專利名稱：一種單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子式電能表，具體的說是一種單相電子式多費(fèi) 率預(yù)付費(fèi)電能表。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的預(yù)付費(fèi)電能表多采用邏輯加密卡實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。邏輯加
密卡具有防止對(duì)卡中信息隨意改寫功能的存儲(chǔ)ic卡，當(dāng)對(duì)加密卡進(jìn)
行操作時(shí)必須首先核對(duì)卡中密碼，只有核對(duì)正確，卡中送出一串正確 的應(yīng)答信號(hào)時(shí)，才能對(duì)卡進(jìn)行正確的操作，但由于只進(jìn)行一次認(rèn)證， 且無其它的安全保護(hù)措施，容易導(dǎo)致密碼的泄露和偽卡的產(chǎn)生，其安 全性能很低。而且，傳統(tǒng)的邏輯加密卡使用簡(jiǎn)單邏輯方式，很容易被 破解。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種單
相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，采用CPU智能卡以及嵌入式安全控制 ES雄模塊作為數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和傳遞的介質(zhì)，具有很高的安全性和抗 攻擊性。
為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是
一種單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，包括基表，基表通過數(shù)據(jù)
線和主控單片機(jī)芯片連接，其特征在于主控單片機(jī)芯片還通過數(shù)據(jù)
線分別和數(shù)碼顯示、繼電器、ESAM模塊、用于讀取CPU智能卡的IC 卡接口連接。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，主控單片機(jī)芯片內(nèi)包括電表應(yīng)用功能 底層軟件模塊、剩余電量多閾值報(bào)警模塊、智能卡數(shù)據(jù)讀寫及處理模塊，基表內(nèi)的計(jì)量芯片通過錳銅采集電流信號(hào)、通過分壓電阻采集電 壓信號(hào)，信號(hào)以脈沖輸入的形式經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換后輸入到主控單片 機(jī)芯片，主控單片機(jī)芯片預(yù)留有用于連接載波芯片的接口。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的ESAM模塊支持多級(jí)分散的密 鑰管理系統(tǒng)，支持建設(shè)部或PBOC密鑰管理系統(tǒng)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的ESAM模塊中內(nèi)嵌安全處理器， 所說的安全處理器和CPU智能卡中內(nèi)嵌的安全處理器相同。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的安全處理器為8位安全處理器。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的8位安全處理器能夠進(jìn)行DES、 3DES加密運(yùn)算，具有在運(yùn)算過程中加入隨機(jī)數(shù)參與運(yùn)算的能力，支 持RSA算法。
本實(shí)用新型所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，采用CPU智 能卡以及嵌入式安全控制ESAM模塊作為數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和傳遞的介 質(zhì)，具有很高的安全性和抗攻擊性。


本實(shí)用新型有如下附圖
圖l單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為本實(shí)用新型所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表的結(jié)
構(gòu)示意圖，包括基表、主控單片機(jī)芯片、數(shù)碼顯示模塊、繼電器、ESAM 模塊和智能卡接口 (IC卡接口)，其特征在于基表通過數(shù)據(jù)線和主 控單片機(jī)芯片連接，主控單片機(jī)芯片還通過數(shù)據(jù)線分別和數(shù)碼顯示、 繼電器、ESAM模塊、用于讀取CPU智能卡的IC卡接口連接。CPU智能卡(用戶電卡)中有微處理器和IC卡操作系統(tǒng)(COS),當(dāng)CPU智
能卡進(jìn)行操作時(shí)，可進(jìn)行加密和解密算法(算法和密碼在現(xiàn)有的計(jì)算
能力下都不易破解)，用戶和ic卡系統(tǒng)之間需要進(jìn)行多次的安全認(rèn)證
(包括內(nèi)部認(rèn)證和外部認(rèn)證，且速度極快)，提高了系統(tǒng)的安全性能， 對(duì)于防止偽卡的產(chǎn)生有很好的效果。使用時(shí)，用戶需在供電部門交款 購(gòu)電，所購(gòu)電量在售電機(jī)上被寫進(jìn)用戶電卡，由用戶電卡傳遞給電表， 用戶電卡經(jīng)多次加密可以保證用戶可靠地使用。當(dāng)剩余電量低于報(bào)警 電量時(shí)，采用聲、光等多種方式提醒用戶及時(shí)購(gòu)電，當(dāng)所購(gòu)電量用完
后，表內(nèi)繼電器將自動(dòng)切斷供電回路，CPU智能卡的讀寫操作是通過 卡內(nèi)芯片操作系統(tǒng)COS (Chip Operating System)進(jìn)行，并受發(fā)卡 單位在卡內(nèi)設(shè)定的密鑰系統(tǒng)及安全認(rèn)證機(jī)制控制。數(shù)碼顯示主要顯示 用電量、剩余電量、報(bào)警信號(hào)和故障狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，主控單片機(jī)芯片內(nèi)包括電表應(yīng)用功能 底層軟件模塊、剩余電量多閾值報(bào)警模塊、智能卡數(shù)據(jù)讀寫及處理模 塊，基表內(nèi)的計(jì)量芯片通過錳銅采集電流信號(hào)、通過分壓電阻采集電 壓信號(hào)，信號(hào)以脈沖輸入的形式經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換后輸入到主控單片 機(jī)芯片，主控單片機(jī)芯片預(yù)留有用于連接載波芯片的接口。主控單片 機(jī)芯片接收到脈沖信號(hào)后，通過對(duì)輸入脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行累計(jì)并根據(jù)脈沖 常數(shù)大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的計(jì)量；當(dāng)主控單片機(jī)芯片通過數(shù)據(jù)線和載波 芯片連接后，主控單片機(jī)芯片通過串行通信，經(jīng)載波芯片輸出數(shù)據(jù)信 息到低壓電力線，實(shí)現(xiàn)載波通信，可用于電能表的系統(tǒng)設(shè)置和遠(yuǎn)程自 動(dòng)抄表；通過電表應(yīng)用功能底層軟件模塊，可輸出控制信號(hào)并完成 ESAM模塊和用戶電卡的命令傳輸；通過開關(guān)繼電器執(zhí)行主控單片機(jī) 芯片發(fā)出的供電斷開或閉合信號(hào)；通過ESAM模塊儲(chǔ)存電表運(yùn)行參數(shù)、 密藏權(quán)限認(rèn)證密鑰，完成對(duì)用戶電卡的安全認(rèn)證，每塊電能表應(yīng)單獨(dú) 安裝ESAM模塊，模塊可視需要預(yù)裝主工作密鑰。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的ESAM模塊支持多級(jí)分散的密 鑰管理系統(tǒng)，支持建設(shè)部或PBOC密鑰管理系統(tǒng)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的ESAM模塊中內(nèi)嵌安全處理器，所說的安全處理器和CPU智能卡中內(nèi)嵌的安全處理器相同。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的安全處理器為8位安全處理器。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所說的8位安全處理器能夠進(jìn)行DES、 3DES加密運(yùn)算，具有在運(yùn)算過程中加入隨機(jī)數(shù)參與運(yùn)算的能力，支 持RSA算法。ESAM模塊和CPU智能卡中都內(nèi)嵌8位安全處理器，能 夠進(jìn)行DES、 3DES加密運(yùn)算，同時(shí)運(yùn)算過程中加入隨機(jī)數(shù)的參與，使 用現(xiàn)有的手段和資源，將很難破解和仿制。ESAM模塊支持多級(jí)分散 的密鑰管理系統(tǒng)，能夠支持建設(shè)部或PB0C密鑰管理系統(tǒng)，支持RSA 算法，這保證了用戶電卡能夠一卡多用，能夠納入到城市的一卡通系 統(tǒng)之中。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于
1. 采用ESAM模塊和CPU智能卡相結(jié)合的方式確保交易的安全性；
2. ESAM模塊和CPU智能卡進(jìn)行內(nèi)部和外部認(rèn)證，并實(shí)現(xiàn)用戶電 卡數(shù)據(jù)回讀；
3. 實(shí)現(xiàn)單相電能的多費(fèi)率計(jì)量；
4. 具備剩余電量多閾值報(bào)警功能。
本實(shí)用新型的ESAM卡采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)加密在數(shù)據(jù)的加密傳輸過 程中，采用動(dòng)態(tài)密鑰的方法，使數(shù)據(jù)加密的密鑰一次一密，增加了數(shù) 據(jù)傳輸?shù)陌踩?。其具體流程為首先由終端產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)RND，并用 該隨機(jī)數(shù)與主密鑰產(chǎn)生過程密鑰，然后用過程密鑰對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行加 密，向另外一端傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候，同時(shí)傳輸隨機(jī)數(shù)和數(shù)據(jù)密文，另一 端用過程密鑰來解密。由于過程密鑰是隨機(jī)產(chǎn)生的，并存儲(chǔ)于RAM中， 掉電后消失，因此保證了密鑰的隨機(jī)性和安全性，同時(shí)可以采用一次 一密或隨時(shí)間變化的方式，使得對(duì)密鑰跟蹤沒有任何意義，保證了數(shù) 據(jù)傳輸?shù)陌踩?br> 本實(shí)用新型還支持?jǐn)?shù)據(jù)簽名的應(yīng)用利用非對(duì)稱算法的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名，保證身份認(rèn)證過程中身份的唯一性，數(shù)據(jù)的不可竄改。終
端內(nèi)預(yù)置具有RSA算法的ESAM，終端出廠時(shí)用ESAM生成RSA密鑰對(duì)， 私鑰直接保存在ESAM中，由ESAM送出的公鑰由后臺(tái)服務(wù)器系統(tǒng)存儲(chǔ)。 其具體流程為在身份識(shí)別認(rèn)證的過程中，終端使用ESAM中的私鑰 對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，后臺(tái)系統(tǒng)利用所存儲(chǔ)的終端公鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽 名驗(yàn)證，認(rèn)證通過后，后臺(tái)系統(tǒng)也可以用終端的公鑰對(duì)關(guān)鍵密鑰進(jìn)行 加密，終端用私鑰將密鑰的密文解密后，做為加密密鑰，在后續(xù)傳遞 數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)敏感數(shù)據(jù)用傳送過來的加密密鑰進(jìn)行DES加密，可以加快 數(shù)據(jù)加密的速度，同時(shí)保證了密鑰傳遞過程中的安全性。
權(quán)利要求1.一種單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，包括基表，基表通過數(shù)據(jù)線和主控單片機(jī)芯片連接，其特征在于主控單片機(jī)芯片還通過數(shù)據(jù)線分別和數(shù)碼顯示、繼電器、ESAM模塊、用于讀取CPU智能卡的IC卡接口連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于主控單片機(jī)芯片內(nèi)包括電表應(yīng)用功能底層軟件模塊、剩余電量多閾值報(bào)警模塊、智能卡數(shù)據(jù)讀寫及處理模塊，基表內(nèi)的計(jì)量芯片通過錳銅采集電流信號(hào)、通過分壓電阻采集電壓信號(hào)，信號(hào)以脈沖輸入的形式經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換后輸入到主控單片機(jī)芯片，主控單片機(jī)芯片預(yù)留有用于連接載波芯片的接口。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于所說的ESAM模塊中內(nèi)嵌安全處理器，所說的安全處理器和CPU智能卡中內(nèi)嵌的安全處理器相同。
4. 如權(quán)利要求3所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，其特征在于所說的安全處理器為8位安全處理器。
專利摘要一種單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，涉及電子式電能表，包括基表，基表通過數(shù)據(jù)線和主控單片機(jī)芯片連接，其特征在于主控單片機(jī)芯片還通過數(shù)據(jù)線分別和數(shù)碼顯示、繼電器、ESAM模塊、用于讀取CPU智能卡的IC卡接口連接。本實(shí)用新型所述的單相電子式多費(fèi)率預(yù)付費(fèi)電能表，采用CPU智能卡以及嵌入式安全控制ESAM模塊作為數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和傳遞的介質(zhì)，具有很高的安全性和抗攻擊性。
文檔編號(hào)G07F15/06GK201387642SQ200920009918
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者陳福軍 申請(qǐng)人:青島乾程電子科技有限公司