第 1 章 绪 论
1.1 课题背景和意义
电网正向着高度智能化、自愈而且稳定的方向发展。随着我国经济增长不断加快，电力消耗越来越大，为了改善用电情况和电力企带来的污染，我国正在推行的“三集五大”工作是对电网资源的整合整改，是拓展成为互动化、智能化电网的关键步骤合“三集五大”工作的推行，推行绿色电力，许多地方已经开始接纳新能源或者采用分布式电源。这些新产物加入配网后，使得原本就复杂的配网变得更为复杂。事实上，在“三集五大”体系下的“运维一体化”主要包括重要电力设备的巡检，刀闸开闭以及养护问题交由专业性人员统一进行。因此，在任务繁杂而专业化的同时，对配网调度和操作的安全性、信息反馈的及时性提出了更高的要求。现行配网主要存在以下几个问题。（1）配网开关柜，种类繁多，不同电压等级的开关柜钥匙各不相同，管理效率并不高，安全性较差。在进行配网改造升级的过程中，一些重要环节，如开闭所、环网柜，电缆箱，配电箱依然采用的是机械锁具，还停留在传统的“一扇门一把锁一把钥匙”的传统管理层面。部分锁具容易被复制并开启，出现设备失窃等严重现象；在对设备进行维护时，往往需要同时对多个设备进行开闭维护，导致电力人员在出工时携带不便，使用不趁手，同时容易造成管理混乱等问题。此外，相关设备采用机械锁具，长期暴露在户外遭受腐蚀生锈后开关非常不方便，而且锁孔也非常容易遭到人为破坏，容易引起样的事故出现，大大地降低了电网工作效率。（2）人工巡检，难免出现疏忽，巡检不到位，或者故障发生在巡检后不久，故障发现不及时使得巡检意义下降。现有配网的巡查制度包括按期巡检，该手段能够有效预防配网故障的发生。但是巡检人员的出工情况受到天气、地理条件等客观因素的制约，容易导致巡查不彻底，而且巡检人员业务水平不一，导致巡检结果也是不尽相同。如此，导致巡检结果对配网工况的评价并非我们所看到的那么有效。
.........
1.2 课题的国内外现状和发展
针对配网变电站钥匙管理所出现的各种问题，目前主流研究方案主要有如下几种：早期的智能电网技术源于国外，研究这项技术需要大量的资金和技术的支持，而这些资金和技术主要用于开发和研究高端的计算机技术和通讯技术，使配网自动化水平迅速提高。在配网钥匙解锁方面防误用、防盗、技术的延伸对配网相关门禁系统和钥匙系统进行升级，配合图像监控技术来实现钥匙的动态实时监控管理，该方法的优势是工作效率高，管理集中，实时效果好。但是该办法前期投入要求非常高，对现场施工技术要求也非常高。在对传统钥匙管理体制上，目前比较先进的处理方式 GSM 技术。通过短讯传输申请解锁钥匙管理箱，在获得授权后进行相应的钥匙取用工作，该方法也是一种传统的集中管理办法，虽然能够解决一些传统钥匙管理的弊端，如乱拿乱放等问题，但工作效率依然低下，在成片的钥匙串中寻找对应的钥匙并不是件容易的事情。而且，携带依然笨重。智能钥匙的开发：从根本上对传统锁具进行改造。锁具不在简单的闭锁机构，而是加入电磁控制技术，对锁具芯片进行编码，结合无线通讯网络技术，配合手机客户端 APP 的支持来实现便携式，无寻找过程开锁。对不同人员配置不同的开锁权限，即可以实现一把钥匙开全部锁具的功能，同时还能够同步记录相关操作，并传输至后台进行备份，从根本上解决了传统钥匙，锁具管理模式锁锁不能解决的问题。该种方式具备高可靠性、高效率、高安全的性能。
..........
第 2 章 系统的整体设计
2.1 系统结构
系统针对目前安防系统中锁具管理不完善，配网在实际使用环境中走线不合理、供电和日常维护不方便的问题，利用物联网相关技术，研发了了一套基于智能钥匙的物联锁管理系统。主要包括四个部分：物联锁、智能钥匙、辅助编码应用设备、中心管理系统平台。利用电磁控制手段完成了机械锁与电子锁互补的功能，通过计算机统一管理开锁工具。智能钥匙稳定可靠不会受到自然环境的侵蚀，成本略高于机械锁具，但是从长远角度来看成本更低，使用时限更长。智能秘钥系统可以通过权体系限设置来管理权限的下放。可以通过本地授权（NFC 授权）或者远程授权（3G 技术授权）管理门锁系统是专业为离散式门锁远程授权管理的物联锁系统解决方案。采用两种不同的方式来对物联锁和操作人员的权限管理，并可以对不同登录者分角色进行记录管理；管理软件支持超级管理员来作项目导入导出、软件环境设定、项目备份，创建新项目并录入的相关信息。系统借助辅助管理设备桌面数据交换发卡器或者远程数据交换发卡器对智能钥匙进行近距离的设置设定和读取的应用，从而实现设备的集中监护和人员的高效管理。
........
2.2 系统的硬件组成
不同设备不同锁具，需要配备的钥匙种类繁多同时，机械锁具又容易出现遭受水气腐蚀的问题。针对上述问题，通过改换升级变电站各类柜门，设备锁，钥匙，综合运用信息技术和磁控技术来加强对设备的物理管理。有效的提高了设备管理水平。智能钥匙是“控制系统”，集中全部“智能”。而物联锁是执行机构。利用数据交换发卡器，就可以将控制信息发放到控制系统，做到管理、控制与执行机构尽量分离，很好的满足配网的应用。智能钥匙必须为工业级设计。外型设计应美观、合理，方便操作和携带，开锁机构合理，符合传统开锁习惯；物联钥匙是整个应用系统的核心，每个设备具有唯一的电子编码锁具，它能够识别 64 位 ID 码，授权权限管理也非常方具有非常高的可靠性和安全性，而且授权管理也十分便捷。
.............
第 3 章 硬件设计 .....12
3.1 智能钥匙设计 ...........12
3.1.1 硬件电路设计.....12
3.1.2 定制 APP 的设计 .......15
3.2 物联锁设计 .......18
3.2.1 上锁机构设计.....19
3.2.2 锁芯电路设计.....19
3.2.3 配网专用锁设计.........20
3.3 本章小结 ...........28
第 4 章 软件管理平台的设计 .........29
4.1 软件设计 ...........29
4.2 网络设计 ...........32
4.2 数据库设计 .......32
4.3 安全算法 ...........36
4.4 本章小结 ...........37
第 5 章 项目安装和规范实施 .........38
5.1 项目安装 ...........38
5.2 规范实施 ...........40
第 5 章 项目安装和规范实施
5.1 设备安装
项目实施单位派专业的技术人员勘察现场设备，针对不同的设备情况为每个设备“量身定做”替换安装物联锁的方案，并商定实施试点应用的数量和具体的应用位置。同时在项目实行的过程中，严格遵循施工计划并按进度进行。按照三个基本思路同步进行项目的研发：物联网锁管理子系统按使用人员分系统管理员、安质组人员、技术组人员、综合组人员、检修班人员、值班负责人 6 类相关角色设置了不同的权限(解决 WHO 的问题)，能更有效地控制了工作人员误开箱门（解决 WHERE 的问题），在相应的授权时间内，（解决 WHEN 的问题）非工作人员误进入、误操作的风险，配网的“越权进入”、“越权操作”问题得到了实质性解决。物联锁，选择性设定开锁，方便快捷；同时通过对对应柜子内设备按照标准化作业流程进行操作的方法进行统一调配作业(解决 WHAT&HOW 的问题)。对配电设备操作的相关信息如指导卡、知识库、员工安全档案等信息的管理，实现查询功能，并配网现场标准化作业进行调用。本项目由国网杭州市供电局负责项目的总体实施：审核项目方案、进行进度管控、完成设备选型、验证实施效果。研发合作承担单位提出相应项目的具体技术方案，包括方案制定、设备试制、系统集成、成果汇总。项目开始后，研发合作承担单位需制定施工计划并按照计划进度执行，无不可抗力因素，不得拖延。同时关于售后及服务方面，项目质保期为系统通过验收正式运行后 1 年内。在质保期内，交付的项目成果必须符合合同规定的质量要求，如果检查发现软硬件设备有缺陷和质量问题，研发合作承担单位需要及时排除缺陷、修理、替换或更换出现故障的项目交付成果。
........
结论
本文所涉及产品吸纳了传感测量技术、控制通信技术和加密技术等，优选利用物联锁信息作为信息交互和扩展应用的核心节点，通过该中心数据对其他的业务逻辑和设备状态进行关联，实现配网系统的综合管控。智能钥匙系统不仅统一了配电系统内大量的端子箱、低压柜、环网柜等的物联锁具，同时通过智能钥匙的设计，结合系统管理软件实现了信息化、智能化、科学化的应用，将人工物理锁具管理提升到了电子自动化管理层面，解决了许多传统锁具无法解决的弊端。为使电力系统以更高效，更安全的方式运行，为我国基础电力行业的发展做出了一定的贡献。现将全文总结如下:1.通过对电力配网设备防护领域的研究，探索智能钥匙和物联锁具管理方面的硬件和功能设计需求，按照所需的要求设计了智能钥匙的分层结构，包括总体硬件结构，附属的 GSM 通信、数据存储、USB 通信等各个子模块具体的硬件电路，科学分析了各个模块的功能，以低能耗为设计目标，使配网的要求智能钥匙的设计完美匹配。2.同时，在硬件基础上，对系统进行划分，按照所要实现的功能将其分解为各个小的模块，分别进行系统软件编写和调试。最后依照硬件与软件设计搭载实验平台，并进行了系统的调试，结果表明系统运行良好，基本满足了设计要求。在对智能钥匙软硬件开发时，软硬件设备的调试时极为重要的，对已经出现的技术问题，需要认真总结分析，对软件 bug 要尽量补全，做好软件的进一步开发升级工作。3.描述了系统软件的实际应用情况，规范了系统的管理制度和相关规范，并对系统主要模块的业务逻辑进行了简单的介绍，最后，通过项目的应用，证明整个设计和实现达到预期的管理要求，呈现出了一个完整的智能钥匙系统。
..........
参考文献（略）