CN104505938A - 一种电网终端通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网终端通信***，包括依次连接的用电终端、信息采集模块、本地集中处理器、GPRS模块和远程监控中心，所述信息采集模块采集所述用电终端的数据信息，并且将所述用电终端的数据信息汇聚到所述的本地集中处理器中，通过所述GPRS模块与GPRS网络建立连接，将数据信息传送至所述的远程监控中心中；所述的远程监控中心对所述用电终端传输的数据信息进行分析处理，然后将控制指令发送回所对应的用电终端。因此，本发明所述的电网终端通信***能够实现高速、双向、实时、集成的电网通信***。
Description
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别是指一种电网终端通信***。
背景技术
目前，电网自动化***通信方式均是根据具体情况，采用不同的通信技术。目前主要采用光纤、无线、中低压载波等方式,用户用电信息采集***远程通信采用较多的是GPRS/CDMA无线公网通信、230MHz无线专网以及xPON技术，本地通信方式使用低压电力线载波、短距离无线通信、RS485等通信方式。
电力无线专网主要选用230MHz等中低频段，实现电网用户的数据采集与负荷控制，无线公网主要采用运营商公网网络，满足通信节点分散的配用电电网。目前230MHz主要223-235之间的40个25kHz离散频点通过载波聚合实现窄带载波宽带传输；电力无线专网***采用TD-LTE技术在1800MHz等频段上也实现了不同业务传输应用。
随着通信领域的发展趋势，智能电网计划得到关注，其内涵是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，实现电力***从发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的智能感知、智能识别、智能控制的功能，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。智能电网可以整合***中的数据，优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。建立高速、双向、实时、集成的通信***是实现智能电网的基础，没有这样的通信***，任何智能电网的特征都无法实现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电网终端通信***，能够实现高速、双向、实时、集成的电网通信***。
基于上述目的本发明提供的电网终端通信***，包括依次连接的用电终端、信息采集模块、本地集中处理器、GPRS模块和远程监控中心，所述信息采集模块采集所述用电终端的数据信息，并且将所述用电终端的数据信息汇聚到所述的本地集中处理器中，通过所述GPRS模块与GPRS网络建立连接，将数据信息传送至所述的远程监控中心中；所述的远程监控中心对所述用电终端传输的数据信息进行分析处理，然后将控制指令发送回所对应的用电终端。
可选地，所述的用电终端采用物联网架构，结合物联网结构和协议规范，建立电力信息传输和设备间互联的层状结构数据模型；包括最底层是基本信息，被物联网范围内的所有设备所接收和感知，即是设备功率、设备的ID以及设备的类型；第二层为扩展信息，用于用电请求，来源于用户操作或智能控制，需要给出请求信号，预计时间长度和请求级别，供调度程序分析处理；第三层是高级信息，是应答信息，来源于其它设备；还设置了附加信息层，除了该设备发送给专用设备的特殊信息外，用于信息的应用层加密与校验。
进一步地，所述信息采集模块包括配电变压器、电流互感器、电压互感器、前端信号处理器和低通滤波器，所述配电变压器与所述用电终端连接传送数据信息，并且通过所述电流互感器、电压互感器将所述用电终端的数据信息传输给所述前端信号处理器，然后通过所述低通滤波器传输给所述本地集中处理器；
其中，所述配电变压器由三相电压、电流组合而成，通过所述的电流互感器、电压互感器对所述配电变压器源边和副边的三相电压、电流电气参数进行采集监测。
进一步地，所述前端信号处理器包括电压采集前端处理电路和电流采集前端处理电路；其中，所述电压采集前端处理电路是将高电压信号按比例变换并对其进行直流偏置，以匹配测量电压。这部分包含了电压转换电路、直流偏置电路和反相电路；
所述电流采集前端处理电路是将电流转换为电压信号，并对其进行直流偏置和反相变换，使其满足所述本地集中处理器的模数转换范围。
进一步地，所述低通滤波器滤除信号的高频部分，采用巴特沃斯二阶低通滤波器，是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，而在阻频带则是逐渐下降为零。
进一步地，所述本地集中处理器是集成在芯片上的混合信号***级单片机，能够进行数据采集和通信控制；
其中，所述的本地集中处理器数据采集是完成对各通道数据的采集与存储，为所述的GPRS模块提供数据源；所述本地集中处理器内部有4352字节的内部RAM，用于存放临时数据；并且分配3900字节用于数据存储与传输，该空间分成13块，每块300字节，其中12块对应于存放各通道的采样数据；由于一个工频周期采样为10个点，所以RAM中的临时数据始终保留了各通道最近30个周期的数据。
进一步地，所述本地集中处理器通信控制流程包括：
第一步，初始化***时钟和端口，并且设置RAM；
第二步，初始化定时器产生6000Hz定时中断，并且初始化串口；
第三步，启动GPRS模块，并且建立TCP连接；
第四步，通过GPRS模块接收远程控制中心的命令并解析；
第五步，判断解析后的命令类型，如果是上传数据命令则执行第六步，如果是控制命令则执行第七步；
第六步，读取RAM中需要上传的数据，将该RAM中采集的数据发送给GPRS模块，再通过TCP连接传送给远程控制中心；
第七步，将所述的控制命令发送给对应的所要进行控制的用电终端。
进一步地，所述GPRS模块在所述本地集中处理器控制下实现协议解析和远程连接，并根据所述远程监控中心的请求将所述本地集中处理器采集的多通道信息进行数据封装，附加标志码组成信息帧发送到GPRS网络，并通过GGSN网关进入Internet由所述远程监控中心接收。
进一步地，所述GPRS模块中包括一SIM卡，SIM卡与所述GPRS模块通过SIM卡接口电路连接，SIM卡实现身份验证；所述GPRS模块的用户身份验证机制中使用了一个三元组，包括一个128位的随机数RAND、用于用户验证的A3算法结果SRES以及由A8算法计算所得的64位密钥Kc；在网络侧，这个三元组由SGSN从归属位置寄存器处获取并存储于SGSN内部；
其中，Ki是存储在SIM卡和HLR中的用户身份验证密钥，长度为128位；首先，所述用电终端向SGSN提出验证请求，SGSN接收到请求后，向HLR发送一个验证信息；HLR接收到该信息后，用随机数发生器产生一个在0和2128-1之间的128位随机数RAND，并利用该随机数以及自身存储的用户验证密钥Ki，使用A3算法得到结果SRES，使用A8算法得到GPRS加密算法的密钥Kc，并将随机数、SRES、Kc作为一个三元组发送回SGSN；然后，SGSN将三元组存贮起来，并将其中的随机数发送给用电终端；所述用电终端使用该随机数以及存储在自身SIM卡中的验证密钥Ki，利用A3算法计算出结果SRES并发送回SGSN；最后，SGSN将内部存储的三元组中的SRES与用户发回的SRES进行比较，如果二者相等，则用电终端通过了身份验证，随后SGSN将与终端进行是否需要对数据传输进行加密的协商和设定，并保证SGSN与用电终端之间加密解密的同时进行；协商成功后，身份验证过程结束。
进一步地，所述远程监控中心根据对所述用电终端监控的情况，对所述用电终端进行控制操作或发送数据上传请求；即建立所述远程控制中心与所述GPRS模块之间的TCP协议，将控制命令或数据上传请求命令传送给所述GPRS模块；
其中，所述远程监控中心与所述用电终端建立通信联络，接收上传数据包括：
第一步，判断是否已建立了该远程控制中心与GPRS模块之间的TCP协议，若是则直接进行第二步，若否则设置远程控制中心与GPRS模块之间的TCP协议再执行第二步；
第二步，启动套接字侦听；
第三步，判断是否有来自GPRS模块的连接请求，若是则接受连接执行第四步，若否则返回到步骤第二步；
第四步，根据所述连接请求，所述的远程控制中心接收数据。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种电网终端通信***，通过所述信息采集模块采集所述用电终端的数据信息，并且将所述用电终端的数据信息汇聚到所述的本地集中处理器中，通过所述GPRS模块与GPRS网络建立连接，将数据信息传送至所述的远程监控中心中；所述的远程监控中心对所述用电终端传输的数据信息进行分析处理，然后将控制指令发送回所对应的用电终端。从而，所述电网终端通信***使得电网和通信网络紧密联系，以实现智能电网的建设。
附图说明
图1为本发明实施例电网终端通信***的结构示意图；
图2为本发明实施例用电终端采用的物联网架构的结构示意图；
图3为本发明实施例信息采集模块的结构示意图；
图4为本发明实施例配电变压器的电路结构示意图；
图5为本发明实施例电压采集前端处理电路结构示意图；
图6为本发明实施例电流采集前端处理电路结构示意图；
图7为本发明实施例低通滤波器的电路结构示意图；
图8为本发明实施例低通滤波器的幅频特性图；
图9为本发明实施例本地集中处理器的***电路结构示意图；
图10为本发明实施例本地集中处理器的串行接口电路结构示意图；
图11为本发明实施例本地集中处理器的通信控制处理流程示意图；
图12为本发明实施例GPRS模块的电源电路结构示意图；
图13为本发明实施例远程监控中心接收上传数据的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参阅图1所示，为本发明实施例电网终端通信***的结构示意图，所述的融合组网下的用电终端设备安全接入***包括依次连接的用电终端101、信息采集模块102、本地集中处理器103、GPRS模块104和远程监控中心107。信息采集模块102采集用电终端101的数据信息，并且将用电终端101的数据信息汇聚到本地集中处理器103中，通过GPRS模块104与GPRS网络建立连接，将数据信息传送至远程监控中心105中。当然，远程监控中心105可以对用电终端101传输的数据信息进行分析处理，然后将控制指令发送回所对应的用电终端101。
在本发明的一个实施例中，所述的用电终端101采用物联网架构，如图2所示，物体之间的信息感知是物联网的基础，其特点是物体之间的智能感知和自动识别，做到即插即用。用电终端101是直接面向用户的，直接体现了电力网络的服务水平，而且数量众多，管理复杂。用电终端101之间可以通过传感网络层，即以二维码、RFID、传感器等等进行互联。在实施例中，用电终端101采用了WIFI进行互联，即在每个用电终端101中设置有WIFI模块。然后通过传输网络层，即通过现有的互联网、广电网、通信网，实现数据的传输和计算。
较佳地，在用电终端101的通信信息模型建设中，必须实现即插即用的设备互联机制，结合物联网结构和协议规范，建立电力信息传输和设备间互联的数据模型，实现设备的感知、身份鉴别和控制，定义设备信息传输过程中的协议解析规范。在实施例中，用电终端101的信息模型如下表：
所述的用电终端101信息模型具有典型的层状结构，各层信息的加密与传输可以根据需要取舍。其中，最底层是基本信息，这是一种广播信息，被物联网范围内的所有设备所接收和感知。这部分信息将会定时发送，也是各设备实现即插即用的基础。同时，各设备也接收其它设备的广播信息，了解所有“在线”设备的基本状况，即可以是设备功率、设备的ID以及设备的类型等等。第二层为扩展信息，主要用于用电请求，可能来源于用户操作或智能控制，需要给出请求信号，预计时间长度和请求级别，供调度程序分析处理。第三层是高级信息，一般是应答信息，来源于其它设备，尤其是用电管理设备的查询请求，该设备作出回应，发送当前运行状况、电能来源、实时资费等信息。另外，还设置了附加信息层，除了该设备发送给专用设备的特殊信息外，主要用于信息的应用层加密与校验，加强信息传输的可靠性。
优选地，所述的WIFI模块使用WAPI加密方法来实现数据加密和身份的验证。在实施例中，利用基于数字证书的双向认证，在用电终端和无线接入点间建立相互验证机制。其中，采用基于椭圆曲线的公开密钥证书体制，无线客户端和接入点通过认证服务器进行双向身份鉴别。对于数据加密，采用国家商用密码管理委员会的对称密码算法进行信息的加解密。
还需要说明的是，作为本发明的一个实施例，信息采集模块102以配电变压器远程监测为目标，其具体的结构如图3所示，包括配电变压器301、电流互感器302、电压互感器303、前端信号处理器304和低通滤波器305。配电变压器301与用电终端101连接传送数据信息，并且通过电流互感器302、电压互感器303将用电终端101的数据信息传输给前端信号处理器304，然后通过低通滤波器305传输给本地集中处理器103。较佳地，配电变压器301的电路结构如图4所示，由三相电压、电流组合而成。
较佳地，通过电流互感器302、电压互感器303对配电变压器301源边和副边的三相电压、电流电气参数进行采集监测。同时，分析记录采集数据，并在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传告警信息。优选地，采用MG8型电流互感器，在现场测量配电变压器301电流信号时，可以直接将其接入配电变压器输出端，相比传统的零序电流互感器在安装和操作上显得更加方便和快捷，性能指标如下：变比：2500：1，测量范围：0-20A，测量精度等级：0.1级，工作温度：-40℃至+80℃。优选地，采用TR1102-C型电压互感器，该互感器电压是直接输入和输出，具有***电路简单、线性度好和测量精度高的特点，能满足现场工作环境要求，性能指标如下：额定输入电压：0-380V，二次输出：0-0.7V，精度等级：0.1级，工作温度：-25℃至+75℃。
在本发明的一个实施例中，前端信号处理器304包括电压采集前端处理电路和电流采集前端处理电路。其中，电压采集前端处理电路主要功能是将高电压信号按比例变换并对其进行直流偏置，以匹配测量电压。这部分包含了电压转换电路、直流偏置电路和反相电路，如图5所示：电阻R50和R51分别与电压互感器PT的两端连接。电阻R48和R50并联后接入运算放大器OP07C的负极输入端，电阻R51一端接地，另一端接入运算放大器OP07C的正极输入端，电阻R48串联电阻R49后接入到运算放大器OP07C的输出端。另外，所述运算放大器OP07C的输出端串联一电阻R52接入另一运算放大器OP07C的负极输入端，并且R52串联电阻R53与该另一运算放大器OP07C的输出端连接。电阻R54一端接地，另一端接入该另一运算放大器OP07C的正极输入端。
还有，由于本地集中处理器103内部集成A/D转换器的输入电压是0-3.3V，所以信号的直流偏置电压选择其中间值1.5V，电路参数的计算关系式如下：
在实施例中，R50选择为10K，对变换后的电压信号只需要做电平抬升，所以R49也取10K。正电压信号U1取5V，经过运放两次反相后变为正电压叠加在信号中，通过计算可得R48电阻值为33.3K。运算放大器OP07C具有较好的稳定性，第1脚和第8脚之间接入20k电位器可以消除自激振荡。
另外，电流采集前端处理电路是将电流转换为电压信号，并对其进行直流偏置和反相变换，使其满足本地集中处理器103的模数转换范围。配电变压器301的电流信号经过电流互感器302输出后由精密多圈电位器将电流转换为电压，其幅值大小可通过电位器调节，直流偏置电路原理和反相电路原理与电压采集前端处理电路相同，如图6所示。
优选地，低通滤波器305的作用是滤除信号的高频部分，防止信号混叠和干扰。较佳地，采用巴特沃斯二阶低通滤波器，其特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，而在阻频带则是逐渐下降为零，电路如图7所示。其中，电阻R48和R50串联后接入运算放大器OP07C的正极输入端，同时运算放大器OP07C的负极输入端与该运算放大器OP07C的输出端连接。电容C48一端接地，另一端与电阻R50串联，并且该端与电容C49串联与运算放大器OP07C的输出端连接。
低通滤波器305的幅频特性如图8所示，该图描绘了滤波器输入信号频率与输出信号衰减幅度之间的对应关系，可以看出大于1kHz的信号沿着固定斜率逐渐衰减。由于所采集的谐波电流频率最大不超过750Hz，低通滤波器1kHz的截止频率不会影响到谐波电流测量。每个A/D转换通道都采用了相同滤波电路，所以由滤波器引起的相位偏差很小，不会影响谐波电流的测量。
在本发明的另一个实施例中，本地集中处理器103是集成在1块芯片上的混合信号***级单片机，具有与MCS-51内核及指令完全兼容的微控制器。除了具有标准8051机的数字外设部件外，片内还集成了数据采集与控制***中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件，主要包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列、定时器、I/O端口、电源监视器、看门狗定时器和时钟振荡器等，且该本地集中处理器103内部具有JTAG和调试电路，通过JATG接口可以使用安装在最终应用***产品上的单片机进行非侵入、全速及在***调试。
本地集中处理器103主要用于前端监测信号的数据采集和初步处理，并使用串口控制WIFI模块103并实现数据传输。其主要电路包括：时钟电路、复位电路、JTAG仿真口电路、串行接口电平转换电路、电源电路等。优选地，本地集中处理器103采用的是C8051F020单片机。
具体的来说，本地集中处理器103的电源包括3.3V的数字电源和模拟电源，由LM2937IMP-3.3产生。LM2937是安森美半导体公司生产的三端低压差稳压器，具有过电流保护、过热保护、调整管安全工作区保护等功能，还增加了“反装电池保护”功能。
本地集中处理器103的***电路包括时钟电路、复位电路和JTAG仿真口电路。时钟采用22.1184MHz无源晶振，复位电路支持上电复位和按键复位。JTAG接口电路利用单片机内部的边界扫描测试电路引脚加上上拉电路构成，如图9所示。
本地集中处理器103的串行接口电路实现232电平转换，采用单片机的P0.0、P0.1、P4.0、P4.1实现串行接口，采用SP3223E电平转换芯片实现单片机的TTL电平与232电平转换，如图10所示。
需要说明的是，在一个实施例中，本地集中处理器103的主要功能包含数据采集和通信控制两部分。其中，所述的数据采集完成对各通道数据的采集与存储，为GPRS模块104提供数据源。由于工频信号为50Hz，为综合考虑数据存储与传输需求，对每路信号用500Hz及8位采样，则定时器溢出频率取6000Hz，在定时器产生中断时对各通道轮流采样。优选地，本地集中处理器103内部有4352字节的内部RAM，可用于存放临时数据。另外，分配3900字节用于数据存储与传输。该空间分成13块，每块300字节，其中12块对应于存放各通道的采样数据。由于一个工频周期采样为10个点，所以RAM中的临时数据始终保留了各通道最近30个周期的数据。对各通道设置位置指针变量，用于新点对旧点的覆盖及为数据传输时提供起始位置。另一块300字节空间用于发送缓冲区，当GPRS模块104得到请求需要传输数据时，将指定通道的数据快速移入缓冲区中等待发送，同时在数据转移期间设置标志，以防止被覆盖破坏数据顺序。
所述的通信控制完成***初始化，建立网络连接，解析远程监控中心107的请求，将指定数据源加上标志信息和验证信息构成数据帧并发送。如图11所示，本地集中处理器103具体地通信控制流程包括：
S110，初始化***时钟和端口，并且设置RAM。
在实施例中，本地集中处理器103内部有4352字节的内部RAM，用于存放临时数据。
较佳地，本地集中处理器103中设置有看门狗定时器，在进行步骤S110之前需要首先关闭看门狗定时器。其中，看门狗定时器是一种计时器，在发生软件问题和程序跑飞后使***重新启动。看门狗定时器正常工作时自动计数，程序流程定期将其复位清零，如果***在某处卡死或者跑飞，该定时器将溢出，并将进入中断在定时器中断中执行一些复位操作，是***恢复正常的工作状态，即在程序没有正常运行期间，如期复位看门狗以保证所选择的定时溢出归零，使处理器重新启动。
S111，初始化定时器产生6000Hz定时中断，并且初始化串口。
S112，启动GPRS模块104，并且建立TCP连接。
S113，通过GPRS模块104接收远程控制中心105的命令并解析。
S114，判断解析后的命令类型，如果是上传数据命令则执行S115，如果是控制命令则执行S116。
S115，读取RAM中需要上传的数据，将该RAM中采集的数据发送给GPRS模块104，再通过TCP连接传送给远程控制中心105。
S116，将所述的控制命令发送给对应的所要进行控制的用电终端101。
作为本发明的一个实施例，GPRS模块104在本地集中处理器103控制下实现协议解析和远程连接，并根据远程监控中心105的请求将本地集中处理器103采集的多通道信息进行数据封装，附加标志码组成信息帧发送到GPRS网络，并通过GGSN网关进入Internet由远程监控中心105接收。GPRS模块104是在GSM网络的基础上增加GPRS服务节点(SGSN)、GPRS网关节点(GGSN)以及一系列标准接口来实现的。
较佳地，GPRS模块104中包括一SIM卡，SIM卡与GPRS模块104通过SIM卡接口电路连接，SIM卡实现身份验证。GPRS模块104的用户身份验证机制中使用了一个三元组，包括一个128位的随机数RAND、用于用户验证的A3算法结果SRES(32位)以及由A8算法计算所得的64位密钥Kc(将用于身份验证结束后数据传输中使用的GPRS加密算法GEA)。在网络侧，这个三元组由SGSN从归属位置寄存器(Home Location Register,HLR)处获取并存储于SGSN内部。其具体来说，Ki是存储在SIM卡和HLR中的用户身份验证密钥，长度为128位。首先，用电终端101向SGSN提出验证请求，SGSN接收到请求后，向HLR发送一个验证信息。HLR接收到该信息后，用随机数发生器产生一个在0和2128-1之间的128位随机数RAND，并利用该随机数以及自身存储的用户验证密钥Ki，使用A3算法得到结果SRES，使用A8算法得到GPRS加密算法(GEA)的密钥Kc，并将随机数、SRES、Kc作为一个三元组发送回SGSN。然后，SGSN将三元组存贮起来，并将其中的随机数发送给用电终端。用电终端使用该随机数以及存储在自身SIM卡中的验证密钥Ki，利用A3算法计算出结果SRES并发送回SGSN；最后，SGSN将内部存储的三元组中的SRES与用户发回的SRES进行比较，如果二者相等，则用电终端通过了身份验证。随后，SGSN将与终端进行是否需要对数据传输进行加密的协商和设定，并保证SGSN与终端之间加密解密的同时进行。协商成功后，身份验证过程结束。
较佳地，GPRS模块104在进行身份验证成功后，对进行传输的数据还进行数据加密工作。在GPRS网络数据传输过程中，数据和信令是受加密算法保护的，处于逻辑链路控制(LLC)层。
在一个实施例中，GPRS模块104采用MC52i无线模块，是尺寸最小的双频GSM/GPRS模块。MC52i内嵌TCP/IP协议栈，易于集成，用户可以在短的时间内开发出GPRS无线上网终端，广泛应用于远程监控、无线公话、车载终端、无线POS终端等领域。
GPRS模块104的***电路包括电源电路、GPRS模块启动信号发生电路、SIM卡接口电路和电平转换电路。其中，电源电路采用ASM1117正稳压集成电路，为GPRS模块接口电路板提供3.3V的数字电源。多个电容用于对输入输出电源进行滤波处理，两个发光二极管，其中一个用来指示电源的供给状态，另一个应用GPRS的SYNC引脚指示GPRS的通信状态，如图12所示。
GPRS模块104的启动信号IGT发生电路由芯片CAT1161产生，为GSM模块的IGT引脚提供了一个大于100ms且电平下降持续时间小于1ms的启动脉冲信号，使其加电后进入工作状态。SIM卡接口电路实现GPRS模块104与SIM卡的接口。另外，电平转换电路中采用了SP207E将GPRS模块104的0～5V TTL电平转换为-10～+10V的RS232电平，以便在调试环节与PC机进行通信，同时也可以与前面的单片机***进行通信。
远程监控中心105可以根据对用电终端监控的情况，对用电终端101进行控制操作或发送数据上传请求。即建立远程控制中心105与GPRS模块104之间的TCP协议，将控制命令或数据上传请求命令传送给GPRS模块104。
另外作为本发明的另一个实施例中，远程监控中心105与用电终端101建立通信联络，接收上传数据的具体实施过程如图13所示：
S130，判断是否已建立了该远程控制中心105与GPRS模块104之间的TCP协议，若是则直接进行S131，若否则设置远程控制中心105与GPRS模块104之间的TCP协议再执行S131。
较佳地，远程监控中心105为了建立一个网络连接的服务器端，需要设置IP地址和端口号，然后服务器调用方法Listen进入阻塞状态，等待来自GPRS模块104的连接请求。
S131，启动套接字侦听。
S132，判断是否有来自GPRS模块104的连接请求，若是则接受连接执行S133，若否则返回到步骤S131。
较佳地，远程监控中心105的服务器接收到连接请求时，事件ConnectionRequest被触发。如服务器愿意提供服务，则可调用Accept方法接受连接。
S133，根据所述连接请求，所述的远程控制中心105接收数据。
优选地，一旦远程控制中心105与GPRS模块104连接建立，根据所述请求中的服务，所述的远程控制中心105可使用GetData进行数据的接收。当收到数据时，事件DataArrival将被触发，可以进行数据存储、处理并通过界面进行参数的波形显示。
综上所述，本发明提供的电网终端通信***，创造性地实现了开放的通信架构，形成一个“即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信；与此同时，本发明能够解决了用电终端接入的安全性能；在现有无线通信网络环境下，实现信息的远程传输；最后，整个所述的电网终端通信***简便、紧凑，易于实现。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电网终端通信***，其特征在于，包括依次连接的用电终端、信息采集模块、本地集中处理器、GPRS模块和远程监控中心，所述信息采集模块采集所述用电终端的数据信息，并且将所述用电终端的数据信息汇聚到所述的本地集中处理器中，通过所述GPRS模块与GPRS网络建立连接，将数据信息传送至所述的远程监控中心中；所述的远程监控中心对所述用电终端传输的数据信息进行分析处理，然后将控制指令发送回所对应的用电终端。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述的用电终端采用物联网架构，结合物联网结构和协议规范，建立电力信息传输和设备间互联的层状结构数据模型；包括最底层是基本信息，被物联网范围内的所有设备所接收和感知，即是设备功率、设备的ID以及设备的类型；第二层为扩展信息，用于用电请求，来源于用户操作或智能控制，需要给出请求信号，预计时间长度和请求级别，供调度程序分析处理；第三层是高级信息，是应答信息，来源于其它设备；还设置了附加信息层，除了该设备发送给专用设备的特殊信息外，用于信息的应用层加密与校验。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述信息采集模块包括配电变压器、电流互感器、电压互感器、前端信号处理器和低通滤波器，所述配电变压器与所述用电终端连接传送数据信息，并且通过所述电流互感器、电压互感器将所述用电终端的数据信息传输给所述前端信号处理器，然后通过所述低通滤波器传输给所述本地集中处理器；
其中，所述配电变压器由三相电压、电流组合而成，通过所述的电流互感器、电压互感器对所述配电变压器源边和副边的三相电压、电流电气参数进行采集监测。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述前端信号处理器包括电压采集前端处理电路和电流采集前端处理电路；其中，所述电压采集前端处理电路是将高电压信号按比例变换并对其进行直流偏置，以匹配测量电压。这部分包含了电压转换电路、直流偏置电路和反相电路；
所述电流采集前端处理电路是将电流转换为电压信号，并对其进行直流偏置和反相变换，使其满足所述本地集中处理器的模数转换范围。
5.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述低通滤波器滤除信号的高频部分，采用巴特沃斯二阶低通滤波器，是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，而在阻频带则是逐渐下降为零。
6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述本地集中处理器是集成在芯片上的混合信号***级单片机，能够进行数据采集和通信控制；
其中，所述的本地集中处理器数据采集是完成对各通道数据的采集与存储，为所述的GPRS模块提供数据源；所述本地集中处理器内部有4352字节的内部RAM，用于存放临时数据；并且分配3900字节用于数据存储与传输，该空间分成13块，每块300字节，其中12块对应于存放各通道的采样数据；由于一个工频周期采样为10个点，所以RAM中的临时数据始终保留了各通道最近30个周期的数据。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述本地集中处理器通信控制流程包括：
第一步，初始化***时钟和端口，并且设置RAM；
第二步，初始化定时器产生6000Hz定时中断，并且初始化串口；
第三步，启动GPRS模块，并且建立TCP连接；
第四步，通过GPRS模块接收远程控制中心的命令并解析；
第五步，判断解析后的命令类型，如果是上传数据命令则执行第六步，如果是控制命令则执行第七步；
第六步，读取RAM中需要上传的数据，将该RAM中采集的数据发送给GPRS模块，再通过TCP连接传送给远程控制中心；
第七步，将所述的控制命令发送给对应的所要进行控制的用电终端。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述GPRS模块在所述本地集中处理器控制下实现协议解析和远程连接，并根据所述远程监控中心的请求将所述本地集中处理器采集的多通道信息进行数据封装，附加标志码组成信息帧发送到GPRS网络，并通过GGSN网关进入Internet由所述远程监控中心接收。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述GPRS模块中包括一SIM卡，SIM卡与所述GPRS模块通过SIM卡接口电路连接，SIM卡实现身份验证；所述GPRS模块的用户身份验证机制中使用了一个三元组，包括一个128位的随机数RAND、用于用户验证的A3算法结果SRES以及由A8算法计算所得的64位密钥Kc；在网络侧，这个三元组由SGSN从归属位置寄存器处获取并存储于SGSN内部；
其中，Ki是存储在SIM卡和HLR中的用户身份验证密钥，长度为128位；首先，所述用电终端向SGSN提出验证请求，SGSN接收到请求后，向HLR发送一个验证信息；HLR接收到该信息后，用随机数发生器产生一个在0和2128-1之间的128位随机数RAND，并利用该随机数以及自身存储的用户验证密钥Ki，使用A3算法得到结果SRES，使用A8算法得到GPRS加密算法的密钥Kc，并将随机数、SRES、Kc作为一个三元组发送回SGSN；然后，SGSN将三元组存贮起来，并将其中的随机数发送给用电终端；所述用电终端使用该随机数以及存储在自身SIM卡中的验证密钥Ki，利用A3算法计算出结果SRES并发送回SGSN；最后，SGSN将内部存储的三元组中的SRES与用户发回的SRES进行比较，如果二者相等，则用电终端通过了身份验证，随后SGSN将与终端进行是否需要对数据传输进行加密的协商和设定，并保证SGSN与用电终端之间加密解密的同时进行；协商成功后，身份验证过程结束。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述远程监控中心根据对所述用电终端监控的情况，对所述用电终端进行控制操作或发送数据上传请求；即建立所述远程控制中心与所述GPRS模块之间的TCP协议，将控制命令或数据上传请求命令传送给所述GPRS模块；
其中，所述远程监控中心与所述用电终端建立通信联络，接收上传数据包括：
第一步，判断是否已建立了该远程控制中心与GPRS模块之间的TCP协议，若是则直接进行第二步，若否则设置远程控制中心与GPRS模块之间的TCP协议再执行第二步；
第二步，启动套接字侦听；
第三步，判断是否有来自GPRS模块的连接请求，若是则接受连接执行第四步，若否则返回到步骤第二步；
第四步，根据所述连接请求，所述的远程控制中心接收数据。
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