【正文】 各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設(shè)計圖紙 附件 2： 項目 名稱： 基于 STS 的預(yù)付費代碼表及售電系統(tǒng) 二 〇 一 二 年 四 月 3 一、 研究目標 本課題 研究分析當前國內(nèi)預(yù)付費表 與 基于 STS 的預(yù)付費代碼表及售電系統(tǒng)的差別， 提出適用于 國內(nèi)的整套預(yù)付費系統(tǒng) 的完整解決方案 。 (1)本項目研發(fā)的代碼式電能表及其售電通過南非 STS 協(xié)會的認證，使得本產(chǎn)品可以兼容其他通過協(xié)會認證的產(chǎn)品，解決當前 IC 卡電能表不能兼容的問題。 (2)代碼式電能表網(wǎng)絡(luò)售電系統(tǒng)的建立，解決當前不能在線收費、隨時購電的問題。 (3)代 碼式電能表可以采用一體和分體式的方案，解決不同地區(qū)的抄表難題。 (4)本項目的推廣，可以節(jié)省生產(chǎn)成本，便于管理。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1. 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢； 國內(nèi)在本技術(shù)領(lǐng)域的研究屬于剛剛起步，只有少數(shù)十幾家電表公司在做該產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，但是由于市場和推廣的原因，目前尚未大規(guī)模應(yīng)用。其經(jīng)驗值得借鑒，但是要配合南方的特色進行大量研究和調(diào)整，制定相關(guān)行業(yè)規(guī)范，促進技術(shù)成熟和新解決方案的推廣。 2. 國外研究機構(gòu)對本項目的研究情況； 國外已經(jīng)涉及到本技術(shù)領(lǐng)域的研究，走的比較前列，到目前為止，在國 外本技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從最初的南非到后來的發(fā)達國家和發(fā)展中國家，有超過 2021 萬只符合 STS 標準的電能表安裝在 40 多個國家的 500 多個電力公司。但是其研究成果并不能直接用于國內(nèi)，國內(nèi)需要針對以上應(yīng)用場景進行研究和試驗出符合我國國情的解決方案。 意義及必要性： 預(yù)付費電能表就是具有用戶先買電后用電特點的一種特殊的電能表。它具有當用戶電量用完時，具有繼電器自動斷開，用戶不能用電的功能，用戶購電后，繼電器又可以自動閉合繼續(xù)供用戶使用的特點，這樣就很好的解決了供電部門收費難的問題。 寫卡式預(yù)付費電能表已廣泛 得到應(yīng)用，但其仍然存在以下問題： 1）兼容性問題：不同的 IC 卡、不同的加密方式、不同的供應(yīng)商都采用不同的卡表，難以兼容，客戶擴展性差。 2）成本問題：每臺預(yù)付費電表都需要使用 IC 卡，存在使用成本問題。 3）購電問題：客戶必須到電力公司指定的營業(yè)點購電，受路程和時間限制，購電成本較高。 4）安全問題：電量通過加密存儲在卡上，容易損壞或被攻擊，造成糾紛或 4 丟失電量。 5）在線購電問題：雖然可以與抄表系統(tǒng)結(jié)合實現(xiàn)信息采集，但由于安全問題，無法實現(xiàn)安全的網(wǎng)絡(luò)傳遞購電信息，因此難以實現(xiàn)在線購電。 為了解決上述問題，我們 采用國際規(guī)范標準 2021 年發(fā)布的第一個關(guān)于預(yù)付費電能表方面的國際標準，其核心部分在 IEC6205541 部分。 IEC62055 對傳輸介質(zhì)、傳輸內(nèi)容、加密和解密算法等做了全面的表述，使得通過 STS（ Standard Transfer Specification）第三方測試認證的電能表可以通用，解決了傳統(tǒng) IC 卡表不能兼容的問題，其傳輸介質(zhì)可以為代碼、磁卡、虛擬等方式，使得用戶購電方式可以為電話、網(wǎng)上銀行、營業(yè)廳、短信充值、 ATM機等，從而省去了用戶親自持卡到供電部門購電的麻煩。 三 、研究內(nèi)容 主要研究要點 本課題 從 代 碼式預(yù)付費電能表和售電系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線兩 個大 方面進行研究， 劃分為 6 個任務(wù)，分別為： 對標準傳輸協(xié)議做詳細的研究 、 對代碼式傳輸介質(zhì)做深入的研究和理解 、 設(shè)計代碼表結(jié)構(gòu)和功能 、 開發(fā)和測試代碼式電能表樣表 、代碼式售電系統(tǒng)進行整體測試并完成代碼表的試制和量產(chǎn) 。 (一 ) 代碼式預(yù)付費電能表 （ 1） 標準傳輸協(xié)議 。 STS 代碼預(yù)付費電表是指符合 IEC62055 國際標準的，采用 20 位的數(shù)字代碼作為購電量信息的傳輸介質(zhì)的預(yù)付費電表系統(tǒng)，它可以采用鍵盤、磁卡（ IC 卡）、網(wǎng)絡(luò)通訊等方式將售電系統(tǒng) 產(chǎn)生的購電信息傳遞到 STS預(yù)付費電表中。 IEC62055 國際標準是 STS 代碼付費系統(tǒng)的國際標準，由成立于1997年的南非 STS協(xié)會 (Standard Transfer Specification標準傳輸技術(shù)規(guī)范 )。2021 年，由南非 STS 協(xié)會推薦它成為國際標準，即 IEC62055。 IEC62055 系列標準涵蓋了付費系統(tǒng)、 CIS 用戶信息系統(tǒng)、售電系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)傳輸標準、預(yù)付費電能表以及接口標準等內(nèi)容。它是一個完整的關(guān)于預(yù)付費系統(tǒng)的體系框架。 （ 2） 代碼式傳輸介質(zhì) 。 采用由 STS 協(xié)會提供的加密算法，并由協(xié)會 維護。該算法長期在國外應(yīng)用，已經(jīng)得到廣泛認何。其中，該算法中重要的組成部分――置換表、替換表，由 STS 協(xié)會為各電能表生產(chǎn)商提供，換句話說就是電能表生產(chǎn)商的算法都是不一樣的。 20 位代碼即 20 位加密代碼，是 20 位代碼使用解碼密鑰通過加密算法后得到的加密數(shù)據(jù)。原始密鑰：用于電表解碼密鑰的生成。由STS 協(xié)會密鑰管理中心負責控制和分配。解碼密鑰：用于 20 位代碼的加、解密。該密鑰是由原始密鑰、電表信息并結(jié)合一定的算法而生成的，每表對應(yīng)一個密鑰。 5 (3) 設(shè)計代碼表結(jié)構(gòu)和功能 。 設(shè)計模具 CIU 液晶顯示 采 用段碼式的 LCD(HD115 液晶 )，顯示要求低，成本低，控制方便。 如下圖： 功能介紹 ? 計量功能 具有正向有功電能的計量和保存功能，可保存最近 10 個月的電能信息。 ? 顯示功能 1） LCD 顯示 電能表能顯示以下信息：當前電量、剩余電量、電壓、電流、功率、表號、表常數(shù)等多種信息。 顯示項目可以自動和手動顯示，顯示位數(shù)為 8 位，包括 2 位小數(shù)位。 2） LCD 顯示全貌 液晶屏上顯示多種信息提示，其顯示全貌如下： 6 3） LED 指示 脈沖、報警和電源三個 LED 等分別代表脈沖輸出、異常情況發(fā)生和電源指示。其中電源燈顯示顏色可由綠色變?yōu)榧t色，紅色閃爍用來指示剩余電量已到使用極限。 ? 測量及精度 能測量、記錄、顯示當前電能表的電壓、電流（包括零線電流）、功率、功率因數(shù)等運行參數(shù)。測量誤差（引用誤差）不超過177。 1％。 ? 負荷控制功能 雙繼電器，分別控制 L、 N 線。當剩余電量為 0 時，繼電器斷開。輸入購電代碼后，繼電器自動閉合。 自動檢測負載功率，當超載 45 秒，繼電器斷開； 150 秒后，繼電器自動閉合；如果在 30 分鐘內(nèi)，超載時間累計超過 45 秒，繼電器斷開。 ? 鍵盤 標準鍵盤式輸入， 3X4 式排列，每個按鍵可至少允許 2,0000 次輸入操作。用戶既可以輸入購電代碼，也可以根據(jù)相應(yīng)的數(shù)字短號來查詢相關(guān)用電參數(shù)等信息 ? 檢測功能 具有磁場超限、表蓋打開、端子蓋打開、 N 線斷開和電流反向等檢測功能。相應(yīng)的短號代碼分別為 0 0 0 01，這些篡改狀態(tài)可以組合表示。 ? 事件記錄功能 可以記錄最近 10 次接收的購電代碼及其相應(yīng)的購電量、最近 5 次發(fā)生的篡改時間、最近 10 個月的電量信息、最近 5 次的過載時刻、最近 5 次掉電發(fā)生時刻、最近 5 次表蓋打開事件的發(fā)生時刻、最近 5 次端子蓋打開事件的發(fā)生時刻、最近 5 次接收的工程代碼。 7 ? 通信功能 采用 IEC6205621《 抄表、費率和負荷控制的數(shù)據(jù)交換 直接本地數(shù)據(jù)交換》標準通信協(xié)議。 IEC62056 標準是為國際上通用的數(shù)據(jù)傳輸標準，通用性強。 傳輸波特率默認為 9600bps。 ? 報警功能 ? 代碼式預(yù)付費電能表的報警功能由三種方式組成： ? 1）黃色 LED 燈點亮指示錯誤運行狀態(tài) ? 2）液晶上也會給出錯誤運行狀態(tài)指示 ? 3）蜂鳴器給出錯誤運行狀態(tài)提示 ? 當出現(xiàn)以下情況時，電能表會報警： ? 1）