基于sts的预付费代码表及售电系统论文1毕设论文.docx
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基于sts的预付费代码表及售电系统论文1毕设论文
附件2：
项目名称：
基于STS的预付费代码表及售电系统
二〇一二年四月
一、研究目标
本课题研究分析当前国内预付费表与基于STS的预付费代码表及售电系统的差别，提出适用于国内的整套预付费系统的完整解决方案。
（1）本项目研发的代码式电能表及其售电通过南非STS协会的认证，使得本产品可以兼容其他通过协会认证的产品，解决当前IC卡电能表不能兼容的问题。
（2）代码式电能表网络售电系统的建立，解决当前不能在线收费、随时购电的问题。
（3）代码式电能表可以采用一体和分体式的方案，解决不同地区的抄表难题。
（4）本项目的推广，可以节省生产成本，便于管理。
二、国内外研究现状
1.国内外研究水平的现状和发展趋势；
国内在本技术领域的研究属于刚刚起步，只有少数十几家电表公司在做该产品的研发和应用，但是由于市场和推广的原因，目前尚未大规模应用。
其经验值得借鉴，但是要配合南方的特色进行大量研究和调整，制定相关行业规范，促进技术成熟和新解决方案的推广。
2.国外研究机构对本项目的研究情况；
国外已经涉及到本技术领域的研究，走的比较前列，到目前为止，在国外本技术已经得到了广泛的应用，从最初的南非到后来的发达国家和发展中国家，有超过2000万只符合STS标准的电能表安装在40多个国家的500多个电力公司。
但是其研究成果并不能直接用于国内，国内需要针对以上应用场景进行研究和试验出符合我国国情的解决方案。
意义及必要性：
预付费电能表就是具有用户先买电后用电特点的一种特殊的电能表。
它具有当用户电量用完时，具有继电器自动断开，用户不能用电的功能，用户购电后，继电器又可以自动闭合继续供用户使用的特点，这样就很好的解决了供电部门收费难的问题。
写卡式预付费电能表已广泛得到应用，但其仍然存在以下问题：
1）兼容性问题：
不同的IC卡、不同的加密方式、不同的供应商都采用不同的卡表，难以兼容，客户扩展性差。
2）成本问题：
每台预付费电表都需要使用IC卡，存在使用成本问题。
3）购电问题：
客户必须到电力公司指定的营业点购电，受路程和时间限制，购电成本较高。
4）安全问题：
电量通过加密存储在卡上，容易损坏或被攻击，造成纠纷或丢失电量。
5）在线购电问题：
虽然可以与抄表系统结合实现信息采集，但由于安全问题，无法实现安全的网络传递购电信息，因此难以实现在线购电。
为了解决上述问题，我们采用国际规范标准-IEC62055.该标准的2007年发布的第一个关于预付费电能表方面的国际标准，其核心部分在IEC62055-41部分。
IEC62055对传输介质、传输内容、加密和解密算法等做了全面的表述，使得通过STS（StandardTransferSpecification）第三方测试认证的电能表可以通用，解决了传统IC卡表不能兼容的问题，其传输介质可以为代码、磁卡、虚拟等方式，使得用户购电方式可以为电话、网上银行、营业厅、短信充值、ATM机等，从而省去了用户亲自持卡到供电部门购电的麻烦。
三、研究内容
1、主要研究要点
本课题从代码式预付费电能表和售电系统开发技术路线两个大方面进行研究，划分为6个任务，分别为：
对标准传输协议做详细的研究、对代码式传输介质做深入的研究和理解、设计代码表结构和功能、开发和测试代码式电能表样表、代码式售电系统进行整体测试并完成代码表的试制和量产。
（一）代码式预付费电能表
（1）标准传输协议。
STS代码预付费电表是指符合IEC62055国际标准的，采用20位的数字代码作为购电量信息的传输介质的预付费电表系统，它可以采用键盘、磁卡（IC卡）、网络通讯等方式将售电系统产生的购电信息传递到STS预付费电表中。
IEC62055国际标准是STS代码付费系统的国际标准，由成立于1997年的南非STS协会（StandardTransferSpecification标准传输技术规范）。
2005年，由南非STS协会推荐它成为国际标准，即IEC62055。
IEC62055系列标准涵盖了付费系统、CIS用户信息系统、售电系统、传输介质、数据传输标准、预付费电能表以及接口标准等内容。
它是一个完整的关于预付费系统的体系框架。
（2）代码式传输介质。
采用由STS协会提供的加密算法，并由协会维护。
该算法长期在国外应用，已经得到广泛认何。
其中，该算法中重要的组成部分――置换表、替换表，由STS协会为各电能表生产商提供，换句话说就是电能表生产商的算法都是不一样的。
20位代码即20位加密代码，是20位代码使用解码密钥通过加密算法后得到的加密数据。
原始密钥：
用于电表解码密钥的生成。
由STS协会密钥管理中心负责控制和分配。
解码密钥：
用于20位代码的加、解密。
该密钥是由原始密钥、电表信息并结合一定的算法而生成的，每表对应一个密钥。
（3）设计代码表结构和功能。
设计模具
CIU液晶显示
采用段码式的LCD（HD115液晶），显示要求低，成本低，控制方便。
如下图：
功能介绍
Ø计量功能
具有正向有功电能的计量和保存功能，可保存最近10个月的电能信息。
Ø显示功能
1）LCD显示
电能表能显示以下信息：
当前电量、剩余电量、电压、电流、功率、表号、表常数等多种信息。
显示项目可以自动和手动显示，显示位数为8位，包括2位小数位。
2）LCD显示全貌
液晶屏上显示多种信息提示，其显示全貌如下：
3）LED指示
脉冲、报警和电源三个LED等分别代表脉冲输出、异常情况发生和电源指示。
其中电源灯显示颜色可由绿色变为红色，红色闪烁用来指示剩余电量已到使用极限。
Ø测量及精度
能测量、记录、显示当前电能表的电压、电流（包括零线电流）、功率、功率因数等运行参数。
测量误差（引用误差）不超过±1％。
Ø负荷控制功能
双继电器，分别控制L、N线。
当剩余电量为0时，继电器断开。
输入购电代码后，继电器自动闭合。
自动检测负载功率，当超载45秒，继电器断开；150秒后，继电器自动闭合；如果在30分钟内，超载时间累计超过45秒，继电器断开。
Ø键盘
标准键盘式输入，3X4式排列，每个按键可至少允许2,0000次输入操作。
用户既可以输入购电代码，也可以根据相应的数字短号来查询相关用电参数等信息
Ø检测功能
具有磁场超限、表盖打开、端子盖打开、N线断开和电流反向等检测功能。
相应的短号代码分别为10、08、04、02、01，这些篡改状态可以组合表示。
Ø事件记录功能
可以记录最近10次接收的购电代码及其相应的购电量、最近5次发生的篡改时间、最近10个月的电量信息、最近5次的过载时刻、最近5次掉电发生时刻、最近5次表盖打开事件的发生时刻、最近5次端子盖打开事件的发生时刻、最近5次接收的工程代码。
Ø通信功能
采用IEC62056-21《抄表、费率和负荷控制的数据交换-直接本地数据交换》标准通信协议。
IEC62056标准是为国际上通用的数据传输标准，通用性强。
传输波特率默认为9600bps。
◆报警功能
◆代码式预付费电能表的报警功能由三种方式组成：
◆1）黄色LED灯点亮指示错误运行状态
◆2）液晶上也会给出错误运行状态指示
◆3）蜂鸣器给出错误运行状态提示
◆当出现以下情况时，电能表会报警：
◆1）剩余电量为0，继电器断开；
◆2）剩余电量小于极限电量。
该极限电量可以由短号456xx设置,xx为极限电量的最小值，报警时间可以由短号123xxx设置，xxx为报警时间，单位为分钟。
◆3）功率超限，功率值可以由售电系统设置。
◆4）磁场超限（>400mt）
◆5）有篡改状态发生时，既有磁场超限、表盖打开、端子盖打开、N线断开和电流反向情况发生。
该情况下，输入购电代码将不被接收
（4）开发和测试代码式电能表样表。
测试条件
DITK（解码初始化传输密钥）为FFFFFFFFFFFFFFFF16。
TID（代币识别）：
5A45A116。
该密钥的生成时间为：
2004-04-0109:
05，信贷为最大信贷：
999999.99Kwh
测试步骤
测试内容
输入token
STS测试要求
测试结果
1
上电
上电过一段时间后提示准备接收token
背光亮、液晶全显，power灯绿光常亮，提示“rEAdy”
2
token的输入与删除
57685041953846607141
位数的显示与删除
随意输入几位token,看一下显示内容是否一致，按<-是否可以删除
3
密钥修改测试1_1
57685041953846607141
Token结果:
1stKCT
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、VALId”、“1STkCT”“next”为等待输入第二部分密钥，蜂鸣器响1次
4
密钥修改测试1_2）
46504546383091414966
Token结果:
2ndKCT
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、VALId”、“2NdkCT”,power灯闪烁红光，证明密钥修改成功，蜂鸣器响1次
5
重复上2步骤测试
Token结果:
reject
电能表不接受再次修改的密钥，提示“NoTAUTH”、“INVALId”，“rEJECT”，蜂鸣器响3次
6
购电5Kwh
33583222021645383325
Token结果:
overflow
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、VALId”、“oVFLow”，蜂鸣器响3次，提示溢出错误
7
信贷清零测试
26815857503588707842
Token结果:
accept
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、VALId”、“ACCEPT”，同时显示当前信贷为0，继电器拉闸。
蜂鸣器响1次
8
购电5Kwh
33583222021645383325
Token结果:
accept
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、VALId”、“ACCEPT”，同时显示当前信贷为5Kwh，继电器合闸。
蜂鸣器响1次
9
TID旧的测试（old）
47375109343029073521
Token结果:
old
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、“oLd”，“rEJECT”，蜂鸣器响3次
10
密钥过期测试
14648242665151735146
Token结果:
keyexp
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、“kEyEXP”，“rEJECT”，蜂鸣器响3次
11
认证错误测试
63494227683982166655
认证结果:
NotAuthentic
液晶显示依次显示“NoTAUTH”、“INVALId”，“rEJECT”，蜂鸣器响3次
12
token重复输入测试
33583222021645383325
Token结果:
used
液晶显示依次显示“AUTHTIC”、“USEd”，“rEJECT”，蜂鸣器响3次
13
测试代码0的测试
56493153725450313471
Token结果:
accept
液晶显示“ACCEPT”，然后顺序执行电表所支持的测试项目：
1继电器2液晶全显3总寄存器信贷4KRN5TI7功率极限8篡改状态9当前功率损耗10软件版本，最后显示“rEAdy”
（二）售电系统开发技术路线
代码式售电系统进行整体测试并完成代码表的试制和量产。
本系统是一款基于STS标准传输协议开发的系统软件。
提供预付费电表信贷转账、电表维护、电表测试等令牌的生成与管理。
集系统管理、客户管理、售电管理、电表维护管理、电表测试管理、报表管理、日志管理等功能于一体，操作方便，效率高。
本售电系统的用户类型包括：
升级会员 