專利名稱：電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動(dòng)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制供電、供水和供燃?xì)獾姆椒把b置，尤其涉及利用計(jì)算機(jī)對(duì)供電、供水和供氣進(jìn)行預(yù)收費(fèi)自動(dòng)控制的方法及裝置。
傳統(tǒng)電費(fèi)、水費(fèi)和燃?xì)赓M(fèi)的收費(fèi)方式為，管理人員定期到用戶家中抄表，然后收取相應(yīng)的費(fèi)用。如果出現(xiàn)長(zhǎng)期拖欠電費(fèi)、水費(fèi)或燃?xì)赓M(fèi)的情形，管理人員則可能采取停電、停水或停燃?xì)獾却胧?。這種模式對(duì)用戶和管理人員來(lái)說(shuō)都比較麻煩。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了磁卡、IC卡收費(fèi)系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)存在安全性低或成本過(guò)高、卡及卡座易損壞等諸多缺點(diǎn)。同時(shí)電表、燃?xì)獗硪话惆惭b比較高，進(jìn)行刷卡操作和查詢使用情況很不方便，安裝在地下的工業(yè)用水表也如此。目前，極少數(shù)廠家推出了數(shù)據(jù)認(rèn)證式的預(yù)付費(fèi)水表，但是這種水表采用的加密算法簡(jiǎn)單、容易受到攻擊，電路成本過(guò)高并且不夠穩(wěn)定，它也受計(jì)量表安裝位置的影響。
本發(fā)明結(jié)合智能微控制器、加密解密技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、紅外線(聲波)傳輸技術(shù)、語(yǔ)音處理技術(shù)等，提供一種高可靠、高效率、低成本、易管理、用戶操作方便的智能型預(yù)收費(fèi)控制裝置。
本發(fā)明的自動(dòng)控制裝置由用戶端和預(yù)收費(fèi)端組成。
用戶端由用戶控制裝置和遙控器組成，單片機(jī)作為用戶控制裝置的中心控制器連接數(shù)據(jù)采樣裝置、輸出執(zhí)行裝置、語(yǔ)音處理裝置、紅外(聲波)發(fā)射接收裝置、報(bào)警裝置、內(nèi)部序列發(fā)生器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。中心控制器具有加密功能，控制內(nèi)部序列發(fā)生器，動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生用戶進(jìn)行預(yù)付費(fèi)操作所需的密鑰；通過(guò)紅外(聲波)發(fā)射接收裝置和遙控器進(jìn)行信息處理。中心控制器具有解密的功能，它接收遙控器所發(fā)的信息，對(duì)用戶的預(yù)交費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、認(rèn)證；通過(guò)報(bào)警裝置對(duì)非法的操作予以報(bào)警，把合法的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。中心控制器具有數(shù)據(jù)處理功能，它控制數(shù)據(jù)采樣裝置，處理用戶端使用情況的初始數(shù)據(jù)和來(lái)自遙控器的信息。中心控制器具有發(fā)射、接收和語(yǔ)音處理功能，它通過(guò)發(fā)射裝置發(fā)送用戶控制裝置的信息；通過(guò)接收器接收遙控器的信息并把接收的信息通過(guò)語(yǔ)音的方式送出去；中心控制器控制執(zhí)行裝置，能使電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)或開(kāi)啟、關(guān)閉繼電器，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為蝸桿式的電動(dòng)閥門，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)啟閥門，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)閉閥門。遙控器由微處理器、顯示裝置、輸入裝置、紅外(聲波)發(fā)射接收裝置組成。微處理器連結(jié)輸入裝置接收用戶的信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)顯示裝置顯示用戶信息和數(shù)據(jù)；微處理器通過(guò)紅外(聲波)發(fā)射裝置發(fā)送用戶信息和數(shù)據(jù)；微處理器通過(guò)接收裝置接收來(lái)自用戶控制裝置的信息和數(shù)據(jù)并通過(guò)顯示裝置顯示出來(lái)。
預(yù)收費(fèi)端由電腦和軟件組成。軟件具有解密功能，它對(duì)用戶認(rèn)證所需的密鑰進(jìn)行解密、確認(rèn)；軟件具有加密功能，它對(duì)用戶所交的費(fèi)進(jìn)行加密，使所交的費(fèi)變?yōu)橐唤M只有用戶端系統(tǒng)能解密的數(shù)據(jù)；軟件具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理的功能。
每一個(gè)用戶有一組公開(kāi)的明碼作為用戶的標(biāo)識(shí)。用戶通過(guò)遙控器把這組明碼輸入用戶控制裝置，用戶中心控制器根據(jù)這組明碼和一組由內(nèi)部序列發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)序列號(hào)通過(guò)加密算法A產(chǎn)生一組認(rèn)證數(shù)據(jù)，這組認(rèn)證數(shù)據(jù)作為用戶預(yù)交費(fèi)操作認(rèn)證密鑰。用戶把這組認(rèn)證數(shù)據(jù)輸入到預(yù)收費(fèi)端。預(yù)收費(fèi)端對(duì)用戶的這組認(rèn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行解密認(rèn)證，非法的數(shù)據(jù)予以拒絕；對(duì)合法的數(shù)據(jù)，用戶可以進(jìn)行預(yù)交費(fèi)操作。預(yù)收端對(duì)用戶的預(yù)收金額通過(guò)序列發(fā)生器和加密器用加密算法B進(jìn)行加密，產(chǎn)生一組預(yù)收費(fèi)數(shù)據(jù)作為用戶交費(fèi)的憑證。用戶把這組預(yù)收費(fèi)數(shù)據(jù)通過(guò)遙控器輸入到用戶控制裝置，中心控制器利用加密算法B的逆運(yùn)算對(duì)這組預(yù)收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、核實(shí)，將其中的金額累加到原先剩余的金額上并通過(guò)算法A產(chǎn)生下一次預(yù)交費(fèi)操作的認(rèn)證密鑰。如果已經(jīng)停電、停水、或停燃?xì)猓瑒t恢復(fù)供應(yīng)。
加密算法A把用戶序列號(hào)和上次密碼進(jìn)行異或運(yùn)算，當(dāng)用戶為初始用戶時(shí)，上次密碼為系統(tǒng)設(shè)定的一個(gè)密碼。異或運(yùn)算為有選擇的異或，它不是對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或而是對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行異或，選擇哪部分進(jìn)行異或由多項(xiàng)式 其中kn為0或1，它的種子由隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)異或運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)DES變換，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為用戶認(rèn)證數(shù)據(jù)。
加密算法B把用戶序列號(hào)和用戶所要購(gòu)的費(fèi)用，進(jìn)行擴(kuò)展異或運(yùn)算。所謂擴(kuò)展異或運(yùn)算根據(jù)用戶要購(gòu)的費(fèi)用的位數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于用戶序列號(hào)，由預(yù)收費(fèi)端的軟件隨機(jī)發(fā)生器產(chǎn)生一組序列，采用內(nèi)部約定的多項(xiàng)式 對(duì)用戶的費(fèi)用的位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，若用戶購(gòu)費(fèi)為110元，循環(huán)成如1980765903501。然后再和用戶序列號(hào)進(jìn)行有選擇的異或，多項(xiàng)式為 其中Kn為0或1。對(duì)異或后的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性的多項(xiàng)式變換。所謂非線性多項(xiàng)式變換由n條形y＝xnkn的多項(xiàng)式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段變換，再由一個(gè)非線性發(fā)生器進(jìn)行變換組合。在原理上它是不可破譯的，變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)換位，隨機(jī)換位的序列發(fā)生器是可控多項(xiàng)式，其種子為上次認(rèn)證密鑰，如18764127663換成6361176842。
為加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，采用了加密算法C進(jìn)行加密；在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，采用算法C的逆運(yùn)算進(jìn)行解密。算法C用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)加密，采用一般的多項(xiàng)式異或運(yùn)算，多項(xiàng)式的種子為用戶的個(gè)人密碼。
本發(fā)明的預(yù)收費(fèi)自動(dòng)控制裝置采用數(shù)據(jù)認(rèn)證的方式，采用加密數(shù)據(jù)作為用戶的收費(fèi)憑據(jù)。如果采用13位的數(shù)據(jù)，可達(dá)1萬(wàn)億次，確保每個(gè)用戶每次得到的認(rèn)證數(shù)據(jù)是唯一的，因此安全保密極好。它無(wú)須傳統(tǒng)的物理媒介作為交換手段(如IC卡、磁卡、條形碼卡等)，在用戶端沒(méi)有刷卡系統(tǒng)，減少了因卡、刷卡系統(tǒng)損壞而造成的隱性成本；在用戶端采用遙控器和用戶控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，用戶操作不受用戶控制系統(tǒng)安裝位置的限制，并采用語(yǔ)音處理裝置進(jìn)行報(bào)數(shù)和提示，因此操作方便、明了。用戶的認(rèn)證數(shù)據(jù)的取得方式很多，可以到指定的地方購(gòu)買，可以通過(guò)電話語(yǔ)音系統(tǒng)得到，也可以通過(guò)INTERNET或者WAP商務(wù)系統(tǒng)得到，因此對(duì)使用者是十分方便的。
以下結(jié)合附圖，以預(yù)付費(fèi)電表為例進(jìn)一步敘述
具體實(shí)施例方式

圖1是用戶端用戶控制系統(tǒng)的原理圖。
圖2為用戶端的遙控器的原理圖。
如圖1所示，1為單片機(jī)、2為分段語(yǔ)音片、3為發(fā)射接收器、4霍爾傳感器、5為存儲(chǔ)器、6為執(zhí)行繼電器。單片機(jī)1為GMS87C1202，其口線RA4～RA7和RB0～RB2接分段語(yǔ)音片2的七只腳，根據(jù)RA4～RA7、RB0～RB2高、低電平不同的組合發(fā)送不同的語(yǔ)音。單片機(jī)1的口線RB3、VCC、GND接安裝在電表轉(zhuǎn)盤(pán)上面的霍爾傳感器3上，這樣當(dāng)電表的轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一周時(shí)便產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)1對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)1的口線RB4接執(zhí)行繼電器6的NPN管，NPN管驅(qū)動(dòng)繼電器，當(dāng)RB4為高電平的時(shí)候繼電器閉合，用戶開(kāi)始供電；當(dāng)RB4為低電平的時(shí)候繼電器斷開(kāi)，用戶開(kāi)始失電。單片機(jī)1的口線RC0、RC1、RA0分別接存儲(chǔ)器5的/CS、SCK、DATA，通過(guò)RC0、RC1、RA0和存儲(chǔ)器5進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。單片機(jī)1的口線RA2、RA3分別接發(fā)射接收器1接收、發(fā)射管，接收和發(fā)射用戶的信息和數(shù)據(jù)。單片機(jī)1的口線RA1接報(bào)警器BELL對(duì)用戶控制系統(tǒng)的情況予以報(bào)警、指示。
如圖2所示，7為單片機(jī)、8為鍵盤(pán)、9為發(fā)射接收器、10為顯示器。單片機(jī)7為GMS87C1202，單片機(jī)7的口線RA4～RA7、RB0～RB4接鍵盤(pán)8，接受用戶信息和數(shù)據(jù)的輸入；單片機(jī)7的口線RA3、RA2分別接發(fā)射接收器9的接收、發(fā)射管，接收和發(fā)射用戶的信息和數(shù)據(jù)；單片機(jī)7的口線RA0、RA1、RC1接顯示器10的/CS、SCK、DATA，顯示用戶的信息和數(shù)據(jù)。
單片機(jī)1接收發(fā)射接收器3的信息，完成數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)發(fā)射接收器3發(fā)送信息。單片機(jī)1控制分段語(yǔ)音片2，把接收到的信息以語(yǔ)音的方式傳送出去，進(jìn)行核實(shí)和提示。單片機(jī)1控制內(nèi)部序列發(fā)生器隨機(jī)地產(chǎn)生用戶進(jìn)行交費(fèi)所需的認(rèn)證數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器5受單片機(jī)1的控制完成重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；單片機(jī)1接收RB3所產(chǎn)生的計(jì)量信號(hào)，完成用戶使用情況的采樣；繼電器6受單片機(jī)1的控制完成預(yù)收費(fèi)為0時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)的功能。
單片機(jī)7接受通過(guò)鍵盤(pán)輸入的用戶信息，通過(guò)顯示器10把信息顯示出來(lái)，通過(guò)發(fā)射接收器9發(fā)射信息。單片機(jī)7接收發(fā)射接收器9的信息并通過(guò)顯示器10顯示出來(lái)。
數(shù)據(jù)通過(guò)驗(yàn)證后，電表閉合繼電器，使系統(tǒng)處于工作狀態(tài)；如果接收的數(shù)據(jù)不合法，電表將通過(guò)分段語(yǔ)音片斷提示，并由報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)錯(cuò)誤的次數(shù)超過(guò)設(shè)定的次數(shù)(如10次)后，電表將永久關(guān)閉，由操作員來(lái)處理。當(dāng)電表內(nèi)的預(yù)付費(fèi)低于某一設(shè)定值時(shí)，電表的報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)提示用戶去購(gòu)買。用戶將購(gòu)到的電費(fèi)輸入電表，電表對(duì)表內(nèi)的剩余費(fèi)進(jìn)行累加。當(dāng)電表內(nèi)的預(yù)付費(fèi)為0時(shí)，電表內(nèi)繼電器關(guān)閉電表。
以上給出了供電系統(tǒng)預(yù)收費(fèi)自動(dòng)控制方法及裝置的實(shí)施例。利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，只要對(duì)控制執(zhí)行裝置稍加改動(dòng)，即可將其適用于供水、燃?xì)夤?yīng)等類似系統(tǒng)，而且這種改動(dòng)不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)。
權(quán)利要求
1.電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動(dòng)控制方法及裝置，包括用戶端和預(yù)收費(fèi)端，其特征在于用戶端包括由中心控制器、數(shù)據(jù)采樣裝置、輸出執(zhí)行裝置、報(bào)警裝置、序列發(fā)生器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成的用戶控制裝置和遙控器；中心控制器采用算法A生成預(yù)付費(fèi)密鑰，采用算法B的逆運(yùn)算對(duì)預(yù)交費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密認(rèn)證，采用算法C對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶控制裝置的遠(yuǎn)程控制；報(bào)警裝置在輸入中心控制器的數(shù)據(jù)不合法或用戶預(yù)交費(fèi)為零時(shí)執(zhí)行報(bào)警功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制方法及裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)采樣裝置為霍爾傳感器，安裝在電表、水表或燃?xì)獗淼霓D(zhuǎn)頁(yè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制方法及裝置，其特征在于，遙控器由微處理器、顯示裝置、輸入裝置、紅外(聲波)發(fā)射接收裝置組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制方法及裝置，其特征在于，中心控制器和報(bào)警裝置共同完成對(duì)電路電池的監(jiān)控。
全文摘要
電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動(dòng)控制方法及裝置,由用戶端和預(yù)收費(fèi)端組成。用戶端包括由中心控制器、數(shù)據(jù)采樣裝置、輸出執(zhí)行裝置、報(bào)警裝置、序列發(fā)生器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成的用戶控制裝置和遙控器。本發(fā)明采用獨(dú)特的算法A、B和C對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密,提高了系統(tǒng)的安全性;采用遙控技術(shù)解決了用戶控制裝置的遠(yuǎn)程控制問(wèn)題,極大地方便了用戶使用。
文檔編號(hào)G01D4/10GK1350160SQ0013016
公開(kāi)日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者陳旭洋, 鄭慶朝 申請(qǐng)人:陳旭洋