专利名称：Ic卡预付费电能表故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统领域，特别涉及一种IC卡预付费电能表故障检测装置。
背景技术：
IC卡预付费电能表是安装在用户家中，完成用户用电量的计量，并实现对用户预付费购电的控制，当用户的购电量用完后，会切断用户用电。有了 IC卡预付费电能表，可以高效率地解决电力公司抄表收费的问题。在电力公司对IC卡预付费电能表的招标采购过程中，如何对生产厂家的IC卡预付费电能表进行测试验收就是一个十分关键的问题。目前，电力公司对IC卡预付费电能表的检测主要是通过各种测试卡对IC卡预付费电能表的功能和数据流程进行测试。测试时，需要准备一台计算机、一个IC卡读写器以及若干CPU智能卡，将IC卡读写器和计算机端口连接，在计算机中安装一套发卡测试工具软件。具体地测试流程是首先，在计算机上选择测试卡片类型，设置和该卡片类型相关的 数据项内容，利用发卡工具软件发行一张测试卡片；然后，将测试卡片插入IC卡预付费电能表，观察IC卡预付费电能表的数据变化状态以及所执行的动作，查看LCD上显示的错误代码，并判断IC卡预付费电能表的功能是否正常；之后，再将测试卡片重新插入到IC卡读写器，从计算机中读出IC卡预付费电能表发送到测试卡片中的数据，通过对该数据的分析判断IC卡预付费电能表的功能执行是否完全正确。这种测试要求测试人员对IC卡预付费电能表的功能流程十分清晰,能够根据IC卡预付费电能表的数据变化和执行状况来准确判断IC卡预付费电能表和测试卡片之间的数据交换和安全认证流程是否正确。而且，测试数据不能直观反映IC卡预付费电能表的数据交换是否准确，必须加上人为的分析判断，对测试人员的要求非常高。但是，由于看不到IC卡预付费电能表和CPU智能卡进行安全认证和数据交换的具体数据变化，当故障出现时，测试人员很难准确评估是IC卡预付费电能表还是测试卡片出了问题，并且由于观测不到数据流的变化，也无法对IC卡接口的硬件性能指标进行准确评估。经常出现的状况是把测试卡片本身的性能指标问题也全部归结到了 IC卡预付费电能表有问题，从而造成了误判。并且，IC卡预付费电能表中安装有嵌入式ESAM (Embedded Secure AccessModule,嵌入式安全控制模块)，由于IC卡预付费电能表的安全认证和数据存储安全很多都靠ESAM安全模块来保证，这样也导致了当ESAM安全模块出现故障时，也将问题归结到了 IC卡预付费电能表上，造成了误判现象的存在。在数据交换过程中，每一项功能可能要涉及多项的指令流，这些指令流执行的顺序不同也会导致IC卡预付费电能表在功能上产生一定的差异。同时这种测试方式在对现场运行的IC卡预付费电能表进行故障排查时十分不方便，必须要携带电脑、IC卡读写器，还要找到供电电源后才能进行，并且由于IC卡预付费电能表安装位置的不同，每做一次测试都需要测试人员持卡在发卡位置和电表安装位置之间不停地移动才能够完全测试，增加了测试的工作量，造成测试人员的不方便。[0009]综上所述，目前的对IC卡预付费电能表的检测存在实现复杂、误差率较大的问题。
发明内容本实用新型实施例目的之一在于提供一种IC卡预付费电能表故障检测装置，以解决现有技术中的检测IC卡预付费电能表存在的实现复杂、误差率较大的问题。根据本实用新型的一个方面，提供一种IC卡预付费电能表故障检测装置，包括IC卡接口转换器、指令流数据存储单元、显示单元、故障检测单元以及测试指令发送单元，其中所述IC卡接口转换器与所述指令流数据存储单元连接，所述指令流数据存储单元分别与所述的显示单元、故障检测单元连接，所述测试指令发送单元与所述IC卡接口转换器连接。进一步地，所述的IC卡接口转换器包括串行数据接口、微处理单元、IC卡模拟单元、嵌入式安全控制模块ESAM单元以及开关单元；其中，所述微处理单元与所述的串行数据接口连接；所述ESAM单元通过所述开关单元与所述的微处理单元和IC卡模拟单元连接。进一步地，所述的装置还包括指令流发送单元，与所述的指令流数据存储单元连接。进一步地，所述的指令流发送单元包括RS_232数据接口，与外部计算机连接,用于与外部计算机进行数据交换。进一步地，所述的装置还包括CPU智能卡数据接口，分别与所述的指令流数据存储单元和CPU智能卡连接。进一步地，所述的CPU智能卡数据接口包括标准IC卡座，用于插入所述的CPU智能卡。进一步地，所述的装置还包括ESAM安全模块数据接口，与所述指令流数据存储单元和所述IC卡预付费电能表中的ESAM安全模块连接。进一步地，所述的装置还包括ESAM安全模块转换器，与所述IC卡预付费电能表连接。本实用新型通过IC卡接口转换器根据预先设置好的测试指令直接与IC卡预付费电能表进行安全认证和数据交换，并由指令流数据存储单元存储数据交互的详细过程，使得故障检测单元可以根据数据交互过程判断IC卡预付费电能表是否出现故障，相比于现有技术，本实用新型实施例可以简单方便地对电能表进行检测，并且，可以降低检测结果的
误差率。
图I是根据本实用新型实施例的IC卡预付费电能表故障检测装置的结构框图；图2是根据本实用新型实施例的IC卡接口转换器的详细结构框图；图3是根据本实用新型实施例的IC卡预付费电能表故障检测装置的详细结构框图。
具体实施方式
由于现有技术中的IC卡预付费电能表检测过程复杂、检测结果误差率较大，基于此，本实用新型实施例提供一种IC卡预付费电能表故障检测装置，以解决上述问题。
以下结合附图来详细描述本实用新型实施例。图I是根据本实用新型实施例的IC卡预付费电能表故障检测装置的结构框图，如图I所示，该故障检测装置包括测试指令发送单元11、IC卡接口转换器12、指令流数据存储单元13、显示单元14、以及故障检测单元15，其中IC卡接口转换器与12指令流数据存储单元连接，指令流数据存储单元13分别与显示单元14、故障检测单元15连接，测试指令发送单元11与IC卡接口转换器12连接；IC卡接口转换器12根据测试指令发送单元发送的电能表测试指令对IC卡预付费电能表进行安全认证和数据交换，指令流数据存储单元13记录并存储安全认证和数据交换的指令流数据，显示单元14显示指令流数据存储单元存储的指令流数据，故障检测单元15根据指令流数据存储单元存储的指令流数据检测IC卡预付费电能表是否出现故障，并通过显示单元14显示检测结果。上述测试指令发送单元11发送的测试指令可以是根据需求预先设置好的测试指令。由以上描述可以看出，通过IC卡接口转换器12根据预先设置好的测试指令直接与IC卡预付费电能表进行安全认证和数据交换，并由指令流数据记录单元记录数据交互的详细过程，使得故障检测单元可以根据数据交互过程判断IC卡预付费电能表(可以简称为电能表)是否出现故障，相比于现有技术，本实用新型实施例提供的故障检测装置可以简单方便地对电能表进行检测，并且，由于检测过程不涉及CPU智能卡和ESAM安全模块，因此减少了由于CPU智能卡或ESAM安全模块出现故障而归结于IC卡预付费电能表故障的问题，从而降低了检测结果的差错率。具体地，上述IC卡接口转换器12可以是用于连接电能表和故障检测装置的电路转换板。对于电能表来说，IC卡接口转换器主要用于模拟CPU智能卡；对于故障检测装置，IC卡接口转换器能够模拟实现电能表和CPU智能卡之间的安全认证和数据交换指令操作。图2是IC卡接口转换器12的详细结构框图，如图2所示，该IC卡接口转换器12包括串行数据接口 121、微处理单元122、IC卡模拟单元123、ESAM单元124以及开关单元125，其中，微处理单元与串行数据接口连接，ESAM单元通过开关单元与微处理单元和IC卡模拟单元进行切换，串行数据接口接收来自测试指令发送单元的测试指令，微处理单元根据串行数据接口接收的测试指令生成测试数据发送给ESAM单元，ESAM单元将测试数据发送给IC卡模拟单元、并对IC卡预付费电能表进行安全认证，IC卡模拟单元根据测试数据通过ESAM单元对IC卡预付费电能表进行数据交换。在具体实施时，串行数据接口可以是UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)，具有标准TTL电平的UART可以和测试指令发送单元之间直接进行交换数据。IC卡模拟单元可以是一块与标准IC卡结构、尺寸相似的电路板，在测试时可以将其插入到被测电能表的卡座中。[0035]ESAM单元主要用于在测试过程中建立各种逻辑功能卡的文件结构，安装测试需要使用的密钥以进行安全认证，同时下载相关的数据项。开关单元可以是单刀双掷开关，主要用来控制ESAM单元和、IC卡模拟单元以及微处理单元之间进行切换，当需要建立测试卡片数据结构时，开关单元断开ESAM单元和IC卡模拟单元的数据连接，建立ESAM单元和微处理单元之间的数据连接，ESAM单元和微处理单元之间进行数据交换；当需要对电能表进行检测分析时，开关单元断开ESAM单元和微处理单元之间的连接，建立ESAM单元和IC卡模拟单元之间的数据连结，这样被测电能表就可以直接和ESAM单元进行数据交换和安全认证，此时的微处理单元可以对ESAM单元和IC卡模拟单元的数据流程进行跟踪测试，自动记录数据交换的指令流并加以保存。同时微处理单元还可以对电能表输出的供电电压和每条指令的执行时间进行检测。上述的显示单元14可以是带背光的大屏幕点阵IXD显示器。在具体实施时，如图3所示，上述故障检测装置还可以包括以下至少之一指令流发送单元16、CPU智能卡数据接口 17、以及ESAM安全模块数据接口 18，其中指令流发送单元16与指令流数据存储单元连接，用于将指令流数据存储单元存储的安全认证和数据交换的指令流数据发送给外部计算机；该指令流发送单元可以包括RS-232数据接口，用于与外部计算机进行数据交换。外部计算机与故障检测装置通过RS-232数据接口建立连接，用来显示故障检测装置对电能表的检测结果，并能够对故障检测装置参数和工作状态的设置。CPU智能卡数据接口 17，与指令流数据存储单元和CPU智能卡连接，用于根据测试指令发送单元发送的CPU智能卡测试指令对CPU智能卡进行测试，实现如现有技术中的故障检测装置与CPU智能卡的数据交换和安全认证；具体地，该CPU智能卡数据接口包括标准IC卡座,用于插入CPU智能卡。ESAM安全模块数据接口 18，与指令流数据存储单元和IC卡预付费电能表中的ESAM安全模块连接，用于根据测试指令发送单元发送的ESAM安全模块测试指令对ESAM安全模块进行测试，完成与ESAM安全模块的数据交换和安全认证。该ESAM安全模块安装在电能表中，用来完成电能表计量和收费数据的存取以及电能表和IC卡之间数据交换的安全认证和数据加密解密工作。通过CPU智能卡数据接口 17和ESAM安全模块数据接口 18，可以分别实现对CPU智能卡和ESAM安全模块的故障检测。上述的指令流数据存储单元、故障检测单元以及测试指令发送单元可以合一设置为一微处理器，该微处理器可以采用NEC78F4053系列单片机，具有32K的FLASH空间，IK的RAM空间，2个UART数据通信接口，5通道的按键返回检测。上述故障检测装置还可以包括按键部分，例如，设计16个按键，包括10个数字键和6个功能键，采用4X4的键盘扫描阵。在实际应用中，故障检测装置还可以包括ESAM安全模块转换器，该ESAM安全模块转换器在逻辑功能上与IC卡接口转换器类似，用于模拟IC卡预付费电能表中的ESAM安全模块，以与IC卡预付费电能表进行数据交换。在具体实施时，ESAM安全模块转换器和IC卡接口转换器可以独立设置于故障检测装置之外，作为外接设备。具体地，ESAM安全模块转换器和IC卡接口转换器可以采用专用线缆和故障检测装置进行连接，由故障检测装置供应直流5V电压，使用时直接插入到故障检测装置的专用插座中，故障检测装置平时在不使用ESAM安全模块转换器和IC卡接口转换器时，自动关闭该路电源输出。[0046]在进行电能表的故障检测时，将IC卡接口转换器插入到电能表中，故障检测装置自动记录伪卡和电能表进行安全认证和数据交换的指令流，并可以实时地在故障检测装置和计算机的显示屏上显示出来，供工作人员观察分析，同时自动将指令流进行保存。其中，伪卡是指工作人员根据测试要求生成的伪测试卡，根据不同的测试要求可以生成多个伪测试卡，重复对电能表进行不同的功能测试，并实时观察和记录指令流数据。工作人员可以在外部计算机上调出故障检测装置和电能表进行测试时生成的所有指令流数据进行分析，得出测试结论，生成测试报告。在对电能表进行检测时，工作人员可以首先将要检测的功能项目通过故障检测装置上的键盘输入，然后再将IC卡接口转换器插入到电能表中，这样故障检测装置就能够在LCD显示屏上自动显示IC卡预付费电能表和测试卡之间的数据交换指令流，并能够显示交换的数据，供工作人员进行分析排查。具体可以选择的检测项目包括用户卡检测功能制作模拟用户卡，跟踪测试电能表对用户卡的数据操作流程；查询卡检测功能制作模拟查询卡，跟踪测试电能表对查询卡的数据操作流程；应急卡检测流程制作模拟应急卡，跟踪测试电能表对应急卡的数据操作流程；密钥修改卡检测流程制作模拟密钥修改卡，跟踪测试电能表对密钥修改卡的操作流程；费率时段设置卡检测流程制作模拟费率时段设置卡，跟踪测试电能表对费率时段设置卡的操作流程；参数设置卡检测流程制作模拟参数设置卡，跟踪测试电能表对参数设置卡的操作流程；增加电量卡检测流程制作模拟增加电量卡，跟踪测试电能表对增加电量卡的操作流程；继电器测试卡检测流程制作模拟继电器测试卡，跟踪测试电能表对继电器测试卡的操作流程；快速测试卡检测流程制作模拟快速测试卡，跟踪测试电能表对快速测试卡的操作流程；表号设置卡检测流程制作模拟表号设置卡，跟踪测试电能表对表号设置卡的操作流程。如果需要对CPU智能卡和嵌入式ESAM安全模块进行功能和性能检测，可以在故障检测装置的CPU智能卡数据接口中插入CPU智能卡、在ESAM安全模块数据接口插入ESAM安全模块，然后通过连接的计算机按照COS手册的指令对CPU智能卡和ESAM安全模块发送各种指令进行检测，并通过显示的指令流数据观察分析结果是否正常。具体地，对CPU智能卡和嵌入式ESAM安全模块的检测包括以下项目复位信息检测对CPU智能卡和ESAM安全模块的复位信息进行检测；建立MF文件检测发送建立MF文件指令流并跟踪测试CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；建立DF文件检测发送建立DF文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；[0064]建立密钥文件检测发送建立密钥文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；建立二进制文件检测发送建立二进制文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；建立钱包文件检测发送建立钱包文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；删除文件检测发送删除文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果;安装密钥检测发送安装密钥指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果;修改密钥检测发送修改密钥指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果;取随机数检测发送取随机数指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果; 选择目录文件检测发送选择目录文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；读二进制文件检测发送读二进制文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；写二进制文件检测发送写二进制文件指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；存款指令检测发送钱包文件存款指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；扣款指令检测发送钱包文件扣款指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；读余额指令检测发送读钱包文件余额指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；主密钥认证指令检测发送主密钥认证指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；口令认证指令检测发送口令密钥认证指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；内部认证指令检测发送内部认证指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果；外部认证指令检测发送外部认证指令流并跟踪CPU智能卡和ESAM安全模块的返回结果。综上所述，本实用新型实施例提供的故障检测装置根据预先设置好的状态，对IC卡预付费电能表的数据交换、安全认证、加密解密过程和流程进行模拟测试，能够自动记录和转发检测过程中产生的数据、状态和指令流，并通过自身的显示模块或传递到计算机中显示出来；同时，检测装置还应具有模拟端口，能够直接和IC卡预付费电能表上的ESAM安全模块进行直接连接，对ESAM模块中的存放的数据进行跟踪和检测。通过本实用新型提供的故障检测装置，可以简单、方便、准确地找出IC卡预付费电能表、CPU智能卡或ESAM安全模块的故障点。以上所述的具体实施例，对本 实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种IC卡预付费电能表故障检测装置，其特征在于，包括 IC卡接口转换器、指令流数据存储单元、显示单元、故障检测单元以及测试指令发送单元，其中 所述IC卡接口转换器与所述指令流数据存储单元连接，所述指令流数据存储单元分别与所述的显示单元、故障检测单元连接，所述测试指令发送单元与所述IC卡接口转换器连接。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的IC卡接口转换器包括 串行数据接口、微处理单元、IC卡模拟单元、嵌入式安全控制模块ESAM单元以及开关单元； 其中，所述微处理单元与所述的串行数据接口连接；所述ESAM单元通过所述开关单元与所述的微处理单元和IC卡模拟单元连接。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括 指令流发送单元，与所述的指令流数据存储单元连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的指令流发送单元包括 RS-232数据接口，与外部计算机连接，用于与外部计算机进行数据交换。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括 CPU智能卡数据接口，分别与所述的指令流数据存储单元和CPU智能卡连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的CPU智能卡数据接口包括 标准IC卡座，用于插入所述的CPU智能卡。
7.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括 ESAM安全模块数据接口，与所述指令流数据存储单元和所述IC卡预付费电能表中的ESAM安全模块连接。
8.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括 ESAM安全模块转换器，与所述IC卡预付费电能表连接。
专利摘要本实用新型提供一种IC卡预付费电能表故障检测装置包括IC卡接口转换器、指令流数据存储单元、显示单元、故障检测单元以及测试指令发送单元，其中所述IC卡接口转换器与所述指令流数据存储单元连接，所述指令流数据存储单元分别与所述的显示单元、故障检测单元连接，所述测试指令发送单元与所述IC卡接口转换器连接。通过本实用新型，可以简单方便地对IC卡预付费电能表进行检测，并且，可以降低检测结果的差错率。
文档编号G07F15/06GK202362865SQ201120427460
公开日2012年8月1日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者孙志杰, 宋楠, 宋雨虹, 李顺昕, 袁瑞铭, 钟侃 申请人:华北电网有限公司计量中心