专利名称：嵌入式智能交互终端及其通讯方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌入式智能交互终端及其通讯方法，对用电装置信息进行采集和 智能分析，并可以利用双通道(有线以太网通道和无线通道)与用电信息主站进行数据、服 务的交互，属于电力用电技术领域。
背景技术：
社会发展日新月异，电力用户对电能的质量和服务提出了更高的要求。为了更好 的顺应社会需求，国家电网公司提出了建设统一坚强智能电网的战略决策。建立智能电网 的主要目的之一是通过增强供电公司与电力大用户的信息互动，实现大用户用电自动化， 使得营配系统的用电管理、故障定位及电能监控深入到大用户的供电末端，全面提升供电 公司针对大用户的综合服务能力，满足大用户的多元化需求，提高用户的用电质量、改变传 统的用电模式及习惯，提高设备利用效率和运营效率，降低用户的用电成本；满足智能电网 互动化的要求，加强大用户侧信息资源的集成和整合。据申请人了解，目前供电公司对大用户的内部用电相关信息掌握得很少，主要是 由于没有专门的设备或系统实现智能量测、智能控制、双向信息互动，无法准确评估用户在 用电过程中出现的各类情况(如电压波动对用户的影响等)，也无法为大用户经济、安全运 行提出明确的建议。中国市场上没有现成的设备能够实现上述功能；欧洲和美国目前也仅 处于智能电网智能用电服务和设备的规划和前期阶段。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种嵌入式智能交互终端及 其通讯方法，具体技术方案如下一种嵌入式智能交互终端，包括数据处理与控制模块、数据存储模块、上行模块 和下行模块，所述数据处理与控制模块分别同数据存储模块、上行模块和下行模块进行通所述上行模块包括上行通信模块、上行以太网模块和3G通信模块；所述上行以太 网模块和3G踏通信模块通过上行通讯模块与所述数据处理与控制模块进行通信；所述下行模块包括下行通讯模块和下行以太网模块；通过下行通讯模块与所述数 据处理与控制模块进行通信；所述上行模块与数据处理与控制模块之间还设有TCP/IP加密模块。所述数据处理与控制模块还连接有外部接口模块；接口模块连接液晶屏、触摸屏、 话机、用户智能卡、加密狗、摄像头和硬盘。还包括电源管理模块，所述电源管理模块把外部电源转换成各个模块所需电源， 分别为它们供电；所述电源管理模块的控制端连接数据处理与控制模块的输出端。一种上述的嵌入式智能交互终端的通讯方法，本终端与各类型的用电信息采集装 置和用电信息主站进行通讯，步骤包括
1)所述数据处理与控制模块对数据进行处理与转换，生成统一的码制；2)所述TCP/IP加密模块将步骤1)得到的数码进行加密，通过TCP/IP协议、经由 上行通讯模块与用电信息主站通讯；3)所述上、下行通讯模块与上、下行以太网模块构成以太网通讯通道，所述上行通 讯模块与3G通讯模块构成3G无线通讯通道；所述以太网通讯通道经下行通讯模块与用电信息采集装置通讯，经上行通讯模块 与用电信息主站通讯；所述3G无线通讯通道经上行通讯模块与用电信息主站通讯；在与用电信息主站通讯中，以太网通讯通道或3G无线通讯通道中的任一种为主 通道，另外一种为备用通道，主通道无法成功通信时，切换到备用通道。本终端与用电信息采集装置进行通信包括以下步骤(Si)本终端与用电信息采集器建立连接(SlOl)本终端使用以太网通讯通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发登录 命令；(S102)用电信息采集器如果收到登录命令后，返回的确认帧；本终端收到确认 帧，则通信信道被正确建立，否则转到(S103)；(S103)如果本终端在指定时间内未收到确认帧，那么本终端重发登录命令；(S104)本终端按照预设的重新发送次数进行重发登录命令，如果重发次数小于预 设的最大值，本终端等待确认，转到(S105)；(S105)如重发送次数达到预设的最大值，仍没有收到采集器的确认，那么传输失 败，结束；(S106)当本终端重启后，本终端主动重新发送登录信息，与用电信息采集器进行 通信；(S107)当用电信息采集器因异常重启后，本终端可检测到，并在用电信息采集器 正常后，主动再次连接，登录到用电信息采集器上；(S2)智能交互终端开启/关闭用电信息采集器上报实时数据功能设置(S201)本终端使用以太网通信通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发开启 /关闭上报实时数据功能的命令；(S202)用电信息采集器上行接口启动/停止主动上报实时数据功能；(S203)当本终端下发开启命令后，用电信息采集器接收到下行接口主动上报的实 时数据后，主动上报给本终端，本终端同时存储数据；(S204)当本终端下发关闭命令后，用电信息采集器取消主动上报给本终端的功 能；(S3)用电信息采集器主动上报实时数据至智能交互终端(S301)本终端使用以太网通信通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发开启 上报实时数据功能的命令；(S302)用电信息采集器上行接口启动主动上报实时数据功能；(S303)用电信息采集器接收下行接口的实时数据后，判断该数据是否是本终端要 求主动上报的；如果是，则传发实时数据给本终端，否则转到(S304)；(S304)如果用电信息采集器判断收到的实时数据不是本终端要求主动上报的，则保存该数据，并继续监测下行接口的实时数据；(S305)本终端接收到用电信息采集器的数据后，返回给下行接口成功接收的确认 信号，同时把存储数据。本终端与用电信息主站的双向交互通讯智能交互终端将采集到的数据处理后，通过太网通讯通道或3G无线通讯通道经 上行通讯模块传送至用电信息主站；用电信息主站将用电信息、用电提醒、智能化分析结果等通过有线或无线通道传 送至智能交互终端，并向本终端发送数据采集命令。本发明技术方案中，1)在一台智能交互终端上集成了用电信息数据处理与传输和多制式用电装置信 息实时采集的功能，能够对多类型多规约的用电信息数据进行处理、转换，生成统一的码 制，经加密后通过TCP/IP进行传输；监测以太网口的数据包，对来自以太网口的用电信息 采集、发送等指令作出响应；同时可以实时与用电信息主站进行信息交互；2)智能交互终端的通信方式同时支持有线和无线通信通道，有线主要是以太网， 无线支持3G模式。使用完全不同性质的两个通道进行数据传输，发挥两个通道各自的优 势，极大提高了数据传输的可靠性和实时性；3)智能交互终端配备了嵌入式话机，当用户拿起话机后，终端会自动拨号，直接进 入客服呼叫中心的排队系统，等待服务，使用户可以快速连接客服得到便利的服务；4)智能交互终端内部加载加密狗硬件加密装置，终端使用时系统不断自动检测终 端上的加密狗是否和本机主板匹配，如果加密狗被更换或者损坏，将给出提示后锁定系统; 用户不能对加密狗做任何操作，如果加密狗被移走、丢失或者被用户更换，智能交互终端系 统将无法启动；同时，加密模块与智能交互终端内软件的自动升级相互绑定，不定期对终端 进行扫描和验证，以保证网内终端均为赋有权限的设备；5)智能交互终端通过CPU卡对使用者的身份进行识别，只有当用户通过验证后， 终端才会赋予用户相应的权限，以保证智能交互终端中数据的安全性和可靠性；6)多台智能交互终端利用终端内部自带的组网模块，可实现局域网的自组网，以 此可对每台终端处理的数据量进行合理的分配，最终实现多台智能交互终端的大批量数据 计算；7)多台智能交互终端通过内部的模块或程序，可实现数据的相互备份，以保证在 异常情况下，数据能够正常处理和传输。本发明提供的终端，实现对大用户主要用电设备的信息实时采集、分析，通过能效 智能诊断，为大用户节能改造提供参考和建议，并实现能效的在线预评估及能效信息发布 和交流等智能用电服务。
图1 本发明实施例的结构框图；图2 本本发明实施例的的主要部件框图；图3 本发明实施例的与采集器通讯的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明设计一种智能交互终端，利用高性能的嵌入式数据处理、传输模块，实时采集多制 式用电装置的信息，对多规约的数据进行处理、转换、分析、传输，同时可以实时与用电信息 主站进行信息交互，监测以太网口的数据包，对来自以太网口的用电信息采集、发送等指令 作出响应。如图1，一种本例的终端，包括数据处理与控制模块、数据存储模块、上行模块和下 行模块，所述数据处理与控制模块分别同数据存储模块、上行模块和下行模块进行通信；所 述上行模块包括上行通信模块、上行以太网模块和3G通信模块；所述上行以太网模块和3G 踏通信模块通过上行通讯模块与所述数据处理与控制模块进行通信；所述下行模块包括下 行通讯模块和下行以太网模块；通过下行通讯模块与所述数据处理与控制模块进行通信； 所述上行模块与数据处理与控制模块之间还设有TCP/IP加密模块。数据处理与控制模块为本终端的核心模块，接收智能交互终端电源提供的电能并 加以分配，向智能交互终端的各个组成模块部件供电；接收电源开关和操作系统来的开机 信号实现开机、关机、重启、待机和休眠等操作；提供接口，将液晶屏、触摸屏、话机、用户智 能卡、加密狗、摄像头、硬盘等设备连接起来。本实施例采用Intel Atom 270处理器，芯片 为 Intel 945GSE+ICH7M，集成 Intel GM 显卡、Realtek ALC662 声卡、以太网控制器、USB2. 0 控制器，具有USB、SATA等外接接口。如图2所示，本例中，数据处理与控制模块的实现可以用主板来进行，为智能交互 终端的核心部分。主板上的主要部件为芯片组、总线、输入输出接口和电源接口。其功能包 括1)将CPU、内存等关键核心部件通过总线和芯片组连接起来，组成智能交互终端 的核心；2)接收智能交互终端电源提供的电能并加以分配，向智能交互终端的各个组成模 块部件供电；3)接收电源开关和操作系统来的开机信号实现开机、关机、重启、待机和休眠等操 作；主板提供接口，将液晶屏、触摸屏、话机、用户智能卡、加密狗、摄像头、硬盘等设备 连接起来。数据存储模块，主要是硬盘，为智能交互终端数据存放部分，通过数据线接至数据 处理与控制模块；显示模块，主要由液晶屏、液晶屏高压板和多点触摸屏、触摸屏引线互联构成，液 晶显示屏粘贴在触摸屏的背面；液晶显示屏通过LVDS接口与主板连接获得数据信号，液晶 屏高压板通过板载高压接口与主板连接；触摸屏通过USB与主板连接；触摸屏采用多点触 摸屏，可以两只手、多个手指，甚至多个人，同时操作屏幕的内容，更加方便与人性化；话机模块，主要由话机和话机电路共同组成，用于实现对讲或电话语音输入，并转 变为相应的模拟信号；智能交互终端配备了嵌入式话机，当用户拿起话机后，终端会自动连 线至预先设置好的客户服务呼叫中心；当终端用户要挂机时，直接将话机放入话机卡槽，系 统会获取挂断消息，在收取挂断消息后切断电话；其特征在于，用户拿起话机后，终端自动拨号，即可直接进入客服呼叫中心的排队系统，等待服务；音响模块，主要由两个5W的喇叭以及电路板互联构成，通过USB与主板连接获得 5V稳压电源；声音输入接口则与话机的音频接口连接，保证话机被拿起时，喇叭切换到静 音状态；在话机未使用状态时为系统提供广播通知、通告等功能的硬件支持；音频模块，用于对讲时的语音传输和处理，同时具有IP电话的功能；其将模拟语 音信号转变为数字信号，编码后发送给IP处理模块封装成IP包通过以太网进行传输；视频模块，主要由摄像头以及采集芯片组成，通过USB接口与主板连接；智能交互 终端视频采集模块通过硬件数据采集，通过CMOS镜头对现场进行采集，系统软件对其进行 动态采集；当终端显示电话接通后，智能交互终端将用户端视频发往视频服务器，交互的对 方可自动在视频服务器获取用户视频；硬件加密模块，主要由加密狗构成，通过USB接口与主板连接；在智能终端内嵌硬 件加密狗，加密狗内写入加密后的终端主板序列号；终端使用时系统不断自动检测终端上 的加密狗信息是否和本机主板匹配，如果加密狗被更换或者损坏，将给出提示后锁定系统; 用户不能对加密狗做任何操作，如果加密狗被移走、丢失或者被用户更换，智能交互终端系 统将无法启动；智能卡模块，主要由智能读卡器和用户卡组成；智能交互终端应用接触式智能卡 识别用户使用权限，权限覆盖系统入口，应用程序入口以及数据筛选功能；当用户在终端插 入身份卡后，读卡程序从智能卡中读取用户编号，智能卡校验码等信息，并对这些信息进行 解密识别，以确认是否为合法用户；用户通过识别后，终端将赋予用户相应的权限；当用户 弹出终端中的身份卡后，读卡程序即检查到卡被弹出，表示当前用户结束操作，终端即进入 锁定状态，无法进行操作，终端显示相应的信息界面；外部接口模块，主要包括电源接口、网络接口、开关、以及话机接口 ；电源接口和网 络接口均通过一个引板固定在支撑板的右下方；电源接口和网络接口均通过线路直接与主 板上的电源接口和网络接口相连；有线通讯模块，主要是以太网控制器模块和接口，用于数据处理与控制模块与其 他设备的有线通讯连接，完成以太网中物理层与数据链路层的数据包封装/拆包处理；无线通讯模块，主要是3G通信模块，用于数据处理与控制模块与其他设备的无线 通讯连接；上行通讯模块，支持以太网和3G无线信道，配置制定以太网通信信道为主通道， 3G通信信道为备用通道，上行通讯模块主要用于智能交互终端的远程通讯；下行通讯方式，支持以太网通信通道，主要用于智能交互终端的本地通讯，满足工 业应用中局域网的通讯。本例的主板上设有电源管理模块，所述电源管理模块把外部电源转换成各个模块 所需电源，分别为它们供电。所述数据处理与控制模块控制电源管理模块的工作。下面以一个大型工矿企业为例，说明本发例的工作过程将本发明智能交互终端安装在大型工矿企业的厂区，通过网线将智能交互终端接 入企业的局域网。具体步骤如下智能交互终端通上电源后，开机，终端进入初始化状态，此时智能交互终端将启动 硬件加密模块，自动检测终端内嵌的硬件加密狗是否存在，硬件加密狗是否和本机主板匹配；若加密狗被移走、丢失或被更换，智能交互终端系统将无法正常启动，同时终端还将发 送报警信息至主站。若加密狗检测正常，智能交互终端将继续启动身份验证程序，触发智能卡模块进 行工作；当用户在终端插入身份卡后，读卡程序从智能卡中读取用户编号、智能卡校验码等 信息，并对这些信息进行解密识别，以确认是否为合法用户；用户通过识别后，终端将赋予 用户相应的权限，权限包括了系统入口，应用程序入口以及数据筛选等功能；当身份卡从 终端中的取出后，读卡程序即检查到卡被拿出，表示当前用户结束操作，终端即进入锁定状 态，无法进行操作，终端显示相应的信息界面。当智能交互终端的硬件验证和使用者验证均通过后，终端将启动数据传输线程。 数据传输线程首先识别网络接口，以确定以太网传输模式是否正常工作。经识别采用以太 网传输模式，进入数据传输线程，启动网络初始化设置；随后，智能交互终端的各个模块将 全部启动，待机。系统使用者在智能交互终端上登录用电信息互动系统，根据智能卡验证的身份， 在系统中进行相应权限的操作。用户登录用电信息互动系统后，智能交互终端通过显示模块输出，将各种信息通 过交互界面显示出来。用户通过交互界面，使用触摸屏触发智能交互终端响应各种输入事 件，比如菜单的选择、信息的收取与查看、采集数据指令的发送等等，系统确认后，将这些指 令传送至数据处理与控制模块进行处理。智能交互终端配备了嵌入式话机，当用户拿起话机后，智能交互终端启动话机模 块、音频模块、视频模块。终端自动拨号，自动连线至预先设置好的用电服务客户呼叫中心， 直接进入客服呼叫中心的排队系统，等待服务，在接受呼叫中心服务时，用户可通过语音、 视频的方式与服务人员进行沟通；当终端用户挂机时，直接将话机放入话机卡槽，智能交互 终端会获取挂断消息，在收取挂断消息后切断电话。对于智能交互终端与采集器的通讯，默认采用的是有线的通讯方式，即以太网通 讯方式。首先，用户通过智能交互终端发出采集命令，或者智能交互终端接收用电信息主站 的命令发出采集命令，再或者智能交互终端根据系统的设置自动发出采集命令。如图4所 示，主要通讯步骤如下智能交互终端首先向采集器发出登录指令，与采集器建立连接，采集器处理完毕 后返回确认信息给终端；智能交互终端得到采集器的确认反馈消息后，终端发出开启数据上报的命令，采 集器更改该设置后向终端发送确认信息；采集器进行工作，将采集到的数据自动上报至终端，终端接收到信息后，返回确认 信息给采集器；终端启动数据存储模块，将数据存储至终端的存储器中；终端启动数据处理与控制模块，通过各种规约转换机制对采集器上传的数据进行 处理与转换，生成统一的码制，并存储。TCP/IP加密模块将数据进行加密，通过TCP/IP协 议、经由通信模块与用电信息主站通讯。对用电信息主站传输过来的数据，智能交互终端调用数据处理与控制模块中的解 析处理程序，进行数据提取、处理、整合，将处理好的数据存储在存储器中，供用户查看。
在通信实时监听状态中，系统实时识别通信状态，驱动网络通信协议，保持与主 站、采集器建立的连接；判断数据缓存中是否有未发送的数据，根据协议读取数据并发送； 同时，一直监听下行接口是否有上传的数据。智能交互终端在运行过程中，如与外界的通信连接中断，终端将根据设置判断是 否启用备用的无线通道——3G模式，若设置为“是”，终端可切换到备用通道，当有线通信的 主通道恢复时，可切换回主通道；如设置为“否”，终端将备份数据，直到通信恢复。在异常处理状态中，如果终端异常，如数据采集失败、数据传输失败等情况，终端 将发出信号驱动报警灯报警，同时将报警信息存入本地日志中，本发明主要应用于电力用电技术领域，实现对用电装置信息进行采集和智能分 析，并可以利用网络通道与用电信息主站进行数据、服务的交互，适合于大型工业现场的数 据采集、处理及实时传送。需要理解到的是上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行 的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种嵌入式智能交互终端，其特征是包括数据处理与控制模块、数据存储模块、上行模块和下行模块，所述数据处理与控制模块分别同数据存储模块、上行模块和下行模块进行通信；所述上行模块包括上行通信模块、上行以太网模块和3G通信模块；所述上行以太网模块和3G踏通信模块通过上行通讯模块与所述数据处理与控制模块进行通信；所述下行模块包括下行通讯模块和下行以太网模块；通过下行通讯模块与所述数据处理与控制模块进行通信；所述上行模块与数据处理与控制模块之间还设有TCP/IP加密模块。
2.根据权利要求1所述的嵌入式智能交互终端，其特征是所述数据处理与控制模块还 连接有外部接口模块；接口模块连接液晶屏、触摸屏、话机、用户智能卡、加密狗和摄像头。
3.根据权利要求1或2所述的嵌入式智能交互终端，其特征是还包括电源管理模块，所 述电源管理模块把外部电源转换成各个模块所需电源，分别为它们供电；所述电源管理模 块的控制端连接数据处理与控制模块的输出端。
4.一种权利要求1 3任一所述的嵌入式智能交互终端的通讯方法，其特征是本终端 与各类型的用电信息采集装置和用电信息主站进行通讯，步骤包括1)所述数据处理与控制模块对数据进行处理与转换，生成统一的码制；2)所述TCP/IP加密模块将步骤1)得到的数码进行加密，通过TCP/IP协议、经由上行 通讯模块与用电信息主站通讯；3)所述上、下行通讯模块与上、下行以太网模块构成以太网通讯通道，所述上行通讯模 块与3G通讯模块构成3G无线通讯通道；所述以太网通讯通道经下行通讯模块与用电信息采集装置通讯，经上行通讯模块与用 电信息主站通讯；所述3G无线通讯通道经上行通讯模块与用电信息主站通讯；在与用电信息主站通讯中，以太网通讯通道或3G无线通讯通道中的任一种为主通道， 另外一种为备用通道，主通道无法成功通信时，切换到备用通道。
5.根据权利要求4所述的嵌入式智能交互终端的通讯方法，其特征是本终端与用电信 息采集装置进行通信包括以下步骤(Si)本终端与用电信息采集器建立连接(5101)本终端使用以太网通讯通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发登录命令；(5102)用电信息采集器如果收到登录命令后，返回的确认帧；本终端收到确认帧，则 通信信道被正确建立，否则转到(S103)；(5103)如果本终端在指定时间内未收到确认帧，那么本终端重发登录命令；(5104)本终端按照预设的重新发送次数进行重发登录命令，如果重发次数小于预设的 最大值，本终端等待确认，转到(S105)；(5105)如重发送次数达到预设的最大值，仍没有收到采集器的确认，那么传输失败，结束；(5106)当本终端重启后，本终端主动重新发送登录信息，与用电信息采集器进行通(S107)当用电信息采集器因异常重启后，本终端可检测到，并在用电信息采集器正常后，主动再次连接，登录到用电信息采集器上；(52)智能交互终端开启/关闭用电信息采集器上报实时数据功能设置(5201)本终端使用以太网通信通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发开启/关 闭上报实时数据功能的命令；(5202)用电信息采集器上行接口启动/停止主动上报实时数据功能；(5203)当本终端下发开启命令后，用电信息采集器接收到下行接口主动上报的实时数 据后，主动上报给本终端，本终端同时存储数据；(5204)当本终端下发关闭命令后，用电信息采集器取消主动上报给本终端的功能；(53)用电信息采集器主动上报实时数据至智能交互终端(5301)本终端使用以太网通信通道经下行通讯模块向用电信息采集器下发开启上报 实时数据功能的命令；(5302)用电信息采集器上行接口启动主动上报实时数据功能；(5303)用电信息采集器接收下行接口的实时数据后，判断该数据是否是本终端要求主 动上报的；如果是，则传发实时数据给本终端，否则转到(S304)；(5304)如果用电信息采集器判断收到的实时数据不是本终端要求主动上报的，则保存 该数据，并继续监测下行接口的实时数据；(5305)本终端接收到用电信息采集器的数据后，返回给下行接口成功接收的确认信 号，同时把存储数据。
6.根据权利要求4所述的嵌入式智能交互终端的通讯方法，其特征是智能交互终端与 用电信息主站的双向交互通讯智能交互终端将采集到的数据处理后，通过太网通讯通道或3G无线通讯通道经上行 通讯模块传送至用电信息主站；用电信息主站将用电信息、用电提醒、智能化分析结果等通过有线或无线通道传送至 智能交互终端，并向本终端发送数据采集命令。
全文摘要
一种多功能智能交互终端，包括数据处理与控制模块、数据存储模块、TCP/IP加密模块、有线通讯模块、无线通讯模块、上行通讯模块、下行通讯模块。本终端的通讯方法包括数据采集、数据处理、数据传输过程，支持有线和无线通讯通道，有线通讯方式为以太网通信，无线通讯是3G模式。其中上行通讯方式支持以太网和3G无线信道，配置制定以太网或3G中的一种为主通道，另外一种为备用通道，主要用于该设备的远程通讯；下行通讯方式支持以太网通道，主要用于该设备的本地通讯，满足工业应用中局域网的通讯。本发明操作方便、运行可靠、信息传输量大、传输速度快，能够为用户提供交互性强、方便快捷的用电信息及用电服务，实现了智能用电互动式服务平台的作用。
文档编号H04L29/06GK101997877SQ20101054590
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者初方, 徐磊, 李斌, 林航, 沈建新, 钱朝阳 申请人:江苏省电力公司;江苏省电力公司南京供电公司;江苏苏源高科技有限公司