CN201725386U - 基于国密算法sm1的电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电能表，尤其是基于国密算法SM1的电能表，包括微处理器，以及与该微处理器连接的IC卡接口，其特点是，还包括基于国密算法SM1的用户IC卡和ESAM模块，其中该ESAM模块与所述微处理器连接。本实用新型的电能表采用国密算法SM1的IC卡为媒介的预付费电能表，能够通过电力线载波通讯功能，实时监测用户的用电情况和电网的运行情况，通过主站定制任务的监测和实时召测，可以分析用电情况和电网的运行参数，还解决了普通卡容易被破解复制的不安全隐患。

Description

基于国密算法SM1的电能表

技术领域

本实用新型涉及一种电能表，尤其是基于国密算法SM1的电能表。

背景技术

随着电力市场改革的推进，电能作为一种商品已全面走向市场化，商业化运营对电能的管理及收缴费的准确性和安全性提出了更高的要求，以及用电数据信息更人性化的通知用户。电能表作为电能计量的专用仪表，其质量问题和智能管理及安全保密性日益受到重视。逻辑加密卡技术的不足之处也日益暴露，难以满足更高的安全性和更复杂的多应用的需求。特别是2008年10月，互联网上公布了破解MIFARE CLASSIC IC芯片(以下简称M1芯片)密码的方法，不法分子利用这种方法可以很低的经济成本对采用该芯片的各类“一卡通”、进行非法充值或复制，带来很大的社会安全和经济安全的隐患。目前国内80％的产品均是采用普通的IC卡，根本没有去进行加密认证或开发专用的密钥，其安全隐患远远比Mifare卡的破解更危险，非法破解的人士只需采用的是专业的技术手段就可以完成破解过程，导致目前国内产品都不具备安全性，原因之一是因为早期很少关注卡的加密认证，缺少钥匙体系的设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种安全程度更高，其IC卡更难以被破解复制从而尽量避免窃电行为发生的基于国密算法SM1的电能表。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于国密算法SM1的电能表，包括微处理器，以及与该微处理器连接的IC卡接口，其特别之处在于，还包括基于国密算法SM1的用户IC卡和ESAM模块，其中该ESAM模块与所述微处理器连接。

还包括一电力载波通信模块，该电力载波通信模块分别与用户线路和微处理器连接从而实现基于电力线的双向通信。

其中微处理器为单片机。

本实用新型的电能表采用国密算法SM1的IC卡为媒介的预付费电能表，其有益效果其一是通过此IC卡实现先买电后用电的科学管理模式，该智能卡预付费方式是通过嵌入在设备内，实现安全存储、数据加/解密、双向身份认证、存取权限控制、线路加密传输等安全控制功能来保证电能表安全可靠的；其二是解决了人工抄表及收费的工作量大、收费难等问题，杜绝了恶意欠费行为的发生；还能够通过电力线载波通讯功能，实时监测用户的用电情况和电网的运行情况，通过主站定制任务的监测和实时召测，可以分析用电情况和电网的运行参数；三是便于统计线损，能够实时抄回用户的用电量，以便准确的统计线损；四是解决了普通卡容易被破解复制的不安全隐患；五是功能齐全、操作简单。

附图说明

附图1为本实用新型的逻辑原理框图；

附图2为基于国密算法SM1的ESAM模块与用户IC卡认证的原理图。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型作进一步详细的说明：

如图1所示，本实用新型由单相计量芯片、单片机、功率指示灯、报警指示灯、跳闸指示灯、LCD显示器、存储器、电源管理模块、继电器、红外接收发射管、RS485通信接口等集成在一块PCB板上，以及一个支持热插拔的电力载波模块。整个PCB板装在一个阻燃的塑料表壳里，用自攻螺丝固定，罩壳与底壳通过螺丝固定在一起。

本实用新型利用电力载波通信模块传输数据，实现预付费和远程控制功能。传输的数据采用了认证和加密的算法，数据安全性高。传输的过程为发送端将需要发送的数据加密后进行发送，接收端将收到的数据解密后再进行必要的操作，并对发送端发出确认数据通知操作成功或失败。

比如要进行购电，主站先将购电数据加密后写到采用国密算法SM1的用户IC卡上，电能表将收到的数据解密后判断操作内容，若为购电操作，则将本次购电数据写入电能表，并返回操作成功确认。若操作不成功则返回购电异常信息。对于继电器的跳闸合闸采用同样的流程进行控制，同时电能表采用了液晶显示提示、报警灯、跳闸指示等功能，及时提醒用户缴费，为用户和供电管理部门提供了方便。

本实用新型的工作原理是：

如图1、2所示，一是电能计量芯片采集电网实时参数，单片机通过SPI接口将计量芯片采集的数据进行分析、运算处理，并将分析处理后的数据保存在RAM区域和存储器内；二是单片机与采用国密算法SM1的ESAM模块之间安全认证，只有认证通过后方可对电能表进行购电操作；三是单片机与电力载波通信模块之间利用电力线进行数据传输，电力载波通信模块收到数据通然后传给单片机，反之，单片机将要发送的数据传给电力载波通信模块，电力载波通信模块将数据发送给主站；四是单片机将接收的电力载波通信模块的数据进行分析判断，将主站需要的数据从RAM或存储器中取出传送给通信模块，并将主站下达的跳合闸等指令进行立即执行。

本实用新型中电力载波通信模块可采用福星晓程的CEP2002CA，与外围设计的调制解调接收发送电路配合组成了电力线载波通信功能，微处理器采用16位的单片机，主要根据计量参数记录表的所有事件、负责与外部存储器、ESAM模块和CPU卡及LCD驱动CEP2002CA等芯片进行数据传输，以及硬时钟RX8025T、月总结等功能管理。

另外还有远程数据接收、发送LED指示灯，指示电能表进行数据传输，主站管理系统通过通信网络可以对电能表进行参数设置、预购电量写入、数据抄读等操作，电能表也可以主动上报定制的任务及异常情况，对传输的数据采用了全新的认证、加密、校验等手段，数据传输的安全性高，传输可靠。该费控智能电能表具有两级剩余金额报警功能。一级报警时，电能表显示“请购电”、并且“报警指示灯”亮；二级报警时，电能表断电，用户可插卡(用户卡或查询卡)恢复用电；剩余金额为“0”后，电能表断电；若“透支门限”不为0，用户可插卡(用户卡或查询卡)恢复用电；当透支用电金额大于等于“透支门限”时，电能表将自动跳闸，提醒用户及时缴费，当用户续缴电费后电能表正常使用；防囤积功能，当电能表中剩余金额大于等于充值门限金额时，不接受本次所购金额。

本实用新型的主要特点如下：

a)电力载波通信技术：电力线载波通信(PLC)采用了直序列扩频通信技术，BFSK(二进制频率变换调制)调制半双工通信，数据链路层支持中继深度可达7级，DL/T645-1997应用层协议支持4级中继深度，中心频率120KHz，通信带宽15KHz通信速率500bps，采用数字载波通信技术，抗干扰能力强。具有记忆与感知电网结构的智能，对抄读结果自行分析，自我路由，自动提升中继级别，不断优化网络结构。

b)远程控制功能：由于电能表具有电力线载波通信接口，可时实远程监控电能表的用电情况，针对用电异常的电能表可实行远程控制，切断供电。

c)自动化集中管理：电表的载波通信接口配合集中器和完善的后台管理系统，组成自动化集中管理，采用计算机管理，数据准确方便，更能时实监控电表用电情况，能及时准确的获得用电管理、收费管理、用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。

d)智能IC卡：采用基于国密算法SM1的IC卡，该IC卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元(包括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM)以及芯片操作系统COS的卡。该卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理、数据加密和安全保护等功能智能IC卡(CPU卡)为媒介的预付费电能表。解决了普通卡容易被破解复制的不安全隐患。用户卡与基于国密算法SM1的ESAM模块安全认证原理图见图2。

e)电费计算功能。计费方式有分时电价和阶梯电价，分时电价电能表根据尖、峰、平、谷各费率的正、反向用电量累加和，分别按相应费率的电价计算电费。阶梯电价电能表根据当月的实际用电量，按照预设的阶梯电价分段计算电费。

f)瞬时参量测量：电能表可测量电压、火线电流、零线电流、功率、功率因数等参量。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种基于国密算法SM1的电能表，包括微处理器，以及与该微处理器连接的IC卡接口，其特征在于：还包括基于国密算法SM1的用户IC卡和ESAM模块，其中该ESAM模块与所述微处理器连接。

2.如权利要求1所述的基于国密算法SM1的电能表，其特征在于：还包括一电力载波通信模块，该电力载波通信模块分别与用户线路和微处理器连接从而实现基于电力线的双向通信。

3.如权利要求1或2所述的基于国密算法SM1的电能表，其特征在于：其中微处理器为单片机。

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