卡式电表主要技术的现状及其发展
来源：南京新联电子 作者：中国一卡通网 收编 发布时间：2009-04-28 10:03:15 字体:[大 中 小]
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摘 要：近年来，除北京地区继续大面积使用卡式表外，安徽、新疆、重庆、湖北、云南等地也开始准备大规模使用卡式电表。本文将研讨卡式电表一些主要技术的现状及发展方向，供各电表公司在卡式电表设计和生产中参考。
三、复费率与实时时钟
复费率
目前各地区使用的卡式电表基本上都是单费率电度预付费方式，但随着居民用电在电力供应中所占比例的提高，新增电力供应赶不上电力需求的增长，国家电力政策的指向，都需要我们考虑大面积使用复费率计量方式。
随着技术的不断发展，单费率CPU卡式电表与复费率CPU卡式电表在电表成本上相差己越来越小，若使用单片机设计，两者器材成本相差约20元（一片时钟芯片，一块锂电池）；使用专用电表芯片设计，两者器材成本相差约13元（专用芯片己内含时钟芯片，仅差一块锂电池），两者的产品可靠性相差不大（使用专用芯片时一样），仅生产调试时会有差别。
若使用复费率CPU卡式电表，普通居民无论单/复费率计量均可使用相用的电表，便于管理和收费，两种用户可方便地进行转换。复费率CPU卡式电表可以设置成单费率CPU卡式电表，需要转换为复费率CPU卡式电表时，仅需在银行改写用户卡相关文件即可，反之则需更换电表，造成较大浪费。
目前，国内己有辽宁、安徽、江苏、上海、浙江、福建、重庆、湖北等多个省市开始或大规模将居民用表改为复费率表，其中上海至2004年年底己超过400万户，这样，作为卡式电表的设计和制造者必须考虑将其设计成复费率计量方式。
据安徽、上海、江苏、浙江等省市大批量装表的经验和教训，复费率最少要设置峰、平、谷三种费率，时段数要大于等于8，时段表数应大于等于2。
实时时钟的走时与调校
推行复费率表最关键的是要保证时钟的可靠性及全温范围内的时钟精度，根据安徽、上海、江苏、浙江等省市大批量装表的经验，必须要求电表时钟部份使用硬件时钟、实施时钟温度自动补偿，时钟精度在全温范围内年误差在120秒之内（该要求己超过当前国标要求），达到此要求，可以确保复费率表大面积运用的成功。
实施电表的时钟温度自动补偿：要求每只电表出厂前检测秒时钟相对不同温度的误差（绝对差和温飘差）并作相关记录并转为修正参数存入本只表中，当工作时，电表自动进行温度测量，依据测量结果挑选合适的参数修正秒脉冲，使时间值在全温范围内年误差控制在某一范围内（例如120秒/年），此方法能确保减小电表运行期间的走时误差。
某些公司使用部份电表的修正值平均数组来代替每只表的修正值，无法实现每只电表的完全补偿，从而无法达到应有时钟精度；但经过出厂前修正过的带温度补偿的时钟芯片可以达到上述要求（例如美信的DS3231）。
我们认为，现行时钟调校方法存在如下问题：
安全性：a) 目前时钟调校是使用红外抄表器发送时间/日期数据护给电表；发送者可以修改抄表器时间/日期，导致修改电表时间/日期。b) 传送数据只含一组固定明文密钥，极易破译或截获，造成非法伪造日期/时间。c) 使用广播较时不含密钥，虽有较时范围限制，仍可使用多次广播较时方法实现非法修改时间/日期。
准确性：一般抄表器时间绝对误差为±20ppm，温度误差可为±100ppm，再加上人工对抄表器校时的误差，输出的时间经常会误差到几分钟级别，再加上电表时钟走时误差，导致电表时间误差很大，这样将无法保证正确的复费率计量。
因此，我们建议的改进方案如下：
a) 密文较时：电表禁止原来的明文/密钥（红外或其它通讯口）较时，改为密文较时，方法为：电表和电表较时器中均装入一块ESAM芯片（卡表可用卡表的ESAM芯片），驻留一个不可读的基础较时密钥（128Bit）；较时时，电表较时器先呼唤电表，电表从ESAM芯片中取一随机数明文发给电表较时器，同时此随机数用基础校时密钥进行加密（DES或SSF33），得到本次解密密钥；电表较时器取出时间/日期值用加密密钥（本次加密密钥生成方法同电表本次解密密钥）进行加密（加密方法同电表），得到时间/日期密文发给电表，电表解密后核对格式和校验核，对则接受修改本表时间/日期。此种方法每次密钥不同，无法破泽，确保时间/日期传递过程无法伪造和修改。广播较时时，主机呼唤群表，主动发随机数，群表不再发随机数，但用与随机数相对应的密钥来解密文（方法同单表密文较时），这样，每次解密密钥也不相同。本方案不增CPU卡式复费率电表任何硬件成本。
b) GPS提供不可更改高精度时间/日期值：新开发的电表较时器时间/日期值唯一来源于GPS模块，操作者不可更改和插入，确保时间/日期的高精度准确和唯一。
四、红外及其它集抄通讯
绝大多数己装的卡式电表，均未加装红外及集抄通讯接口，只是增加了“检查卡”，用于抄录电表数据和相关状态。我们认为：“检查卡”在实际使用中不如红外抄表器（供电部门己有大量配置）来得方便和贮存的数据容量大，而现在电表上的红外通讯口成本很低。
卡式电表本身是脱网设备，若能通过其它网络联至供电局主机，则将发挥较大的作用，因此，我们认为，卡式电表加装通讯口是必要的。
对于卡式电表，我们建议预留标准接口（建议为带光耦TTL电平RS232），规定该标准接口的点位、信号规范、插接件，规定表内预留空间及相关尺寸，便于增加通讯模块与各种网络联接（RS485、载波、有线电视HFC网、电话或ADSL、GPRS、SMS、IP等），供电局只需更换通讯模块即可组成各种集抄网。
在有两个串口的情况下，红外、集抄标准串口通讯波特率应能独立设置。
另外，红外、串口通讯（特别是写命令）应充分考虑信息安全，仅使用清零密钥、编程密钥、对时密钥，错误7次以上锁死的方式是远远不够的，必须采用密文或明文+MAC传递，仅按645规约实施通讯己不能满足现实的要求。
五、欠费断电及柔性断电方式
目前的卡表，断电一般有如下两种方式：
第一类：立即断电 电表欠费开始立即断电。
第二类：告警断电 告警断电，插卡恢复供电，欠费彻底断电。
显然，第二类为未欠费却有跳闸，明显违反《电力法》。第一类显得比较生硬，当许多用户表装在表箱内且不易观察时，断电常常使用户措手不及，并给用户带来损失，不够人性化；因此，建议各卡表公司采用第三类断电方式：
第三类：柔性断电 单费率计量、无时钟时方式
a.欠费可透支M度电量断电。
b.欠费可透支M元金额断电。
复费率计量、不与时钟相关方式
c.欠费可透支M度电量断电。
d.欠费可透支M度等效电度值断电。
e.欠费可透支M元金额断电。
复费率计量、与时钟/日期相关方式
f.欠费可透支N日用电后断电。
g.欠费节假日不断电。
上述柔性断电除g外可采取欠费后继续透支和欠费时断电，插入用户卡记录透支标记后开始透支两种方案。实施中a~f六种中只能选一，g可加入或不加入。
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