基于智能电子锁具的电力计量箱监控系统设计

矗｜薯　ｊ　启明震辰　蕊百　基于智能电子锁具的电力　计鼍箱监控系统设计　杨事正（淮南供电公司科技信息中心，安徽淮南２３２００７）　摘　要：针对当前电网企业电能计量箱管理上的薄弱环节——箱门开启　了一套基于智能电子锁具电能计量箱监控系统的实现方案。重点介绍了　监控系统的设计思路、功能模块及其开发意义，详细介绍了电子锁控制　件设计、开锁过程中芯片的低功耗设计技术。系统的开发和应用大大提　电公司的电能计量表箱管理水平，也提升了企业的管理水平和服务质量。　关键词：电能计量箱；电子锁；芯片；管理信息系统　１传统的电能计量箱管理方　式的弊端　随着供电网络的不断延伸，电　力客户数量不断增加，传统的电能　计量箱管理方式已不能适应企业发　导致钥匙数量、规格相应较多，发放　３开发思路　系统研究的主要思路是通过对　电子锁进行管理达到对计量箱的监　控管理。在项目前期，调研并对比了　其他行业的电子锁产品。　钥匙的过程占用了较多的时间，在　钥匙管理上经常发生差错；　（５）现有计量箱的挂锁实行分　台区分锁号使用，须向厂家定制，成　本较高。同时如果钥匙有丢失等情　展的需要，严重影响了企业经济效　益的提高和服务工作的开展，主要　表现在以下几个方面：　在调研比较的基础之上，决定　况时，相同编号的几十套锁具需要　全部更换；　开发一套智能化的电子锁系统，使　之既适合于对电子锁的集中管理，也　（６）传统计量箱的挂锁由于无　防雨装置，数月后很快锈蚀，致使供　电企业维护人员不得不采取主动破　坏行为。　（１）电能计量箱的资料难以及　时更新，不能反映电能计量箱现场　的实际情况，给电力客户服务、日常　维护等工作带来了很大的障碍；　（２）电能计量箱的锁具目前采　适合于对电子锁的分散管理，同时也　适应电网企业对计量箱锁具的特殊　要求。电子锁应能满足以下功能：　（１）通过对电子钥匙内部存储　信息的读取获得开锁记录；　（２）一把电子钥匙开多个锁，电　２国内电能计量箱监控系统　研发现状　目前国内对电能计量箱监控管　理的研究多集中在对箱门的开合检　用的机械或磁性钥匙防复制能力　差，容易破解。当电能计量装置被非　法操作时，容易与电力客户发生法　律纠纷。供电企业不得不频繁更换　锁具，浪费了大量的人力和物力；　（３）供电企业对电能计量箱的　开启、关闭情况没有一种有效的监　控手段，无法掌握和控制电能计量　子钥匙遗失后，其开锁功能将失效；　（３）在满足对电子锁开锁过程　的管理的情况下，电子锁无需联网，　减少网络建设费用，降低系统成本，　测，用ＴＴＵ或负控装置将检测结果　通过ＧＰＲＳ或载波方式传送到主站。　这类方式解决了箱门开闭的检测，　但无法了解是何人对箱门进行开　闭，同时在停电状态下，也无法检测　到箱门开闭情况。　同时降低系统整体功耗。　为实现以上功能，拟定了以下　关键技术实施方案：　（１）解决计量箱量大且分散在　箱开、关的人员、时间、次数等信息；　（４）由于电能计量箱数量极大，　各地中的运行维护问题；　２００８年第６卷第８期　ＥＬＥＣＴＲｌＣ　Ｐ０ＷＥＲ　ｌＴ　维普资讯 http://www.cqvip.com

启明墓辰　百　百　（２）对所选电子锁具进行测试，　钥匙读写设备、网络设备以及电源　等相关设备。主站设备必须采用标　准化设备，主站配置必须满足系统　功能规范和性能指标的要求，保障　系统运行的及时性、可靠性、稳定性　和安全性，并充分考虑可维护性、可　扩性要求。　（２）主站软件环境：主站操作　系统采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ，数据库管　时间与人工的操作习惯有关）。　经过计算，开１次锁的标准功　耗为０．０３７ｍＡｈ，ＣＲ２０３２的标准　容量为２１０ｍＡｈ，设ＣＲ２０３２容量　的可利用率为６０％（经验值），因此　理论上应可开锁次数为２１０×０．６０／　０．０３７＝３４０５次。考虑到ＣＲ２０３２的　为锁具控制装置的研发提供依据；　（３）研制电子锁具控制装置及　电子钥匙；　（４）设计各类装置之间的通信　协议；　（５）解决信息交换过程中的加　解密技术；　电流特性及锂电池的恢复特性，开　锁次数要低于上述数据。　（６）解决开锁过程中的功耗技术。　理系统采用ＭＳ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００　５．３电子锁及电子钥匙接口电路设计　电子锁接口电路与电子钥匙接　口电路结构基本相同，二者的区别　在于电子钥匙自身有电源，因而不　需外接电源，而电子锁本身不含电　源需由接口电路提供给电子锁控制　电路电源。　电子钥匙和电子锁的对外接口　的信号线都为ＴＴＬ串口信号。由于　目前的大多数计算机均使用ＵＳＢ做　４系统构成　系统由主站系统、电子锁接口　电路、电了钥匙接口电路、电子锁管控　电路及电子钥匙电路构成（见图１）。　或Ｏｒａｃｅ　８．１７以上。　５．２锁具定量分析　项目的重点在于对电子锁的研　发。由于要解决在计量箱内部停电　时也能打开计量箱，因此不能使用　市电电源，必须使用蓄电池或其他　５系统详细设计　５．１主站功能及其实现　主站系统具有计量箱及锁具资　料的收集、传输、加工、储存、更新　和维护功能，电子钥匙登记、分配功　能，通过电子钥匙读／写器对电子钥　匙开锁权限进行参数下发，上载电　子钥匙中储存的开锁信息。具有授　权开锁信息和开锁信息的收集、加　工功能。可以对异常信息加以判断、　整理、维护。可进行基础信息参数的　设置。所有功能由系统管理员授权　操作员不同的操作权限、管理范围　实现。按设定条件进行档案查询和　报表打印功能。　固体电池，但考虑到计量箱分布在　全市各个地方，如果将电池放在计　量箱中，当出现电池故障或电池寿　命已到时，会给维护工作带来很多　不便，同时也增加工作量，为此电池　应与钥匙在一起，这样方便更换。电　池与钥匙结合在一起，必须考虑其　尺寸及便携性，同时还要考虑电池　的成本因素，由于这一条件的限制，　为外设接口，因而设计了ＵＳＢ转串　口的接口电路。　电子锁接口电路包括设置一个　ＵＳＢ至２３２转接芯片，将转接芯片的　接收及发送串口线并接，作为信息　输入输出端，同时ＵＳＢ接口提供５Ｖ　电源，５Ｖ电源、信息输入输出端和　电池的容量将减小。为了适应较小　容量的电池，电子锁锁具的开启必　地线构成与电子锁连接的３芯接口，　以３芯接口收发电子锁的信息。而　信息输入输出端和地线构成与电子　钥匙连接的２芯接口。　须是低功耗的，通过市场调研选择　了一个低功耗的电子锁锁具，锁具　的标准电压为４～６Ｖ，标准启动电流　为５０ｍＡ，最大电流为８０ｍＡ。通过　（１）主站硬件配置：包括计算　机系统（工作站、服务器等）、电子　５．４电子钥匙电路设计　电子钥匙主要是用于向电子锁　提供电源，根据权限开启电子锁，采　集电子锁的开锁记录情况，同时，回　到主站后，通过电子钥匙接口电路　将开锁记录返回主站系统，并接受　下一次开锁权限。　钥匙电路中设置一个微处理　器，微处理器使用环接的串口线作　为信息输入输出，串口线与电子锁　管控电路连接进行信息传递，做处　理器以总线方式Ｉ２Ｃ与存储器连接，　综合比较和分析，选择了带有２粒纽　０３２锂电池）的锁具。　将锁具最大的　开启电流设置为　１００ｍＡ，锁具的最大　开启时间约为１ｓ，锁　控装置的分析时间　约为１ｓ，钥匙及锁控装　置的电流消耗为　８ｍＡ，钥匙与电子锁　图１系统构成　接触时间约为３ｓ（接触　２００８年第６卷第８期　ＥＬＥＣＴＲｌＣ　ＰＯＷＥＲ　ｌＴ　维普资讯 http://www.cqvip.com 星鳗星蜃　电力信息安全专家　图２电子钥匙结构示意　图３电子锁结构示意　处理后的数据放入存储器。钥匙设置　员均纳入权限管理功能中；　一启动电路和电源，启动电路与电子　（２）电子锁的初始化设置管理。　锁管控电路接触后，获得高电平，并　区分厂家设置和用户使用设置。设　开启钥匙电源，微处理器启动后将电　置时间、密码集合、电子锁的ＩＤ号、　源启动电路进行自保持。当钥匙完成　单位编号等；　电子锁的开启和采集任务且离开电　（３）电子钥匙的初始化管理。格　子锁后，钥匙由自身的微处理器通过　式化电子钥匙存储器，设置钥匙的　电源自保持电路将电源关闭。　ＩＤ号；　电子钥匙的结构示意如图２所示。　（４）电子钥匙的权限设置及开　５．５电子锁电路设计　锁记录下载。上传电子钥匙的开锁　电子锁电路主要是分析电子钥　记录并保存至数据库中。分配开锁　匙是否有开本锁的权限，同时保存　权限；　各钥匙开锁的过程，并将此过程送　（５）开锁记录查询。　给电子钥匙。除完成上述管理功能　外，还提供开锁的控制功能，根据锁　７系统产生的效益　具要求提供开锁电源及控制信号。　７．１管理效益　电子锁管控电路中，设置一做　（１）电能计量箱集中监控管理　处理器，微处理器使用环接的串口　系统解决了钥匙管理问题，通过对　线作为信息输人输出端，串口线与　钥匙认证、对所辖的计量箱锁的开　电子钥匙连接，接收钥匙芯片的命　锁授权，实现了一把钥匙开多个锁，　令帧。微处理器以总线方式Ｉ２Ｃ与存　多把钥匙开一把锁，方便实现对钥　储器连接，处理后的数据存入存储　匙的现场使用情况的控制，无需钥　器。微处理器以Ｉ２Ｃ总线方式与时钟　匙专门保管发放人，简化了管理手　芯片ＰｃＦ８５６３Ｔ连接，用于获取实时　续、不存在管理错误，提高了钥匙管　时钟。微处理器ＣＰＵ与电池电压监　理效率。给电能计量箱的管理带来　测芯片连接，用于监视电源电压。微　革命性的进步。　处理器的输出信号端与机械锁具的　（２）通过电能计量箱集中监控　控制器接口相连接，用于向锁具提　管理系统，企业能对计量箱的开启、　供开锁控制信号。　关闭情况进行有效监控，进而为抄　电子锁的结构示意如图３所示。　表、故障抢修及其他现场服务提供　有力的数据分析支持。　６系统实现的整体功能　７．２社会效益　电能计量箱集中监控管理系统　（１）由于实现了对电能计量箱　具备以下功能：　　‘的开启、关闭情况的有效监控，企业　（１）电子钥匙的权限管理。权限　能真实记录电力营销人员现场服务　管理分为３个层次，锁具、钥匙及人　情况，确保对抄表、故障抢修及其他　现场服务等工作进行到位的监督，　为现场营销人员的考核、服务水平　提升提供技术支持。　（２）电能计量箱集中监控管理　系统规范了电能计量箱的管理，震　慑了窃电、内部协助窃电行为，减少　了电能计量装置被非法操作，同时提　高供电营销人员的自律意识，减少与　客户的法律纠纷，有助于在客户中树　立良好的企业形象和社会形象。　８结语　目前，基于智能电子锁具的电　能计量箱集中监控管理系统的开发　工作已完成并已正式运行，系统达　到了当初规划时的预期目标。　根据系统目前的运行情况，今　后要在主站功能上完善对计量箱信　息方面的管理，并加强与其他业务　系统的融合。另外，在电子锁技术方　面还要进行以下几方面的技术跟　踪：（１）低功耗高性能的ＭＣＵ技术　发展；（２）小型化、高性能、大容量、　无污染电池技术的发展；（３）低功耗　大容量存储器件的技术发展；（４）低　功耗电子锁具的发展。　责任编辑张钦芝　收稿日期：２００８－０５－０４　２００８年第６卷第８期　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　ｌＴ