專利名稱：基于國密算法sm1的電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電能表，尤其是基于國密算法SMl的電能表。
背景技術(shù)：
隨著電力市場改革的推進，電能作為一種商品已全面走向市場化，商業(yè)化運營對 電能的管理及收繳費的準確性和安全性提出了更高的要求，以及用電數(shù)據(jù)信息更人性化的 通知用戶。電能表作為電能計量的專用儀表，其質(zhì)量問題和智能管理及安全保密性日益受 到重視。邏輯加密卡技術(shù)的不足之處也日益暴露，難以滿足更高的安全性和更復(fù)雜的多應(yīng) 用的需求。特別是2008年10月，互聯(lián)網(wǎng)上公布了破解MIFARE CLASSIC IC芯片(以下簡 稱Ml芯片)密碼的方法，不法分子利用這種方法可以很低的經(jīng)濟成本對采用該芯片的各類 “一卡通”、進行非法充值或復(fù)制，帶來很大的社會安全和經(jīng)濟安全的隱患。目前國內(nèi)80%的 產(chǎn)品均是采用普通的IC卡，根本沒有去進行加密認證或開發(fā)專用的密鑰，其安全隱患遠遠 比Mifare卡的破解更危險，非法破解的人士只需采用的是專業(yè)的技術(shù)手段就可以完成破 解過程，導(dǎo)致目前國內(nèi)產(chǎn)品都不具備安全性，原因之一是因為早期很少關(guān)注卡的加密認證， 缺少鑰匙體系的設(shè)計。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種安全程度更高，其IC卡更難以被破解復(fù)制從而盡 量避免竊電行為發(fā)生的基于國密算法SMl的電能表。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種基于國密算法SMl的電能表，包括微處理器，以及與該微處理器連接的IC卡 接口，其特別之處在于，還包括基于國密算法SMl的用戶IC卡和ESAM模塊，其中該ESAM模 塊與所述微處理器連接。還包括一電力載波通信模塊，該電力載波通信模塊分別與用戶線路和微處理器連 接從而實現(xiàn)基于電力線的雙向通信。其中微處理器為單片機。本實用新型的電能表采用國密算法SMl的IC卡為媒介的預(yù)付費電能表，其有益效 果其一是通過此IC卡實現(xiàn)先買電后用電的科學管理模式，該智能卡預(yù)付費方式是通過嵌 入在設(shè)備內(nèi)，實現(xiàn)安全存儲、數(shù)據(jù)加/解密、雙向身份認證、存取權(quán)限控制、線路加密傳輸?shù)?安全控制功能來保證電能表安全可靠的；其二是解決了人工抄表及收費的工作量大、收費 難等問題，杜絕了惡意欠費行為的發(fā)生；還能夠通過電力線載波通訊功能，實時監(jiān)測用戶的 用電情況和電網(wǎng)的運行情況，通過主站定制任務(wù)的監(jiān)測和實時召測，可以分析用電情況和 電網(wǎng)的運行參數(shù)；三是便于統(tǒng)計線損，能夠?qū)崟r抄回用戶的用電量，以便準確的統(tǒng)計線損； 四是解決了普通卡容易被破解復(fù)制的不安全隱患；五是功能齊全、操作簡單。
附圖1為本實用新型的邏輯原理框圖；附圖2為基于國密算法SMl的ESAM模塊與用戶IC卡認證的原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖來對本實用新型作進一步詳細的說明如圖1所示，本實用新型由單相計量芯片、單片機、功率指示燈、報警指示燈、跳閘 指示燈、IXD顯示器、存儲器、電源管理模塊、繼電器、紅外接收發(fā)射管、RS485通信接口等集 成在一塊PCB板上，以及一個支持熱插拔的電力載波模塊。整個PCB板裝在一個阻燃的塑 料表殼里，用自攻螺絲固定，罩殼與底殼通過螺絲固定在一起。本實用新型利用電力載波通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)預(yù)付費和遠程控制功能。傳輸 的數(shù)據(jù)采用了認證和加密的算法，數(shù)據(jù)安全性高。傳輸?shù)倪^程為發(fā)送端將需要發(fā)送的數(shù)據(jù) 加密后進行發(fā)送，接收端將收到的數(shù)據(jù)解密后再進行必要的操作，并對發(fā)送端發(fā)出確認數(shù) 據(jù)通知操作成功或失敗。比如要進行購電，主站先將購電數(shù)據(jù)加密后寫到采用國密算法SMl的用戶IC卡 上，電能表將收到的數(shù)據(jù)解密后判斷操作內(nèi)容，若為購電操作，則將本次購電數(shù)據(jù)寫入電能 表，并返回操作成功確認。若操作不成功則返回購電異常信息。對于繼電器的跳閘合閘采 用同樣的流程進行控制，同時電能表采用了液晶顯示提示、報警燈、跳閘指示等功能，及時 提醒用戶繳費，為用戶和供電管理部門提供了方便。本實用新型的工作原理是如圖1、2所示，一是電能計量芯片采集電網(wǎng)實時參數(shù)，單片機通過SPI接口將計量 芯片采集的數(shù)據(jù)進行分析、運算處理，并將分析處理后的數(shù)據(jù)保存在RAM區(qū)域和存儲器內(nèi)； 二是單片機與采用國密算法SMl的ESAM模塊之間安全認證，只有認證通過后方可對電能表 進行購電操作；三是單片機與電力載波通信模塊之間利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸，電力載波 通信模塊收到數(shù)據(jù)通然后傳給單片機，反之，單片機將要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳給電力載波通信模 塊，電力載波通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主站；四是單片機將接收的電力載波通信模塊的數(shù)據(jù) 進行分析判斷，將主站需要的數(shù)據(jù)從MM或存儲器中取出傳送給通信模塊，并將主站下達 的跳合間等指令進行立即執(zhí)行。本實用新型中電力載波通信模塊可采用福星曉程的CEP2002CA，與外圍設(shè)計的調(diào) 制解調(diào)接收發(fā)送電路配合組成了電力線載波通信功能，微處理器采用16位的單片機，主 要根據(jù)計量參數(shù)記錄表的所有事件、負責與外部存儲器、ESAM模塊和CPU卡及LCD驅(qū)動 CEP2002CA等芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，以及硬時鐘RX8025T、月總結(jié)等功能管理。另外還有遠程數(shù)據(jù)接收、發(fā)送LED指示燈，指示電能表進行數(shù)據(jù)傳輸，主站管理系 統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)可以對電能表進行參數(shù)設(shè)置、預(yù)購電量寫入、數(shù)據(jù)抄讀等操作，電能表也可 以主動上報定制的任務(wù)及異常情況，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用了全新的認證、加密、校驗等手段， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩愿?，傳輸可靠。該費控智能電能表具有兩級剩余金額報警功能。一級報 警時，電能表顯示“請購電”、并且“報警指示燈”亮；二級報警時，電能表斷電，用戶可插卡 (用戶卡或查詢卡)恢復(fù)用電；剩余金額為“0”后，電能表斷電；若“透支門限”不為0，用戶 可插卡(用戶卡或查詢卡)恢復(fù)用電；當透支用電金額大于等于“透支門限”時，電能表將自動跳閘，提醒用戶及時繳費，當用戶續(xù)繳電費后電能表正常使用；防囤積功能，當電能表 中剩余金額大于等于充值門限金額時，不接受本次所購金額。本實用新型的主要特點如下a)電力載波通信技術(shù)電力線載波通信(PLC)采用了直序列擴頻通信技術(shù)， BFSK(二進制頻率變換調(diào)制)調(diào)制半雙工通信，數(shù)據(jù)鏈路層支持中繼深度可達7級，DL/ T645-1997應(yīng)用層協(xié)議支持4級中繼深度，中心頻率120KHz，通信帶寬15KHz通信速率 500bps，采用數(shù)字載波通信技術(shù)，抗干擾能力強。具有記憶與感知電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的智能，對抄讀 結(jié)果自行分析，自我路由，自動提升中繼級別，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。b)遠程控制功能由于電能表具有電力線載波通信接口，可時實遠程監(jiān)控電能表 的用電情況，針對用電異常的電能表可實行遠程控制，切斷供電。c)自動化集中管理電表的載波通信接口配合集中器和完善的后臺管理系統(tǒng)，組 成自動化集中管理，采用計算機管理，數(shù)據(jù)準確方便，更能時實監(jiān)控電表用電情況，能及時 準確的獲得用電管理、收費管理、用電線損統(tǒng)計、分析及電力安全運行等各方面的信息。d)智能IC卡采用基于國密算法SMl的IC卡，該IC卡內(nèi)的集成電路中帶有微 處理器CPU、存儲單元(包括隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM(FLASH)、用戶數(shù)據(jù)存儲器 EEPR0M)以及芯片操作系統(tǒng)COS的卡。該卡相當于一臺微型計算機，不僅具有數(shù)據(jù)存儲功 能，同時具有命令處理、數(shù)據(jù)加密和安全保護等功能智能IC卡(CPU卡)為媒介的預(yù)付費電 能表。解決了普通卡容易被破解復(fù)制的不安全隱患。用戶卡與基于國密算法SMl的ESAM 模塊安全認證原理圖見圖2。e)電費計算功能。計費方式有分時電價和階梯電價，分時電價電能表根據(jù)尖、峰、 平、谷各費率的正、反向用電量累加和，分別按相應(yīng)費率的電價計算電費。階梯電價電能表 根據(jù)當月的實際用電量，按照預(yù)設(shè)的階梯電價分段計算電費。f)瞬時參量測量電能表可測量電壓、火線電流、零線電流、功率、功率因數(shù)等參量。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求一種基于國密算法SM1的電能表，包括微處理器，以及與該微處理器連接的IC卡接口，其特征在于還包括基于國密算法SM1的用戶IC卡和ESAM模塊，其中該ESAM模塊與所述微處理器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于國密算法SMl的電能表，其特征在于還包括一電力載波 通信模塊，該電力載波通信模塊分別與用戶線路和微處理器連接從而實現(xiàn)基于電力線的雙 向通信。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于國密算法SMl的電能表，其特征在于其中微處理器 為單片機。
專利摘要本實用新型涉及一種電能表，尤其是基于國密算法SM1的電能表，包括微處理器，以及與該微處理器連接的IC卡接口，其特點是，還包括基于國密算法SM1的用戶IC卡和ESAM模塊，其中該ESAM模塊與所述微處理器連接。本實用新型的電能表采用國密算法SM1的IC卡為媒介的預(yù)付費電能表，能夠通過電力線載波通訊功能，實時監(jiān)測用戶的用電情況和電網(wǎng)的運行情況，通過主站定制任務(wù)的監(jiān)測和實時召測，可以分析用電情況和電網(wǎng)的運行參數(shù)，還解決了普通卡容易被破解復(fù)制的不安全隱患。
文檔編號G07F15/06GK201725386SQ20102026620
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者張軍, 李曉雄 申請人:寧夏隆基寧光儀表有限公司