智能IC卡电能表设计

图6 IC卡检测程序流程图

2．3 电量检测

    电能表的脉冲检测实际上就是对数字量的采样。为防止外界干扰。对电能表电量的采样是通过两个脉冲的检测后确定一个有效脉冲。脉冲存在时就在现有电量的基础上减1。直到电量达到报警值时，蜂鸣器进行声音报警，提示购电。 

3 数据加密 

    本智能IC卡电能表数据加密是通过对密码存储器的操作实现的。通过校验密码校验输入密码与芯片内的密码是否相符。若相符则对主存储器的写操作使能，以及对密码存储器的读写使能；若错误，计数器则将失败的校验次数记录下来。为了防止通过多次校验以获取密码的可能性。设计了连续3次错误校验芯片自锁功能。 图7是密码校验的程序框图。

图7 密码校验的程序流程图

    同时。IC卡作为预付费电能表的信息传送载体，其加密卡的密码安全关系到其加密数据的保密性。新购入的批量IC卡，一般都拥有相同的通用密码GP。为此实行一张卡一个密码。同时，电能表如何安全、方便地获得IC卡新密码NP，也是必须加以关注的。其实现步骤如下：

    (1)收费站计算机系统安装初始化收费站特征号，比如CH、ZH。系统将数据存入加密钥模块。
    (2)在进行新用户开户时，按次序分配一个唯一的ID，计算出中间密码值MP=f1(CH，ZH，ID)，将MP写在IC卡的应用存储区，ID写在IC卡上的保护存储区，生成新密码FP=f2(MP)，取代原通用密码GP。
    (3)第一次电能表插卡，电能表读取用户号ID、MP，生成IC卡新密钥FP=f2(MP)，存储户号ID 和FP，擦除MP。
    (4)再次购电时，系统软件将读卡上户号ID以及加密钥内的CH、ZH，生成新密钥FP=f2(f1(CH,ZH，ID))，核对正确后进行购电写卡操作。
    (5)电能表再次插卡，电能表首先将对储存在表内的FP值与IC卡密码进行校核．正确后方可进行读入购电量等操作。

    利用上述操作，IC卡电能表就有了新的IC卡密码，并保持不变，电能表和IC卡储值卡之间建立了一对一对应关系。这种IC卡密码安全方案最大优势在于管理系统内不保存每一新卡的新密码，每一次购电时可根据公开的用户号ID运行不公开的算法生成， 这就从各个环节最大限度保证了IC卡密码不被泄露，从而预防了非法用电现象的发生，保护了供需双方的利益。 

4 试验结果
 
    经实验表明．该电能表具有精度高、抗干扰能力强、并且不受功率因数大小影响的特点。计量精度达到0．5等级。而市场销售的同类电能表的计量精度为1．0等级或更低。该电能表在长时间的实际使用测试过程中没有出现死机等情况。另外，该电能表还具有体积小、成本低、工作可靠、便于安装调试和电量低等特点。完全能满足工业及民用的要求。

5 结束语 

    智能IC卡电能表运用脉冲扫描解决了收费难问题，保障了供电公司和消费者双方的利益不受侵害。这是本电能表设计中的一大特色。该电能表在硬件电路设计中紧跟电子产品市场走向，采用当前功能比较强的PIC系列单片机、总线结构技术、SLE4442逻辑加密存储卡以及LCD液晶显示电路。同时，从IC卡密码安全、卡上数据加密、数据校验等几个方面进行工作，提出了一个新的“一卡一密，数据加密，双向鉴别”的综合数据安全方案，该方案简单实用、安全可靠．为IC卡预付费仪表提供了一个新的思路。 

参考文献
【1】王爱英．智能卡技术[MI．清华大学出版社，2000．
【2】李刚健，刘鹏，程宪平．微功耗智能IC卡燃气表的研制叨．微型机与应用．2902，(4)．
【3】谢红，林海英，张文鑫．PIC系列单片机的特点及其在IC卡预收费水表的应用．应用科技，2002，(3)． 

作者简介：
庞桂云(1974一)，女，哈尔滨人，讲师，毕业于哈尔滨工业大学，硕士研究生。主要研究方向为测试控制。Email：pangguiyun1974@163.com
瞿晓东(1974一)，男，湖北宜昌人，讲师，哈尔滨理工大学硕士研究生。主要研究方向为P／C单片机及模拟电路设计。
闫广明(1975一)，男，黑龙江呼兰人，讲师，哈尔滨工程大学硕士研究生。主要研究方向为PIC单片机及嵌入式系统开发。