安全加密芯片NRSEC3000應(yīng)用于特高壓導(dǎo)線的舞動檢測儀介紹

隨著特高壓電網(wǎng)的廣泛興建，輸電線路的運(yùn)行管理越來越復(fù)雜，導(dǎo)線舞動事故的發(fā)生也日益頻繁。舞動常引起導(dǎo)線斷股、斷線、金具嚴(yán)重磨損、脫落、桿塔傾倒、線路跳閘等嚴(yán)重事故，容易造成電網(wǎng)大面積停電，給電網(wǎng)運(yùn)行造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為了及時掌握架空輸電線路導(dǎo)線的運(yùn)動變化情況，須在易發(fā)生舞動區(qū)域相關(guān)線路上部署導(dǎo)線舞動檢測儀，實(shí)時采集導(dǎo)線舞動數(shù)據(jù)。通過輸電線路舞動檢測儀檢測數(shù)據(jù)，對重要線路，特殊線路的導(dǎo)線舞動現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為線路巡檢人員提供輸電線路運(yùn)行信息。由于特高壓輸電線路的相鄰鐵塔之間檔距較長，舞動檢測儀卻需要均勻安裝在檔距之間，為便于施工人員安裝，保證檢測儀的檢測準(zhǔn)確度，舞動檢測儀的電池容量受到極大限制，因此具有無線傳輸、超低功耗特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的監(jiān)測中。

目前，常用的舞動監(jiān)測方法主要有基于位移傳感器、加速度傳感器的導(dǎo)線舞動監(jiān)測裝置，傳統(tǒng)的基于差分GPS的輸電線路舞動監(jiān)測方法，基于無線GSM傳輸模塊的導(dǎo)線舞動信息數(shù)據(jù)的監(jiān)測系統(tǒng)，還有基于視頻分析技術(shù)的導(dǎo)線舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)，或者采用分布式光纖傳感器測得線路動態(tài)；參考文獻(xiàn)“ 黃新波 ,趙隆 ,周柯宏等 .采用慣性傳感器的輸電導(dǎo)線舞動監(jiān)測系統(tǒng)[J] .高電壓技術(shù) .2014 ,05(05):1312-1319”中，對舞動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和舞動定位算法進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出一種慣性傳感器的輸電導(dǎo)線舞動監(jiān)測系統(tǒng)。



經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存的舞動檢測儀存在以下諸多不足之處，比如檢測儀電源供給不穩(wěn)定，系統(tǒng)功耗高，往往三年左右就需要更換電池，造成巡檢人員勞動強(qiáng)度高，現(xiàn)場安裝施工成本高；檢測儀本身重量大，對導(dǎo)線連接處有磨損；舞動檢測儀采集精度不夠，只采集XY軸方向的數(shù)據(jù)；舞動檢測儀數(shù)據(jù)采集、傳輸過程中數(shù)據(jù)沒有加密，無法接入電力專網(wǎng)，存在數(shù)據(jù)安全風(fēng)險問題。近幾年隨著電力物聯(lián)網(wǎng)的推廣，對設(shè)備的功耗、數(shù)據(jù)采集精度、數(shù)據(jù)安全等要求更加嚴(yán)格，具體為：對設(shè)備的功耗提出更高要求，使用壽命要求提高到十年以上，因此必須進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)；對數(shù)據(jù)精度提出新的要求，要求導(dǎo)線舞動數(shù)據(jù)需要采集Z軸方向；檢測儀的采集數(shù)據(jù)必須進(jìn)行加密處理，才可以接入電力專網(wǎng)。因此，本領(lǐng)域亟需一種新型舞動檢測儀以解決上述問題。

本文介紹一種適用于特高壓導(dǎo)線的舞動檢測儀，在保持低功耗的同時還能夠提高數(shù)據(jù)采集精度和數(shù)據(jù)安全性。方案如下：

適用于特高壓導(dǎo)線的舞動檢測儀，所述檢測儀包括STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和SemtechLoRa芯片；MEMS加速度傳感器、加密芯片和所述SemtechLoRa芯片均與所述STM32L5主芯片連接；STM32L5主芯片用于發(fā)送采集指令給所述MEMS加速度傳感器，以使MEMS加速度傳感器根據(jù)所述采集指令采集導(dǎo)線在XYZ三個方向上的加速度和角加速度；STM32L5主芯片還用于對MEMS加速度傳感器采集的導(dǎo)線在XYZ三個方向上的加速度和角加速度進(jìn)行處理，得出舞動的振幅和頻率；加密芯片用于對STM32L5主芯片發(fā)送的振幅和頻率進(jìn)行加密，并將加密后的振幅和頻率發(fā)送至STM32L5主芯片；SemtechLoRa芯片用于接收STM32L5主芯片發(fā)送的加密后的振幅和頻率，并將加密后的振幅和頻率發(fā)送至數(shù)據(jù)接收基站。

高能膠體電池與電源轉(zhuǎn)換芯片連接；電源轉(zhuǎn)換芯片分別與STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片連接；所高能膠體電池通過電源轉(zhuǎn)換芯片分別為STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片供電。

加密芯片的型號為NRSEC3000，安全芯片NRSEC3000采用32位嵌入式RISC架構(gòu)的CPU。特點(diǎn)是低功耗、高性能、高代碼密度，具有獨(dú)立的存儲器保護(hù)單元（mpu）和存儲器加密單元（meu），是高性能、低功耗、具有豐富的內(nèi)部協(xié)處理器和對外接口的安全芯片。

芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了國家商用密碼產(chǎn)品所需的SM2和SM1算法專用加密模塊、DES/3DES加密模塊和RSA公鑰算法引擎。另外，芯片提供32位硬件加密處理器，可用于實(shí)現(xiàn)公鑰算法，摘要算法以及AESDES等對稱算法。芯片內(nèi)嵌32位真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器TRNG，可滿足COS開發(fā)者的密碼學(xué)應(yīng)用，可節(jié)約軟件開銷，提高軟件實(shí)現(xiàn)效率。

下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。