理系统运行机制的效益具有积极的意义。总之，收费管理系统终端通讯数据的采集及分析对于优化收费管理系统具有重要的意义。

参考文献

[1]刘辉.提高高速公路收费服务水平完善收费服务设施[J].现代经济信息，2012（10）：23-24.

用电信息采集终端故障与处理方法篇6

一般来说, 用电信息采集终端故障主要包括采集故障、通信故障、内部数据库故障、软件故障、硬件故障。终端故障处理的步骤大多都从数据源出发, 首先根据终端内的数据来判断终端此时的运行情况, 然后判断是哪个功能模块出现了问题, 检查故障功能模块的运行情况, 根据需要调整、测试功能模块的运行情况。处理过程中还要做好相应的记录, 若处理故障成功, 可作为今后处理的经验积累;若处理故障不成功, 也可为进一步处理提供参考依据。

1 采集故障与处理

(1) 终端在采集电能表时出现失败、缺点 (缺少部分采集时间点数据, 下同) 或者数据错误等现象。对新安装的终端或者新增、更换的表计, 首先应检查采集方案设置是否正确, 主要包括表计协议、波特率、电能表地址等信息是否正确;再检查RS 485通信口的电压值是否正常, 一般来讲RS 485通信口A, B两口之间的直流电压为2.0~4.5 V;最后确认终端内是否有与所接电能表相对应的协议, 尤其是一些特殊表计规约。若原来可以采集的电能表突然出现无法采集, 或者出现周期性的缺点, 就需要检查采集方案、采集通道等信息是否被修改或者出现了故障。

(2) 终端其他模块的故障导致采集电能表出现问题。例如终端闪存盘老化导致终端保存的数据文件出现错误, 也有可能造成终端采集电能表时出现问题。同一通道多种波特率电能表并行采集, 有可能采集一段时间后该通道上所有电能表都无法正常采集。同一通道上接入电能表过多, 且距离很长, 也可能导致采集的不稳定。同一通道上电能表地址重复, 或者有一块电能表的RS 485通信口出现故障, 也会影响其他电能表的采集。此时需要根据现场情况进行检查、调整、测试。

2 通信故障与处理

终端与主站无法正常通信, 或者通信过程中频繁出现故障。此类故障主要是网络通道、专线通道、无线通道、RS 232通道等故障引起。

(1) 网络通道故障一般是由路由器故障导致, 或者是终端网络地址设置问题, 很少由终端网络口故障导致, 可以考虑使用笔记本电脑到现场验证网络情况和终端网络口问题。

(2) 专线通道故障一般出现在设备中心频率的设置上。主站专线MODEM设备和供电公司方专线网络内设备中心频率设置错误可能导致专线通信故障, 一般可以考虑环路分段测试, 检查到底是哪一段通道有问题。终端中心频率也可以重新设置, 但是需要打开设备端盖跳线, 所以不推荐。同时还要注意终端内四芯专线MODEM通信参数的设置是否正确。

(3) RS 232通道故障, 主要还是通信设备故障。供电公司方专线通道网络上有乱码信息以及RS 232—RS 485转换头损坏等, 主要测试方式还是使用环路测试的方法。要注意的是, 环路只能环在RS 232一侧, 不能环在RS 485一侧。

(4) 拨号通道故障比较复杂, 判断比较复杂, 有时需要更换终端进行验证。应主要注意的是二次拨号模式的设置是否正确, 使用软件测试通道稳定性是否可靠, 检查通道上是否有乱码。有时需要到现场更换一台新终端进行比较测试, 判断是否是通道本身的问题。

(5) 无线通道类似拨号通道, 其可靠性较低, 而且由于受移动通信系统判定是否在服务区的影响, 有可能导致长时间无法正常工作。此类终端的使用, 建议缩短终端重新启动的周期, 确保通道的使用。

3 内部数据库故障与处理

终端内数据出现诸如数据混乱、时间跳变或者无法存写等问题。由于闪存盘老化或者出现故障, 有可能出现终端内保存的数据出现故障。例如, 本来应该保存2013年3月1日的数据块, 但是保存的却是2012年12月1日的, 导致主站召唤回去的都是错误数据;由于终端时钟芯片出现问题, 导致时钟跳变, 引起终端内保存的数据出现时标错误;终端内数据文件由于其他原因导致后续的采集数据无法正常写入终端。

以上这些情况都需要使用调试软件连接到终端, 然后使用规约来将非法数据清除, 或者在主站修改采集进度, 跳过错误的数据。

4 软件类、硬件类等故障与处理

(1) 操作类。操作类主要指由于终端的电能表地址、波特率、数据位、停止位、校验位等错误设置导致终端无法正常抄读电能表数据;终端与主站连接设置错误导致与主站无法通信;或RS 485通信口的A, B口接线反接或未接导致无法抄表。

处理方法:核对终端的基本设置参数、通信参数、终端逻辑地址等设置正确;终端通信接入点要与主站一致;检查现场各终端、表计RS 485通信口接线是否正确。需要注意的是, 终端规约是否正确也直接影响终端通信是否顺畅, 由于各终端生产厂家对下行的抄表规约理解可能有出入, 有可能导致在主站、终端、表计正常情况下, 仍然无法正常抄表, 此时需要根据终端、主站、表计的通信规约进行逐步核对, 排查错误。

(2) 软件类。软件类主要指终端程序问题。终端程序出现问题使终端进程未全部执行, 主要包括前置机通信程序异常、网络拥塞、主站端口未释放、终端程序版本较低等。

处理方法:根据对主站、终端的故障排查, 重新设置或安装程序。

(3) 硬件类。硬件类主要指终端通信模块损坏、SIM卡问题 (损坏或安装不到位) 导致的终端无法启动、频繁死机等。

处理方法:更换终端通信模块, 更换SIM卡, 对经常死机的直接更换终端。

(4) 环境类。环境类主要指终端安装现场的信号强度较弱或SIM卡欠费, 导致的终端无法上线。

终端信息采集篇7

1 检测系统的功能作用

1.1 采集终端所处位置及作用

用电信息采集系统源于自动抄表系统 (AMR) , 对用户的用电信息进行采集、处理和实时监控, 实现用电数据的自动抄收、计量异常监测、电能质量监测、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能, 最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查、负荷预测及节约用电成本的目的。用电信息采集系统的结构见图1, 有主站、通信信道、采集终端和计量仪表组成, 其中主站是系统的指挥调度和数据处理中心。通信信道是抄表数据传输的媒介, 主要包括通用分组无线业务 (GPRS) 、码分多址 (CDMA) 、230 MHz无线专网、公共开关电话网络 (PSTN) 、非对称数字用户环线 (ADSL) 、光纤专网及电力线载波等。计量仪表是系统的基础数据来源。采集终端是整个系统数据缓存和传输的中继站。采集终端按应用场所分为专变采集终端、集中抄表终端 (包括集中器、采集器) , 实现电能表数据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发和执行控制命令。

1.2 采集终端检测的必要性

采集终端作为用电信息采集系统的中间环节, 是联系计量仪表和主站的桥梁, 起着承上启下的重要作用。以黑龙江省电力公司用电信息采集系统为例, 目前接入采集终端5万多台, 涉及生产厂家近百家。如此数量众多的采集终端一旦存在问题, 将影响整个用电信息采集系统的可用性和信息采集的准确可靠性。同时, 对安装到现场的采集终端进行调试升级等处理, 势必将造成大量人力、物力浪费。另外, 采集终端厂家繁多, 其技术水平与生产水平参差不齐, 很可能出现产品标准不统一、产品形式五花八门、产品质量合格率偏低等问题。由此, 建设统一、高效、全面的检测系统就势在必行。

2 检测系统设计方案

2.1 检测系统结构组成

检测系统是对整个采集终端检测过程进行管理和控制, 实现采集终端各项性能和功能自动化检测的系统。检测系统的逻辑组成结构如图2所示, 和用电信息采集系统的结构相仿, 主要有主站、通信信道、待检测采集终端和虚拟表组成。其中主站主要包括检测服务器、检测密码机和检测台体。通信信道主要包括GPRS/CDMA、以太网、串口、电力线载波、RS485等。虚拟表是通过计算机、通信技术模拟现场各类电能表的软件。

检测系统软件包括采集终端检测软件 (包括专变终端检测软件、集中器检测软件和采集器检测软件) 、虚拟表软件及外围接口。采集终端检测软件通过控制检测台体, 如改变检测台体输出的电压电流等, 对采集终端性能和功能进行自动化检测, 具有支持多种上行协议、方案配置灵活、操作便捷易用等特点。虚拟表通过计算机、通信技术模拟各类电能表, 具有支持多种表计规约、支持多通道并发处理、支持数据存储等特点。外围接口包括与用电信息采集系统接口和与生产调度平台接口等, 实现接收检测任务和上传及共享检测结果等目的。

2.2 检测流程

采集终端检测的流程包括接收检测任务、检测设备申请、检测设备出库、检测设备核对、设备性能检测、设备功能检测、检定任务完成等。在设备性能检测和设备功能检测环节又可根据具体检测的性能或功能项分解成更小更细的流程, 如图3所示。

以检测终端抄收冻结数据功能为例:首先, 需要在自动化检测之前预设终端的电表参数及相关抄表参数 (此步骤只需配置一次, 采集终端检测软件会记忆使用者对此部分的修改或更新, 减少使用者重复性的操作) 。其次, 采集终端检测软件通过终端注册, 一方面是读取待检设备的比较重要的参数并存储, 另一方面从设备管理的角度只有经过识别注册的终端才是软件需要管理和检测的设备。在前两个步骤完成后, 就可以进入到自动检测环节, 首先启动检测脚本设置电表参数及相关抄表参数;接下来设置终端时钟, 时钟要求必须是某月最后一日的23时58分, 以保证终端过日过月, 启动抄收电表冻结数据。检查终端时钟是否设置成功是非常关键的一个步骤, 如果终端时钟设置失败, 整个检测将立即结束。最后采集终端检测软件等待一定的终端抄表周期后, 读取终端日冻结和月冻结数据并与虚拟表联动校验数据的真实性。

3 检测系统的关键技术

3.1 批量自动化检测

为缩短采集终端的检测时间, 提高检测工作效率, 终端检测应是并发、批量、自动化的。检测系统采用J2EE作为基础技术架构, 而Java语言提供功能强大多线程编程的API。Java虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。但在一个Java虚拟机里创建太多的线程可能会导致系统因过度消耗引起资源不足而发生崩溃, 即程序需要采取有效方法来限制任何时刻处理请求的线程数量[2]。因此系统软件采用池化技术来管理线程。线程池通过对多个并发任务重用线程来分摊对资源的开销, 并且通过调整线程池中的活动的线程数量来控制并发。

实现自动化检测的前提是用户可以根据自己的实际需要设计灵活可变、任意合理的检测方案, 这对系统软件的实现无疑是个很大的难题。在充分理解用户的实际需求和细致分析每个检测环节后, 系统软件创建了一个完善的检测流程模型。模型将检测终端某个具体性能或功能项定义为步骤, 检测流程是各个步骤的任意组合。模型又将流程描述和执行过程分开, 用户定义的只是一个流程描述。系统软件通过XML技术、Io C模式来实现此模型。XML是一种元标注语言, 定义了用于定义其他特定领域有关语义的、结构化的标记语言。XML能够更精确地声明内容, 提供了一种描述结构数据的格式, 并作为数据交换的标准格式, 因此它常被称为智能数据文档。这正契合了用户自定义检测流程描述的需求。而Io C设计模式中最基本的Java技术就是“反射”编程。通过“反射”可以将描述检测流程的XML文件转化成可执行程序代码。另外, 为使用户更加方便快捷的操作软件, 系统软件会记忆存储用户对检测方案的修改或更新。此部分的实现主要应用了Java对象序列化技术及内存数据库技术。

3.2 支持多种上下行协议

上行协议是指采集终端与采集终端检测软件的主站通信协议, 目前支持IEC 62056和Q/GDW 376.1协议。下行协议是指采集终端与虚拟表软件的电表通信协议, 目前支持DL/T 645—1997、DL/T 645—2007、IEC 62056-21、DLMS、Mk6E协议。对上下行通信协议的软件实现可以说是设计开发检测系统的核心工作。系统软件采用组件化的设计思路, 每个组件实现了一组服务 (每个服务可理解为一组接口) , 同时符合系统软件订立的规范, 例如, 初始化、配置、销毁。系统软件把不同协议的解析程序划分若干个完整的组件, 为界面应用程序提供一组服务接口。这样, 系统软件根据用户对上下行协议的实际需求通过拼接的方式将协议解析组件与界面应用程序整合在一起。此部分的实现主要应用了Java RMI技术。Java RMI能够让在某个Java虚拟机上的对象调用另一个Java虚拟机中的对象上的方法, 是J2EE中最简单、最有效的底层接口技术。

3.3 支持多种通信方式

采集终端与采集终端检测软件的通信方式有GPRS/CDMA、230 MHz无线专网、以太网和RS232串口。检测系统采用Socket技术实现采集终端与采集终端检测软件的TCP通信。相对于以太网, 采集终端每次连接到GPRS/CDMA无线网络时, 都会被分配一个不同的IP地址, 这就使采集终端检测软件不能通过固定的IP地址创建连接来访问采集终端。所以, 采集终端需要主动与采集主站创建Socket连接并且通过周期性的发送心跳来保持这个连接。那么, 采集终端检测软件就需要有效的管理这些建立好的Socket连接与采集终端进行通信[3]。传统的方式是通信程序创建一个Server Socket实例, 通过监听某个端口来提供Socket通信服务。这会产生两个问题, 一是建立连接前会造成阻塞, 二是过多的连接请求时会导致CPU使用率过高和大量内存被占用。所以, 采集终端检测软件采用java.nio.channels包中的最新的实现Socket技术的API来完成Socket的创建、断开、销毁等管理。对于230 MHz和RS232串口通信, 采集终端检测软件通过第三方组件将其转化为Socket方式来实现通信。

4 结语

检测系统是使采集终端无缝接入主站的前提, 是保证采集终端功能实现可靠性、合理性、一致性的重要手段。通过实时接口将采集终端检测结果上传至主站或其他生产系统, 避免未经检测设备非法接入, 实现检测与生产的闭环管理。检测系统与以往系统相比具有很多优势, 为各电力公司在采集终端检测方面提供了一种合理有效的解决方案。同时检测系统在对现场设备在线检测、远程集控等方面仍有待进一步完善。随着国内智能电网建设的逐步深入, 此系统一定会得到更加广泛的应用和发展。

摘要：针对智能用电信息采集系统建设、运行和应用中可能出现的未经检测设备非法接入、监测生产闭合性能不佳等问题, 结合系统建设和系统应用实际, 提出基于IEC62056协议的智能用电信息采集终端检测系统方案, 探讨了智能用电信息采集终端检测系统的设计方案及关键技术, 为国内智能用电信息采集终端检测提供有益的指导和借鉴。

关键词：智能电网,用电信息采集系统,终端检测系统

参考文献

[1]张文亮, 刘壮志, 王明俊, 等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术, 2009, 33 (13) :1-11.

[2]李永茂.网络化远程自动抄表系统的设计及实现[J].现代电子技术, 2010 (19) :38-40.

终端信息采集篇8

用电信息采集系统主要包括主站网络与计算机设备、主站通信设备、中继设备、终端设备、智能电子仪表等设备。它的主要功能是实现远程抄读电子式多功能电能表数据,用后台数据存储器对用电客户电能计量数据的连续记录。

专变用电信息采集终端的通讯故障一般包括以下几点。

(1)安装环境、地点差。由于现在很多用户采用的箱变或者用户在偏远地区,这种现象无法改变。

(2)通讯地址异常。通讯地址重复、乱码或无通讯地址的现象。

(3)表计485端口损坏或485通讯规约不符。以前对表计并无485通讯要求,故而有很多表计都不具备485端口的通讯功能,另外还有一部分表计有485通讯功能,但因为其他使用中的一些原因导致485通讯端口不畅通或损坏,无法满足电能量采集系统要求。

(4)由于终端本身的通讯模块损坏或者SIM卡被烧坏、SIM卡数据被损坏等原因造成。

(5)终端天线松动或者接口处在高温下被氧化也有可能导致该现象。

(6)部分客户配电房处于地下室。

(7)通信模块故障。

(8)移动公司GPRS网络信号问题。经会同移动通信公司工程人员检查,属于通信基站信号发射问题。

那么只要我们解决了这个问题我们我们就能提高专变用电信息采集终端的上线率。

目前针对这些故障情况进行分析得出以下解决方法。

(1)针对表计无通讯地址或通讯地址错误,现场对无通讯地址或错误通讯地址的表计进行调试,重新设置正常通讯地址。

(2)针对表计485端口损坏或485通讯规约不符无法抄通的现象,将485通讯端口损坏或485通讯规约不符合的表计进行更换确保所有表计485通讯功能正常。

(3)针对部分客户配电房处于地下室经常不在线或者掉线的,为了确保信号充裕加装15 m外接天线,并尽量将天线引到地面。

(4)针对通信模块故障,为保证终端能上线则需要更换通信模块或终端。

(5)针对SIM卡的问题,首先确定是否由于SIM卡原因造成,可用一张确信没有问题的备用卡来替换终端中原有的SIM卡,重新启动终端,如果成功注册上线说明原来的SIM卡有问题,可交移动公司解决;如果上述方法无法解决问题,可观察终通信调试信息,若终端无法检测通信模块型号,且停留在“打开串口”状态,则可能是通信模块故障或模块与终端接口故障。需要更换通信模块或终端。

由于专变用电信息采集系统主要采用通过基于移动通信公司的GPRS网络的数据传输通信方式。此种数据采集传输方式是利用数字移动通信技术,在每个终端设备内加装一个通信模块,这样分散的客户终端便可通过通信模块接受主站的召测并且完全可以实现主动上传数据。数字移动通信系统在负荷管理系统的应用,使负荷管理系统的建立和使用有了坚实的远程通信基础。现场安装时,我们都曾经对现场是否具有移动通信公司的信号进行检查移动通信公司的信号基本覆盖到了我们的安装现场,所以理论应该每个现场终端都是可以上线的。

对于电能量采集系统的应用我们还需在实际中不断完善、维护,电能量采集系统涉及方面较多,许多功能还可继续开发运用,在以后的工作学习中,我们要不断学习探索,将信息采集系统的强大功能逐步开发出来。

参考文献

[1]用电信息采集终端自动化检测系统技术规范[S].国家电网公司编.中国电力出版社,2012,1.

终端信息采集篇9

智能配用电通信网中,为实现电力用户用电信息数据的全面采集,必须要保证智能电表等采集终端的安装数量达到一定的规模[1]。如此大批量采集终端的安装、运行、维护等全过程的管理,仅依靠传统的“人力”管理模式,不仅会导致采集终端管理效率的低下,而且还会使得终端的安全性无法得到可靠保证。射频识别(RFID)技术作为物联网中最有应用前景的技术之一,其具有抗电磁干扰、多终端批量识别等优点,非常适用于大批量采集终端的全过程管理,实现对采集终端的全过程监测,确保采集终端的正常运行以及故障后的快速维护。但由于RFID技术采用无线通信技术,其在带来快速便捷性的同时也相应地带来了安全认证、身份信任和数据保密性等信息安全防护问题[2]。

目前,国内外针对RFID系统安全认证协议及相关加密算法的研究已取得丰硕的成果。文献[3-5]对各类RFID安全防护方案的抗攻击能力、协议存储量、协议通信次数等方面进行了分析对比。文献[6]利用随机序列来保证认证信息的新鲜性,可有效抵御多种攻击,但无法实现对读写器的身份认证,且协议安全性依赖于随机序列的长度,不适用于存储能力有限的低成本标签,协议中消息关联性也较大,信息容易暴露。为解决上述问题,文献[7]提出一种基于随机数同步更新的安全协议,协议中随机数不仅在标签认证过程中使用,还作为密钥加密信息,可防止流量分析和位置跟踪等攻击,但协议复杂度较高。文献[8]对文献[9]提出的可抵御一次阻断攻击的协议进行了改进,使得新协议可抵御任何次数的阻断攻击,但后台数据库计算量剧增,无法保证时延要求。此外,现有协议都未考虑到识别器对终端信息操作权限的问题,在实际应用中,终端部分敏感信息需要识别器在授权下才可进行写入更改,这样可防止识别器越权操作引起终端信息与后台数据库备案信息的不一致。

本文针对RFID技术在用电信息采集系统中批量采集终端全过程管理方面的具体应用,提出了一种面向智能用电信息采集终端的访问控制协议。协议分为终端身份认证和终端信息访问控制两个阶段,终端身份认证阶段实现对采集终端和识别器的身份认证,保证本次会话终端的合法性,终端信息访问控制阶段则是保证识别器按照后台数据库为其分配的权限对终端信息进行合法的操作。新协议通过信息的安全合法交互保证了各类采集终端的安全性,从设备层面提高了用电信息采集系统的安全防护水平。

1 RFID技术在智能采集终端全过程管理中的应用分析

在用电信息采集系统建设中,智能电表、集中器等采集终端(包括计量设备)的准确可靠直接关系到供电企业和用电客户的切身利益。各类采集终端从采购、维修到报废的整个寿命周期内,任何环节出现问题,都将会降低用电信息采集系统的安全性,还会给电网造成因设备购置更换及用电信息缺失引起的经济损失。传统的终端管理采用条形码技术,其识别效率不高,需人工近距离读取,无法同时识别多终端,且标签不能重复使用,从而导致智能采集终端检测不完善、仓储管理成本大、运行维护缺乏有效在线管控等情况。

RFID是一种无线通信技术,能以非接触方式自动识别终端信息并获取相关数据,实现任意时刻的终端状态有章可查。RFID电子标签具有寿命长,存储量大、抗电磁干扰、可轻易嵌入终端、可多终端批量识别,识别距离长等优点[10]。在采集终端管理中引入RFID系统,将采集终端信息写入RFID标签,采用支持无线数据通信的RFID识别器对采集终端进行管理,可大幅度提高工作效率,节省人工成本,避免人工盘点中的各种差错,让电力企业更加准确地掌握采集终端的存量、分布状况及检修状况,有效提高各类采集终端及计量设备的管理水平,降低经营管理风险。

图1为RFID技术应用于采集终端全过程管理时所面临的威胁模型。识别器与后台数据库间通过安全信道进行通信,但采集终端标签与识别器间采用非接触式短距离无线通信,信息在无线信道中传输时不安全,可能会面临欺骗攻击、假冒攻击[11]、非法访问攻击、篡改攻击[12]、重传攻击等威胁。

在进行智能用电信息采集终端的访问控制协议设计时,需要特别注意以下问题。

1)对识别器进行权限设定。根据实际采集终端管理需求,识别器对设备终端信息的操作权限分为“只读”和“读写”两种。例如对现场采集终端进行检修后,需要向终端录入本次检修记录。这不仅要求识别器可以读出终端信息,还能够在后台允许的情况下随时对终端信息进行更改并与后台同步。

2)协议应当是双向认证。即实现终端身份的认证及识别器身份的认证,防止任何一方的虚假接入。

3)后台数据库负责密钥的配发。例如,智能电表进行入库检定后,需要更换电表出厂时的密钥。这样可以提高智能电表的安全性,做到分工明确,加强计量中心对智能电表的控制管理。

4)认证过程简单,协议复杂度不高。由于采集终端上嵌入的是无源标签,功率有限,复杂的认证会超出标签的处理能力,在进行批量终端处理时,还可导致网络流量增加,影响认证速度。

2 面向智能用电信息采集终端的访问控制协议

2.1 协议符号定义

为简化协议的详细阐述过程,现对有关符号作如下定义。

D,R和T依次代表后台数据库、识别器和采集终端标签;IR为R的本次会话ID标识;Q为识别器发出的会话请求;ST为T的假名,IT为T的本次会话ID标识,PT为T的上次会话ID标识;HT为IT经哈希(hash)运算后的散列值;随机数rX由会话实体X的随机数发生器产生,可为每次协议会话提供新鲜性防护,以抵抗重放攻击;W表示R对T信息的操作权限,W =0表示“只读”,W =1表示“读写”;C为同步更新标识,用来检验D与T会话标识是否完成同步更新,C=0表示二者同步更新成功,C=1表示同步更新失败;符号“‖”代表两个输入值的串联;符号“?=”代表两个输入值的比较。

2.2 协议流程描述

首次运行协议前,需进行初始化:后台数据库为R与T分配初始会话标识IR与IT、分配二者与后台数据库通信的密钥KR与KT,将R的权限标识W置为“0”,将T的会话更新标识C置0,并将该T所对应的IT与PX都置为IT,HT置为H (IT);R存储初始会话IR、权限W及与后台数据库通信的密钥KR;T存储假名ST、初始会话IT、会话更新标识C及与后台数据库通信的密钥KT。当识别器需要对采集终端标签信息进行操作时,首先由识别器发起请求,之后在后台数据库的协助下完成识别器和采集终端身份的双向认证、通信密钥的协商及识别器权限的设定,之后再进行终端标签信息的加密传输。面向采集设备的身份认证协议的具体通信过程描述如下。

步骤1:R产生随机数rR,与Q一起发送给T,发起本次会话请求。

步骤2:接收到Q和rR后,T产生随机数rT,并根据C的状态计算相应的PT参数,若C=0,则PT=H (IT),C=1,否则PT=H (IT‖rT),之后T将PT和rT发送给R,作为对R发起的Q的响应。

步骤3:R收到T发来的PT及rT,令PR=H (IR‖rR),将PT,rT,PR及rR发送给D。

步骤4:D接收到R发来的信息后,首先对R进行认证,利用接收到的rR,在数据库中搜索满足H′(IR‖rR)=H (IR‖rR)的IR,如果未找到,则终止本次会话过程,若能够找到,则接着对T进行认证,认证流程如下。

步骤4.1:在数据库中遍历所有IT的HT,比较HT?=PT,若存在这样的HT,则认为本次请求认证的标签会话标识为IT,并令PT=IT,这意味着上次会话过程正常结束。

步骤4.2:若在数据库中找不到任何HT与PT相同,那么就利用接收到的rT计算H (IT‖rT),并比较H (IT‖rT)?=PT,若等式可成立,令PT=IT,这意味着上次会话过程中,在步骤2中T向R发送的应答信息被阻断,从而导致T内的会话更新标识C=1,但D与T中的标签会话标识IT都没有更新,D在本次会话过程时可发现该错误并有能力对其进行纠正。

步骤4.3:若此时D还搜索不到对应于IT的T,则计算H (PT‖rT),并比较H (PT‖rT)?=PT,若等式可成立,这意味着上次会话过程中,步骤5中D向T发送的回复消息受到阻断,导致D中的标签会话标识IT更新了,而T中的标签会话标识IT却未发生更新,D在本次会话过程时发现该错误并对其进行纠正。

步骤4.4:经过步骤4.1—4.3,若还未找到可以相匹配的T,则D终止本次会话过程。

D完成对T的身份认证后,则令QT=KT(ST‖rT‖rR),MT=H (IT‖rT‖rR),并为R与T的本次会话任务分配密钥K,确定R对T的本次操作权限W ,之后将KR[K,W ,K [MT],QT]传回给R,并更新IT=H (PT‖rR)和H =H (IT),以为下次会话任务做准备。

步骤5:R接收到D的回复消息后,利用密钥KR解密,获得权限标识W ,QT,K[MT]及本次会话密钥K,利用QT加密K,W ,K [MT]并将其发送给T。

步骤6:T收到R发来的消息后,利用假名ST和密钥KT计算QT,解出D分配的本次会话密钥K,权限标识W及K[MT],再利用K解出MT,若MT=H (IT‖rT‖rR),则T更新会话标识IT=H (IT‖rR),置C =0,本次会话过程身份认证完成,进入数据传输阶段。

在采集设备信息访问控制协议中,本次身份认证完成,R将需要传输的消息及请求用本次会话密钥K加密发送给T。T收到加密消息后,利用会话密钥K解密,依据消息内容进行如下处理。

步骤6.1:若R请求读取标签信息,则将R所需读取的消息用密钥K加密,并返回给R。

步骤6.2:若R需要向标签写入信息,则T通过W来验证R是否具有该权限。

步骤6.2.1:若W =0,则T向R发送越权警告,越权次数i=i+1(i初始为0),当越权次数超过门限,标签不再响应识别器的任何要求。

步骤6.2.2:若W =1,则T按R的要求写入信息,并向R回送该信息以确认该信息已被正确写入;至此,R对T完成一次信息交互后,即可进入下一次信息请求处理过程,直到T检测到R的信号功率低于阈值功率,代表R与T完成了本次会话过程。在此过程中,若D与R需要进行信息交互,则由任何一方发起请求KR[信息],另一方根据对方要求回应KR[信息]即可。

3 协议隐私安全属性及抗攻击能力分析

在智能用电信息采集终端全过程管理中,RFID协议漏洞一般分为安全漏洞与隐私漏洞[13]。安全漏洞主要是指攻击者利用该类漏洞能够通过身份认证或者破坏采集终端的正常认证。隐私漏洞主要是指认证协议泄露了采集终端的隐私信息,使得攻击者利用截获的信息伪造终端标签进入系统内部进行有计划的攻击。

1)假冒攻击

攻击者通过窃听认证过程中标签与识别器间交互的消息,提取出标签包含的信息,复制标签数据到伪造标签中,进而可假冒合法标签侵入RFID系统进行有计划的攻击。

在身份认证协议中,R与T间信息交互共三次:步骤1中交互的信息不涉及标签身份信息;步骤2中随机数rT及每次会话过程中IT的更新保证了每次会话中PT的随机性,hash函数的单向性则使得消息被破解的概率几乎为零;步骤5中的密钥QT是由标签假名ST、随机数rR及rT、标签密钥KT生成的,密钥QT在每次会话中都将被更新。由于步骤1与步骤2中并没有以任何形式传输标签假名ST和标签密钥KT,因此攻击者仅利用rR及rT无法获知每次都被更新的密钥QT。

在信息访问控制协议中,标签与识别器间的密钥K在每次会话过程中都会改变,且传输内容不涉及标签身份信息。

2)欺骗攻击

与假冒攻击不同,欺骗攻击不是对标签进行复制伪造,只是模拟标签数据传输过程,使得合法识别器认为与其进行信息交互的是可通过认证的标签。同样攻击者也可通过模拟识别器数据传输的过程,使得合法标签以为与其进行通信的是合法可通过认证的识别器。本协议中,除非破解认证过程中采用的协议,否则攻击者无法获知识别器与标签间消息交互的规则,因此无法达到欺骗攻击的目的。

3)识别器非法访问攻击

相对于标签的假冒攻击,若识别器身份是非法的,则识别器对合法标签的信息读取就为非法访问攻击。在身份认证协议中,当非法识别器申请身份认证时,由于当前采用的认证协议未知,攻击者只能先阻断合法识别器的认证消息,然后将截获的消息{PT,rT,PR,rR}发送给后台数据库,后台数据库则可成功认证识别器的身份,并发送响应消息{KR[K,W ,K[MT],QT]}。但由于非法识别器无法获知与后台通信的密钥KR,无法从响应消息中获得本次会话密钥,且在步骤5中无法通过终端标签的身份认证,因此不能对标签信息进行访问。

另外,针对合法识别器的非法“写”操作,标签通过识别权限标识W来判断识别器是否有“写”操作权限,若无,则向识别器返回相应的“写”权限错误报告,若识别器在明知无权“写”操作时仍不断对终端标签发起“写”请求,当次数i达到阈值后,终端标签在本次会话过程中将不再响应该识别器任何请求。

4)重传攻击

RFID系统中,重传攻击分为两种:一种是攻击者伪装成识别标签,重传标签发送给识别器的响应消息;另一种是攻击者伪装成识别器,重传识别器对终端标签的认证请求。抵抗重传攻击主要包括时间戳和随机数两种方法。本协议采用随机数的方法抵抗重传攻击,识别器与终端标签交互的信息中都包含识别器产生的随机数rR以及标签产生的随机数rT,通过比较发送和接收到的随机数是否一致,便可以识别出攻击者的攻击行为。

5)篡改攻击

由于无法获知认证密钥,通常攻击者无法将原信息篡改成另外一条合法信息,所以篡改攻击只能造成认证失败,而不会造成错误认证。但对于密钥更新,攻击者先阻断消息的传输,然后进行篡改攻击却是致命的。

新协议中T与D间的通信密钥KT,R与D间的会话密钥KR均不进行更新,但T与R间的会话密钥K是由D随机分配,每次会话过程都会进行更新,但D并不存储该密钥K。在步骤5中,由于攻击者无法破解密钥QT,对消息的篡改攻击只能造成T对R认证的失败,本次认证过程将终止。

6)阻断攻击

若识别器与终端标签信息交互的过程可能会遭遇攻击者阻断,通常阻断攻击还会导致后台数据库与标签密钥更新不同步,从而引起非同步攻击。若攻击者阻断步骤1中发送的消息,将对终端标签及识别器无任何影响;若阻断了步骤2中T对R的响应消息,将导致T内的会话更新标识C=1,但D与T中的标签会话标识IT都没有更新;若在步骤5中,D向T发送的回复消息受到阻断,将导致D中的标签会话标识IT发生更新,但T中的标签会话标识IT却未发生更新。在本协议中,D在收到R发送的消息后,可以通过PT来验证上次会话过程中步骤2或步骤5发送的消息是否被阻断,并有能力在本次会话过程对其进行纠正,因此可以很好地抵御阻断攻击。

综上所述,本协议与现有其他RFID安全协议在身份认证能力、抵御攻击能力等方面的对比如表1所示,其中,√和×分别代表该协议是否可抵御此类攻击。表2所示为计算量、存储量和通信量等性能指标的对比。

注:A:密钥矩阵;L:标签标识符;S:随机序列;K:密钥;H:hash运算;X:异或运算;U:解密运算;n表示若干次;存储量:以表2中第一行5L+2K为例,其表示后台数据库D中存储有5个标签标识符和2个密钥;运算量:以表2中第一行3H+1U为例,其表示阅读器需要进行3次hash运算和1次解密运算。

由表1和表2可知,对比其他现有RFID协议,本文所提出的访问控制协议在未大幅增加通信次数、存储量及计算复杂度的情况下,不仅可抵御常见的重放、假冒等攻击类型,还可抵御较难处理的信息阻断攻击,尤其是新协议对识别器权限的设定,保证了终端信息只能在授权下才可被识别器读写,加强了终端全过程管理中终端信息的安全性,从设备层面为用电信息采集系统的安全性提供保证。

4 结语

终端信息采集篇10

电能计量柜中除了有能够采集和记录用户用电量的智能电能表外,还增加了采集智能电能表数据的用电信息采集终端。智能电能表、用电信息采集终端是现代通信、信息交互、测量、单片机技术等在电能计量方面集中应用的具体表现,它们代表目前电能计量仪表的最高水准。

1 定义

智能电能表是法定电能计量器具,具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能[1]。用电信息采集终端是对各信息采集点进行用电信息采集的设备(简称采集终端),实现电能表数据采集、数据管理、数据双向传输以及控制命令转发或执行。用电信息采集终端所记录的电能数据虽然也可以用于电费结算,但这种设备目前尚不属法定电能计量器具。除可以记录电能数据外,它还具有用户数据管理、数据双向传输、管理和控制用户等功能。

2 外观结构

2.1 智能电能表

智能电能表由编程开关、通信模块、条形码、交流采样回路、表座、端子座及接线端子、铭牌等组成[1]。以三相费控智能电能表(无线通信模块外置)为例,其外观结构如图1所示。

2.2 用电信息采集终端

用电信息采集终端有230MHz终端、GPRS终端、专变采集终端、集中抄表终端等。以GPRS终端为例,其外观结构如图2所示。

GPRS终端由CPU模块、主控模块、液晶显示模块、备用模块、GPRS模块、锂电池和电源及接口模块组成。接口模块还分为:(1)备用接口电路是可以扩充其它功能,能实现多功能的灵活扩充及配置调整;(2)遥信接口电路与脉冲接口电路基本相同,由光电耦合器进行隔离,输入端用阻容滤波电路对信号进行处理,并采用压敏电阻进行保护;(3)遥控接口电路采用双重隔离等技术手段,具有较高的抗干扰、防误动性能。

3 工作原理

3.1 智能电能表

智能电能表一般是由电源单元、通信单元、显示单元、中央处理单元(单片机)、测量单元等组成[1]。其工作原理与电子式电能表类似,都是将高精度采样的被测交流电压和电流送到专用电能计量芯片,经过一系列数字处理后,转换成与有功功率成正比的脉冲频率信号送给微处理器,微处理器依据时段费率对脉冲信号进行分时累加,得到总电量和各费率电量,累加结果被保存在数据存贮器中。微处理器在完成显示的同时还能与外部进行信息交换。智能电能表的工作原理如图3所示。

3.2 用电信息采集终端

用电信息采集终端一般由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单元及电源等组成。终端型号多样,不同型号的终端在电路设计上有较大差别,但其组成与工作原理基本一致。用电信息采集终端的工作原理如图4所示。

主控单元包含CPU模块,为终端的核心,它负责所有电路的协调工作,在主站的控制下进行数据采集、计算、控制工作。交流采样单元负责电源变换及电流/电压信号的采集和处理。显示操作单元显示终端当前的状态。输入输出单元通过各种信道(包含GPRS通信信道、230MHz通信信道、载波通信信道、光纤通信信道)实现终端与用户智能电能表的通信。

4 功能

4.1 智能电能表

智能电能表在电能计量基础上重点扩展了信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能,以满足智能电网电能计量、营销管理、客户服务的需要。

智能电能表在预防用户欠缴电费方面有了改进。智能电能表是在用户交费为智能1C卡充值并输入电能表后才对用户供电。预购电量用完后,智能电能表自动拉闸断电,从而有效解决了上门抄表和收费难的问题。通过智能电能表还可以对用户的购电信息实行微机管理,便于用户查询、统计、收费及打印电费票据等。

4.2 用电信息采集终端

用电信息采集终端按应用场所分为专变采集终端、集中抄表终端(包括集中器、采集器)、分布式能源监控终端等。

专变采集终端是对专变用户用电信息进行采集的设备,负责电能表数据采集、电能计量设备工况和供电电能质量监测、客户用电负荷和电能量监控,并对采集数据进行管理和双向传输。

集中抄表终端对低压用户用电信息进行采集,包括集中器、采集器。集中器用于收集、处理、储存各采集器或电能表数据并能和主站或手持设备进行数据交换。采集器用于采集多个或单个电能表电能信息并可与集中器交换数据。

分布式能源监控终端对接入公用电网的用户侧分布式能源系统进行监测与控制,负责双向电能计量设备的信息采集、电能质量监测,并可接收主站命令对分布式能源系统进行控制。

5 准确度等级及适用的用户

5.1 智能电能表

智能电能表按有功电能计量准确度等级分为0.2S、0.5S、1、2四级[1]。