一种基于HPLC通信的电能信息集抄方法与流程

本发明涉及电能信息集抄，且更确切地涉及一种基于hplc通信的电能信息集抄方法。

背景技术：

1、电能信息集抄通过采用通信技术和数据处理技术，对低压电能数据进行远程集抄、传输和处理，并实现用电信息管理。近些年来随着电力的需求越来越大，电能信息集抄适用于不同类型的用电场所，包括住宅领域、商业领域、工业领域和农业领域等，为人们生活提供了极大的方便。

2、然而，电能信息集抄也存在一些弊端，主要包括：

3、1、用电数据缺少安全性：传统的电能信息集抄在对用电信息进行采集和存储时，没有通过加密算法技术对电能采集终端提供完善的数据安全防护措施。

4、2、数据传输速度慢：传统的电能信息集抄在进行通信时通常采用窄带载波通信方式，这样不仅会提高使用成本，而且数据传输速度慢，不能满足快速采集和传输的需求。

5、3、容易受干扰：由于传统电能信息集抄系统采用高频载波及其它通信手段，存在电磁干扰、环境噪声等问题，对数据传输及系统稳定性产生一定影响。

6、综上所述，电能信息集抄仍然存在一些弊端，但是这并不表示该技术不能实现，这些弊端可以通过增强安全保障技术和改善通信方式进行优化，进而实现更加高效稳定的电能信息集抄。

技术实现思路

1、针对上述技术的不足，本发明公开一种基于hplc通信的电能信息集抄方法，通过des加密算法实现接收所述集中器发送的数据并进行加密存储，通过hplc通信网络实现数据收集、数据传输和数据存储，通过rs485通信协议实现各个模块之间的数据传输，本发明提升了电能信息集抄的速率和稳定性，增强了电能信息存储的安全性。

2、因此，本发明提供了一种基于hplc通信的电能信息集抄方法，包括如下步骤：

3、步骤1、将集中器、电表和数据采集器通过hplc通信网络连接，确保每个设备的正常通信；

4、采用hplc通信网络进行数据配置；

5、步骤2、对电能信息进行采集和抄读；

6、采用数据采集模块对电能信息进行采集和抄读，所述数据采集模块包括数据采集器、集中器和电表，所述数据采集器用于从电网中采集电能信息，并将采集到的数据发送到hplc网络中，所述集中器用于集中所有数据采集器和数据终端的数据，通过hplc网络通信实现数据的汇聚和转发，所述电表通过法拉第电磁感应定律测量电路中的电能，通过hplc网络通信传输给所述数据采集器,所述电表的输出端连接所述数据采集器的输入端，所述数据采集器的输出端连接所述集中器的输入端；

7、步骤3、将采集到的电能信息进行传输和储存；

8、采用数据管理模块传输和存储电能信息，所述数据管理模块包括数据通信单元和数据存储单元，所述数据通信单元采用dl/t645-2007通信协议实现hplc网络和其他设备节点的连接，所述数据存储单元采用des加密算法接收所述集中器发送的数据并进行存储，所述数据采集器的输出端连接所述数据通信单元的输入端，所述集中器的输出端连接所述数据存储单元的输入端；

9、步骤4、将存储的数据传输到后台服务器中，以便后续管理和使用；

10、采用管理系统对数据信息进行数据维护，所述管理系统包括后台服务器和数据库,所述后台服务器用于接收数据、处理数据和分析数据，并提供数据查询和管理的接口，所述数据库用于存储历史数据和统计数据，为数据分析和报表生成提供基础数据，所述后台服务器的输出端连接所述数据库的输入端；

11、步骤5、对采集的信息进行可视化显示；

12、通过应用程序为用户提供界面，方便用户查看数据和报表。

13、作为上述技术方案的进一步描述，所述数据采集器用于对电网中的数据进行采集和存储，所述数据采集器包括电能采集模块、数据处理模块、数据分析模块和数据输出模块，所述电能采集模块通过从电网中采集电流信号、电压信号、有功功率、无功功率和电能信号实现对电能信息的采集，所述数据处理模块通过a/d转换器将采集到的模拟信号转换成数字信号，并通过所述数据存储单元将处理后的信号进行存储，所述数据分析模块根据采集的电能数据采用电负荷功率曲线预测分析电能信息，所述数据输出模块通过rs485通信接口连接外部设备实现电能信息的传输，所述电能采集模块的输出端连接所述数据处理模块的输入端，所述数据处理模块的输出端连接所述数据分析模块的输入端。

14、作为上述技术方案的进一步描述，所述des加密算法采用相同的密钥进行加密和解密，在加密过程中，将明文按照一定规则进行多轮的变换和替换最终得到密文，解密过程与加密过程相反。首先，经过初始置换后进行16轮的f函数加密迭代处理：

15、       （1）

16、       （2）

17、式（1）-（2）中，tn代表左半部分密钥，qn代表有半部分密钥，n代表输入密钥的层数，mn代表向第n层输入的48位的密钥，f是以和mn为变量的输出32位的函数，代表异或运算；

18、所述f函数包括四步运算：密钥置换、扩展置换、s-盒替换和p-盒置换，经过f函数的迭代运算后，进行逆初始置换，将交换后的左右部分组使用逆初始置换，还原成64位密文，同时，在解密过程中，按照相反的顺序使用相同的密钥进行加密即可还原明文。

19、作为上述技术方案的进一步描述，所述f函数包括密钥置换、扩展置换、s-盒替换和p-盒置换四步运算，所述密钥置换通过初始置换规则将64位密钥进行重新排列，所述扩展置换通过扩展置换规则将64位明文扩展成48位，并将前半部分位进行复制、交换和扩展操作处理，以便与每轮密钥进行异或运算，所述s-盒替换将所述扩展置换后的48位数据按照每6位一组分成8组，再将每组输入s-盒中进行替换从而得到32位输出，所述p-盒置换将32位数据按照代换置换规则进行重新排列以得到加密结果，所述f函数通过16轮加密循环实现明文到密文的转换。

20、作为上述技术方案的进一步描述，所述集中器包括主控制器、接收模块和传输模块，所述主控制器采用arm控制器控制集中器的运行状态，并对通信协议进行解析和处理，所述接收模块通过hplc通信网络接收外部设备传输的数据、命令和控制信号，所述传输模块采用dl/t645-2007通信协议通过通信接口连接外部设备，实现所述集中器和外部设备之间的数据通信，所述主控制器的输出端连接所述接收模块的输入端，所述接收模块的输出端连接所述传输模块的输入端。

21、作为上述技术方案的进一步描述，所述数据存储单元包括存储芯片、arm处理器和电源管理单元，所述存储芯片采用24c64w6芯片，所述24c64w6芯片通过i²c串行通讯协议对采集到的电能数据进行储存和管理，所述arm处理器通过hplc通信接收所述集中器输入的数据信息命令实现数据的写入、读取、删除和备份，所述arm处理器采用des加密算法为所述数据存储单元提供安全保障，所述电源管理单元通过升降电压保护电源及实时监测和保护电池电量，所述存储芯片的输出端连接所述arm处理器的输入端，所述电源管理的输出端连接所述存储芯片和所述arm处理器的输入端。

22、作为上述技术方案的进一步描述，所述数据通信单元包括微控制器、通信芯片和通信接口，所述微控制器通过采用stm32型号微控制器实现对所述数据通信单元的控制，并对采集的数据信息进行封装和解析，所述通信芯片采用max3162型号芯片，所述max3162芯片实现所述数据通信单元和上层系统之间的数据传输，并协调数据的传输和收发，所述通信接口采用rs485通信接口实现所述数据通信单元与外部设备之间的通信连接，所述微控制器的输出端连接所述通信接口的输入端，所述通信接口的输出端连接所述通信芯片的输入端。

23、作为上述技术方案的进一步描述，所述数据处理模块通过计算瞬态电流计算电能信息的电流值：

24、（3）

25、通过计算瞬态电压计算电能信息的电压值，在公式（3）中，n表示计算次数，n表示计算排序，表示第n次计算时的电流值，其中瞬态电压的计算公式为：

26、（4）

27、在公式（4）中，表示第n次计算时的电压值，在计算瞬态功率时的计算公式可以为：

28、（5）

29、在计算电能数据采样时的电能值时，通过电流、电压偏差率和频率偏差来监测电能信息。

30、作为上述技术方案的进一步描述，所述数据分析模块的工作方法为：

31、将电能信息数据计量分析的问题函数化，对一次电能信息数据计量问题表述为公式（6）：

32、(6)

33、式(6)中，表示一次电能信息数据计量下的数据分析结果，表示检定算法部分接收的结果与实际差异，表示检定部分数据表显示数据，表示实际电能信息数据的差异系数，表示实际电能信息数据的差异系数，表示实际数据与数据表相对的校对系数，表示除去滤波信号的数据信息，表示计算计算瞬态电压时的最大电压值，表示计算计算瞬态电压时的最小电压值，通过公式（6）的计算法得到一次电能信息数据计量下的数据分析结果，通过多次的计算结果可以进行规律的寻找；对超出标准的电能信息数据模型函数，电能信息数据模型函数表示为公式（7）：

34、 (7)

35、式(7)中，表示电能信息数据模型函数对异常数据校对函数，表示电能信息数据模型函数对异常数据校对函数，表示发生异常函数数据的概率，表示电能信息集抄时显示电能信息数据计量数据，表示电能信息数据模型函数输出校准度。

36、本发明区别于现有技术有益的技术效果在于：

37、本发明公开一种基于hplc通信的电能信息集抄方法，通过des加密算法实现接收所述集中器发送的数据并进行加密存储，通过hplc通信网络实现数据收集、数据传输和数据存储，通过rs485通信协议实现各个模块之间的数据传输，通过对采集到的电能数据信息进行处理和分析，以实时显示电能信息数据信息，并能够根据实际情况进行数据信息分析，以提高电能信息集抄数据信息分析能力。本发明在降低使用成本的同时也提升了电能信息集抄的速率和稳定性，增强了电能信息存储的安全性。