專利名稱：一種無線抄表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于智能電網(wǎng)領(lǐng)域的無線抄表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
抄表系統(tǒng)是智能電網(wǎng)對用戶側(cè)電表上的數(shù)據(jù)進行抄錄，并將這些數(shù)據(jù)反饋給供電部門的系統(tǒng)。抄表系統(tǒng)能否及時準(zhǔn)確抄錄這些數(shù)據(jù)并反饋給供電部門對于整個電網(wǎng)的安全運行有著至關(guān)重要的影響。因此抄表系統(tǒng)是整個智能電網(wǎng)中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。無線抄表系統(tǒng)是目前推廣使用的ー種抄表系統(tǒng)，它利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wirele sSSensor Networks)進行數(shù)據(jù)的傳遞,所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一系列微功率通訊技術(shù)的通稱，它在低功耗、低成本的前提下，解決抄表通信難題，適合于測量點多、范圍分散場合的低壓抄表系統(tǒng)。無需布線，安裝成本低。無線抄表系統(tǒng)優(yōu)點在于無線抄表系統(tǒng)具有自組織網(wǎng)絡(luò)的特性，無線抄表系統(tǒng)中的采集器可以尋找射頻范圍內(nèi)所有的集中器和中繼器無線節(jié)點，不受電力線拓撲網(wǎng)絡(luò)的影響，同時在一定條件下，射頻范圍內(nèi)所有的集中器和中繼器無線節(jié)點越多，所述集中器可選擇的路由路徑越多，提高了抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性；無線抄表系統(tǒng)信道質(zhì)量不受電網(wǎng)質(zhì)量的影響，容易保證信道長期可靠性，相應(yīng)地較能適應(yīng)現(xiàn)場不同電網(wǎng)環(huán)境的新舊城市農(nóng)村社區(qū)情況。同時無線抄表系統(tǒng)的實時性好，速率較高，便于實現(xiàn)實時性要求高的增值服務(wù)如遠程預(yù)付費等。同吋，無線抄表系統(tǒng)對于單個數(shù)據(jù)包的有效傳輸速率可達到1600b/s以上，支持中小動カ用戶三相多功能表的大數(shù)據(jù)量。同時在集中器的在遠程通信信道失效的情況下，可以應(yīng)急與無線手持抄表終端實現(xiàn)現(xiàn)場抄表的功能，比紅外速度更快，使用更方便。所述無線抄表系統(tǒng)的缺點在于無線抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)是敞開式的，在射頻范圍內(nèi)其它設(shè)備都可以收到，非法用戶很容易對用電數(shù)據(jù)進行篡改，影響了數(shù)據(jù)的正常傳輸和電網(wǎng)的運行安全，同時無線抄表系統(tǒng)的傳輸距離受到障礙物的影響很大，障礙物會嚴(yán)重縮短傳輸距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種無線抄表系統(tǒng)，所述無線抄表系統(tǒng)能夠防止外來的非法用戶進行攻擊。實現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是ー種無線抄表系統(tǒng)，包括電能表、米集器和集中器；所述集中器通過無線網(wǎng)絡(luò)連接K個所述采集器，每個所述采集器通過RS85總線連接若干電能表，所述K為自然數(shù)；其中所述采集器包括第一無線通信模塊和第一傳感器，所述第ー無線通信模塊包括第一調(diào)制解調(diào)器，所述集中器包括第二無線通信模塊和第二傳感器，所述第二無線通信模塊包括第二調(diào)制解調(diào)器；所述采集器上設(shè)置第一加密/解密模塊，所述集中器上設(shè)置第二加密/解密模塊。進ー步的，所述第一加密/解密模塊為第一 AES模塊，所述第二加密/解密模塊為第二 AES模塊。
進ー步的，所述第一加密/解密模塊包括第一跳頻合成器、第一跳頻控制器和第一濾波器；所述第二加密/解密模塊包括第二跳頻合成器、第二跳頻控制器和第二濾波器。進ー步的，所述集中器和所述采集器之間設(shè)置無線中繼器。再進ー步的，所述無線中繼器包括放大電路和濾波電路。進ー步的，所述無線網(wǎng)絡(luò)為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。進ー步的，所述無線抄表系統(tǒng)還包括總表，所述總表與所述集中器并聯(lián)。進ー步的，所述集中器上設(shè)置無線輸出模塊，連接公共外網(wǎng)。采用了本發(fā)明的一種用于智能電網(wǎng)領(lǐng)域的無線抄表系統(tǒng)的技術(shù)方案，即在所述無線電能表上設(shè)置第一加密/解密模塊，所述集中器上設(shè)置第二加密/解密模塊。其技術(shù)效 果是在所述用電信息或者所述采指令的射頻信號進行加密，防止所述侵入所述無線網(wǎng)絡(luò)的非法用戶截取所述用電信息或者采集指令，從而保證了抄表工作安全而又準(zhǔn)確的進行，保證了電網(wǎng)的安全運行。


圖I為本發(fā)明的ー種無線抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，為了能更好地對本發(fā)明的技術(shù)方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結(jié)合附圖進行詳細地說明請參閱圖1，本發(fā)明的一種無線抄表系統(tǒng)是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的ー種無線抄表系統(tǒng)，本發(fā)明的ー種無線抄表系統(tǒng)，包括電能表I、采集器2和集中器3 ;所述集中器3通過無線網(wǎng)絡(luò)連接K個所述采集器2，每個所述采集器2通過RS485總線連接若干電能表1，所述K為自然數(shù)。其中所述采集器2上設(shè)置第一傳感器、第一無線通信模塊、第一單片機和第ー電源模塊，所述第一無線通信模塊上設(shè)置第一調(diào)制解調(diào)器。所述集中器3設(shè)置第二無線通信模塊、第二傳感器、第二單片機和第二電源模塊，所述第二無線通信模塊上設(shè)置第二調(diào)制解調(diào)器。其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所必需的組成部分。所述第一電源模塊是為所述采集器2工作提供電源的，所述第二電源模塊是為所述集中器3提供電源的。所述第一電源模塊和所述第二電源模塊提供的都是直流電源。本實施例中所用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)是目前使用最為廣泛的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。不過必須說明的是采用其它無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是可以的。所述集中器3要進行用電信息采集作業(yè)時，由所述第二單片機發(fā)出信息采集指令，并將所述采集指令由所述第二調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)化成為采集指令的射頻信號。所述采集器2上的所述第一傳感器在接收到所述采集指令的射頻信號后，通過所述第一單片機控制所述第一無線通信模塊接收所述采集指令的射頻信號，再由所述第一調(diào)制解調(diào)器將所述采集指令的射頻信號轉(zhuǎn)化成為采集指令。然后所述采集器2將所述采集指令通過所述RS485總線傳遞給所述電能表1，由所述電能表I進行用電信息采集。所述電能表I在抄錄的用戶的用電信息后，經(jīng)所述RS485總線傳遞給所述采集器2，所述采集器2上的所述第一調(diào)制解調(diào)器將所述用電信息轉(zhuǎn)化成用電信息的射頻信號，所述第一無線通信模塊發(fā)出所述用電信息的射頻信號。所述集中器3上第二傳感器在探測到所述用電信息的射頻信號，通過所述第二單片機控制所述第二無線通 信模塊接收所述用電信息的射頻信號。所述第二調(diào)制解調(diào)器將所述用電信息的射頻信號轉(zhuǎn)化成為用電信息，并保存在所述集中器3的存儲芯片中。本實施例中，為了克服無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離受到障礙物的影響很大，障礙物會嚴(yán)重縮短傳輸距離的缺點，所述無線抄表系統(tǒng)中還設(shè)置了無線中繼器4，所述無線中繼器4上設(shè)置第三無線通信模塊和放大電路，所述第三無線通信模塊的作用在干轉(zhuǎn)發(fā)所述用電信息的射頻信號或者所述采集指令的射頻信號，便于所述用電信息的射頻信號或者所述采集指令的射頻信號繞開障礙物；所述放大電路的作用在于放大所述用電信息的射頻信號或者所述采集指令的射頻信號，増加所述用電信息的射頻信號或者所述采集指令的射頻信號的傳播范圍。所述無線中繼器4可通過在所述集中器上加裝放大電路實現(xiàn)。此時，所述第一單片機機的另外ー個作用就是根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，選擇合適的所述無線中繼器4，完成所述用電信息的射頻信號的傳遞。所述第二單片機另外ー個作用就是根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，選擇合適的所述無線中繼器4，完成所述采集指令的射頻信號的傳遞。本發(fā)明的ー種無線抄表系統(tǒng)的最大改進在于所述采集器2上設(shè)置第一加密/解密模塊，所述集中器3上設(shè)置第二加密/解密模塊。本發(fā)明中，提供了兩種實施例。第一種實施方式為所述第一加密/解密模塊為第一 AES模塊，所述第二加密/解密模塊為第二 AES模塊。所述第一 AES模塊的作用在于通過AES算法對所述用電信息的射頻信號進行AES加密或者對所述采集指令的射頻信號進行AES解密；所述第二 AES模塊的作用在于通過AES算法對所述采集指令的射頻信號進行AES加密或者對所述用電信息的射頻信號進行AES解密。采用所述第一 AES模塊，所述第二 AES模塊的作用在于對所述用電信息或者所述采集指令進行端到端的高階加密，提高了所述用電信息或者所述采集指令的安全性。AES算法是目前公認的最佳的高階加密的算法。第二種實施方式所述第一加密/解密模塊包括第一跳頻合成器、第一跳頻控制器和第一濾波器；所述第二加密/解密模塊包括第二跳頻合成器、第二跳頻控制器和第二濾波器；所述第一跳頻合成器和所述第一跳頻控制器組成第一跳頻器；所述第二跳頻合成器和所述第二跳頻控制器組成第二跳頻器。在所述用電信息傳輸?shù)倪^程中，所述第一加密/解密模塊中所述第一跳頻控制器為核心部件，其作用包括對外來跳頻信號的圖案產(chǎn)生、同歩、自適應(yīng)進行控制等；所述第ー跳頻合成器在所述第一跳頻控制器的控制下合成所需的外來跳頻信號頻率。在傳統(tǒng)的定頻通信的系統(tǒng)中，無線通信模塊中設(shè)置主振蕩器，所述主振蕩器的振蕩頻率是固定設(shè)置的，因而它的載波頻率是固定的。為了得到載波頻率是跳變的跳頻信號，要求主振蕩器的頻率應(yīng)能遵照控制指令而改變。這種產(chǎn)生跳頻信號的,這種類似于主振蕩器的裝置叫跳頻器。本發(fā)明中，所述用電信息的射頻信號可以是模擬信號或者數(shù)字信號。所述第一跳頻合成器還對所述用電信息的射頻信號和所述外來跳頻信號進行混頻，輸出符合要求的跳頻信號，并通過所述第一無線通信模塊發(fā)射出去。該跳頻信號也屬于射頻信號。在所述用電信息接收過程中，先由所述第二濾波器進行濾波，以消除第一跳頻合成器進行混頻所產(chǎn)生的影響，得到所述用電信息的射頻信號。而所述用電信息的射頻信號進入所述第ニ調(diào)制解調(diào)器。經(jīng)所述第二調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)，最終得到就是用電信息。為了保證所述跳頻信號的質(zhì)量和安全性，要求所述用電信息從所述第一無線通信模塊輸出的輸出頻率要比所述跳頻控制器所產(chǎn)生的外來跳頻信號高出ー個中頻。因為外來跳頻信號的頻率是跳變的，則要求經(jīng)所述第一跳頻合成器混頻所述輸出的跳頻信號的頻率也隨著外來信號的跳變規(guī)律而跳變，這樣才能通過混頻獲得ー個固定的中頻信號。而所述第二無線通信模塊接收的所述跳頻信號比所接收的外來跳頻信號頻率相差一個中頻。這樣有利于所述第二濾波器對所述跳頻信號進行濾波。所述跳頻信號常用的跳頻碼序列是基于m序列、M序列、RS碼等設(shè)計的偽隨機序列。這些偽隨機碼序列通過移位寄存器加反饋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這樣的跳頻信號結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，能夠較快實現(xiàn)同歩。它們可以實現(xiàn)較長的周期。
采用跳頻所述第一加密/解密模塊包括第一跳頻合成器、第一跳頻控制器和第一濾波器；所述第二加密/解密模塊包括第二跳頻合成器、第二跳頻控制器和第二濾波器的技術(shù)方案后，所述用電信息傳遞構(gòu)成中的隱蔽性增強，所述用電信息也難以被非法用戶所截獲。只要非法用戶不清楚所述跳頻信號的跳變規(guī)律，就很難截獲所述用電信息。同時，所述用電信息傳輸過程中的抗干擾能力增強，所述用電信息傳輸過程中即使有部分頻點被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點上進行正常的通信。所述用電信息傳輸過程中，也易干與其他的設(shè)備兼容。在所述采集指令傳輸?shù)倪^程中，所述第二加密/解密模塊中所述第二跳頻控制器為核心部件，包括對外來跳頻信號的圖案產(chǎn)生、同歩、自適應(yīng)進行控制等；所述第二跳頻合成器在所述第二跳頻控制器的控制下合成所需的外來跳頻信號頻率。然后，所述采集指令的射頻信號可以是模擬信號或者數(shù)字信號。所述第二跳頻合成器對所述用電信息的射頻信號和所述外來跳頻信號進行混頻，輸出符合要求的跳頻信號，并通過所述第二無線通信模塊發(fā)射出去。所述采集指令的射頻信號可以是模擬信號或者數(shù)字信號。所述第二跳頻合成器對所述用電信息的射頻信號和所述外來跳頻信號進行混頻，輸出符合要求的跳頻信號，并通過所述第二無線通信模塊發(fā)射出去。該跳頻信號也屬于射頻信號。在所述用電信息接收過程中，先由所述第一濾波器濾波，以消除第二跳頻合成器進行混頻所產(chǎn)生的影響，得到所述采集指令的射頻信號。而所述采集指令的射頻信號進入所述第一調(diào)制解調(diào)器，經(jīng)所述第一調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)，最終得到就是用電信息。所述用電信息通過所述RS485總線傳遞給所述電能表后，進行用電信息的采集。本發(fā)明的無線抄表系統(tǒng)，還包括一個總表5，所述總表5與所述集中器3并聯(lián)，用于監(jiān)控各個所述電能表I的用電信息，并對各個所述電能表的用電信息進行匯總和統(tǒng)計。所述集中器3上還設(shè)有無線通信模塊，與遠程控制終端進行通信，并通過所述公共外網(wǎng)將所述用電信息傳遞給所述遠程控制終端。 此外，所述集中器3和所述無線電能表I均內(nèi)置安全芯片，用以進一歩保障所述用電信息和所述采集指令在傳遞過程中的安全。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落 在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線抄表系統(tǒng)，包括電能表(I)、采集器(2)和集中器(3);所述集中器(3)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接K個所述采集器(2)，每個所述采集器(2)通過RS485總線連接若干電能表(3)，所述K為自然數(shù)；其中所述采集器(2)包括第一無線通信模塊和第一傳感器，所述第一無線通信模塊包括第一調(diào)制解調(diào)器，所述集中器(3)包括第二無線通信模塊和第二傳感器，所述第二無線通信模塊包括第二調(diào)制解調(diào)器；其特征在于所述采集器(2)上設(shè)置第一加密/解密模塊，所述集中器(3)上設(shè)置第二加密/解密模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述第一加密/解密模塊為第一 AES模塊，所述第二加密/解密模塊為第二 AES模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述第一加密/解密模塊包括第一跳頻合成器、第一跳頻控制器和第一濾波器；所述第二加密/解密模塊包括第二跳頻合成器、第二跳頻控制器和第二濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述集中器(3)和所述采集器(2)之間設(shè)置無線中繼器(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述無線中繼器(4)包括放大電路和濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述無線網(wǎng)絡(luò)為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述無線抄表系統(tǒng)還包括總表(5),所述總表(5)與所述集中器(3)并聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種無線抄表系統(tǒng)，其特征在于所述集中器(3)上設(shè)置無線輸出模塊，連接公共外網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于智能電網(wǎng)領(lǐng)域的無線抄表系統(tǒng)，包括電能表、采集器和集中器；所述集中器通過無線網(wǎng)絡(luò)連接K個所述采集器，每個所述采集器通過RS85總線連接若干電能表，所述K為自然數(shù)；其中所述采集器包括第一無線通信模塊和第一傳感器，所述第一無線通信模塊包括第一調(diào)制解調(diào)器，所述集中器包括第二無線通信模塊和第二傳感器，所述第二無線通信模塊包括第二調(diào)制解調(diào)器；所述采集器上設(shè)置第一加密/解密模塊，所述集中器上設(shè)置第二加密/解密模塊。其技術(shù)效果是在所述用電信息或者所述采指令的射頻信號進行加密，防止所述侵入所述無線網(wǎng)絡(luò)的非法用戶截取所述用電信息或者采集指令，從而保證了抄表工作安全而又準(zhǔn)確的進行。
文檔編號G08C17/00GK102711102SQ20121019157
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者戴璐平, 王晉 申請人:上海市電力公司