電、水和燃氣等供應的自動控制方法及裝置的製作方法

2023-06-14 15:06:51 3

專利名稱：電、水和燃氣等供應的自動控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制供電、供水和供燃氣的方法及裝置，尤其涉及利用計算機對供電、供水和供氣進行預收費自動控制的方法及裝置。
傳統電費、水費和燃氣費的收費方式為，管理人員定期到用戶家中抄表，然後收取相應的費用。如果出現長期拖欠電費、水費或燃氣費的情形，管理人員則可能採取停電、停水或停燃氣等措施。這種模式對用戶和管理人員來說都比較麻煩。隨著科技的發展，出現了磁卡、IC卡收費系統。但這種系統存在安全性低或成本過高、卡及卡座易損壞等諸多缺點。同時電錶、燃氣表一般安裝比較高，進行刷卡操作和查詢使用情況很不方便，安裝在地下的工業用水錶也如此。目前，極少數廠家推出了數據認證式的預付費水錶，但是這種水錶採用的加密算法簡單、容易受到攻擊，電路成本過高並且不夠穩定，它也受計量表安裝位置的影響。
本發明結合智能微控制器、加密解密技術、自動控制技術、大型資料庫技術、紅外線(聲波)傳輸技術、語音處理技術等，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收費控制裝置。
本發明的自動控制裝置由用戶端和預收費端組成。
用戶端由用戶控制裝置和遙控器組成，單片機作為用戶控制裝置的中心控制器連接數據採樣裝置、輸出執行裝置、語音處理裝置、紅外(聲波)發射接收裝置、報警裝置、內部序列發生器及數據存儲器。中心控制器具有加密功能，控制內部序列發生器，動態地產生用戶進行預付費操作所需的密鑰；通過紅外(聲波)發射接收裝置和遙控器進行信息處理。中心控制器具有解密的功能，它接收遙控器所發的信息，對用戶的預交費數據進行解密、認證；通過報警裝置對非法的操作予以報警，把合法的數據存儲到數據存儲器中。中心控制器具有數據處理功能，它控制數據採樣裝置，處理用戶端使用情況的初始數據和來自遙控器的信息。中心控制器具有發射、接收和語音處理功能，它通過發射裝置發送用戶控制裝置的信息；通過接收器接收遙控器的信息並把接收的信息通過語音的方式送出去；中心控制器控制執行裝置，能使電動機正、反轉或開啟、關閉繼電器，電動機帶動驅動機構，驅動機構為蝸杆式的電動閥門，電動機正轉時驅動機構開啟閥門，電動機反轉時驅動機構關閉閥門。遙控器由微處理器、顯示裝置、輸入裝置、紅外(聲波)發射接收裝置組成。微處理器連結輸入裝置接收用戶的信息和數據，通過顯示裝置顯示用戶信息和數據；微處理器通過紅外(聲波)發射裝置發送用戶信息和數據；微處理器通過接收裝置接收來自用戶控制裝置的信息和數據並通過顯示裝置顯示出來。
預收費端由電腦和軟體組成。軟體具有解密功能，它對用戶認證所需的密鑰進行解密、確認；軟體具有加密功能，它對用戶所交的費進行加密，使所交的費變為一組只有用戶端系統能解密的數據；軟體具有資料庫管理的功能。
每一個用戶有一組公開的明碼作為用戶的標識。用戶通過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這組明碼和一組由內部序列發生器產生的隨機序列號通過加密算法A產生一組認證數據，這組認證數據作為用戶預交費操作認證密鑰。用戶把這組認證數據輸入到預收費端。預收費端對用戶的這組認證數據進行解密認證，非法的數據予以拒絕；對合法的數據，用戶可以進行預交費操作。預收端對用戶的預收金額通過序列發生器和加密器用加密算法B進行加密，產生一組預收費數據作為用戶交費的憑證。用戶把這組預收費數據通過遙控器輸入到用戶控制裝置，中心控制器利用加密算法B的逆運算對這組預收費數據進行解密、核實，將其中的金額累加到原先剩餘的金額上並通過算法A產生下一次預交費操作的認證密鑰。如果已經停電、停水、或停燃氣，則恢復供應。
加密算法A把用戶序列號和上次密碼進行異或運算，當用戶為初始用戶時，上次密碼為系統設定的一個密碼。異或運算為有選擇的異或，它不是對所有的數據進行異或而是對部分數據進行異或，選擇哪部分進行異或由多項式 其中kn為0或1，它的種子由隨機序列發生器產生。經過異或運算後的數據，再經過準DES變換，所產生的數據為用戶認證數據。
加密算法B把用戶序列號和用戶所要購的費用，進行擴展異或運算。所謂擴展異或運算根據用戶要購的費用的位數遠遠少於用戶序列號，由預收費端的軟體隨機發生器產生一組序列，採用內部約定的多項式 對用戶的費用的位數進行擴展，若用戶購費為110元，循環成如1980765903501。然後再和用戶序列號進行有選擇的異或，多項式為 其中Kn為0或1。對異或後的數據進行非線性的多項式變換。所謂非線性多項式變換由n條形y＝xnkn的多項式對數據進行分段變換，再由一個非線性發生器進行變換組合。在原理上它是不可破譯的，變換後的數據進行隨機換位，隨機換位的序列發生器是可控多項式，其種子為上次認證密鑰，如18764127663換成6361176842。
為加強系統的安全性，在存儲數據時，採用了加密算法C進行加密；在讀取數據時，採用算法C的逆運算進行解密。算法C用系統內的數據加密，採用一般的多項式異或運算，多項式的種子為用戶的個人密碼。
本發明的預收費自動控制裝置採用數據認證的方式，採用加密數據作為用戶的收費憑據。如果採用13位的數據，可達1萬億次，確保每個用戶每次得到的認證數據是唯一的，因此安全保密極好。它無須傳統的物理媒介作為交換手段(如IC卡、磁卡、條形碼卡等)，在用戶端沒有刷卡系統，減少了因卡、刷卡系統損壞而造成的隱性成本；在用戶端採用遙控器和用戶控制系統進行數據傳送，用戶操作不受用戶控制系統安裝位置的限制，並採用語音處理裝置進行報數和提示，因此操作方便、明了。用戶的認證數據的取得方式很多，可以到指定的地方購買，可以通過電話語音系統得到，也可以通過INTERNET或者WAP商務系統得到，因此對使用者是十分方便的。
以下結合附圖，以預付費電錶為例進一步敘述
具體實施例方式

圖1是用戶端用戶控制系統的原理圖。
圖2為用戶端的遙控器的原理圖。
如圖1所示，1為單片機、2為分段語音片、3為發射接收器、4霍爾傳感器、5為存儲器、6為執行繼電器。單片機1為GMS87C1202，其口線RA4～RA7和RB0～RB2接分段語音片2的七隻腳，根據RA4～RA7、RB0～RB2高、低電平不同的組合發送不同的語音。單片機1的口線RB3、VCC、GND接安裝在電錶轉盤上面的霍爾傳感器3上，這樣當電錶的轉盤每轉一周時便產生一個信號，單片機1對這個信號進行計數。單片機1的口線RB4接執行繼電器6的NPN管，NPN管驅動繼電器，當RB4為高電平的時候繼電器閉合，用戶開始供電；當RB4為低電平的時候繼電器斷開，用戶開始失電。單片機1的口線RC0、RC1、RA0分別接存儲器5的/CS、SCK、DATA，通過RC0、RC1、RA0和存儲器5進行數據交換。單片機1的口線RA2、RA3分別接發射接收器1接收、發射管，接收和發射用戶的信息和數據。單片機1的口線RA1接報警器BELL對用戶控制系統的情況予以報警、指示。
如圖2所示，7為單片機、8為鍵盤、9為發射接收器、10為顯示器。單片機7為GMS87C1202，單片機7的口線RA4～RA7、RB0～RB4接鍵盤8，接受用戶信息和數據的輸入；單片機7的口線RA3、RA2分別接發射接收器9的接收、發射管，接收和發射用戶的信息和數據；單片機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據。
單片機1接收發射接收器3的信息，完成數據的處理，通過發射接收器3發送信息。單片機1控制分段語音片2，把接收到的信息以語音的方式傳送出去，進行核實和提示。單片機1控制內部序列發生器隨機地產生用戶進行交費所需的認證數據。存儲器5受單片機1的控制完成重要數據的存儲；單片機1接收RB3所產生的計量信號，完成用戶使用情況的採樣；繼電器6受單片機1的控制完成預收費為0時關閉系統的功能。
單片機7接受通過鍵盤輸入的用戶信息，通過顯示器10把信息顯示出來，通過發射接收器9發射信息。單片機7接收發射接收器9的信息並通過顯示器10顯示出來。
數據通過驗證後，電錶閉合繼電器，使系統處於工作狀態；如果接收的數據不合法，電錶將通過分段語音片斷提示，並由報警系統報警。當錯誤的次數超過設定的次數(如10次)後，電錶將永久關閉，由操作員來處理。當電錶內的預付費低於某一設定值時，電錶的報警系統將會提示用戶去購買。用戶將購到的電費輸入電錶，電錶對表內的剩餘費進行累加。當電錶內的預付費為0時，電錶內繼電器關閉電錶。
以上給出了供電系統預收費自動控制方法及裝置的實施例。利用本發明的設計思想，只要對控制執行裝置稍加改動，即可將其適用於供水、燃氣供應等類似系統，而且這種改動不需要付出創造性勞動。
權利要求
1.電、水和燃氣等供應的自動控制方法及裝置，包括用戶端和預收費端，其特徵在於用戶端包括由中心控制器、數據採樣裝置、輸出執行裝置、報警裝置、序列發生器和數據存儲器構成的用戶控制裝置和遙控器；中心控制器採用算法A生成預付費密鑰，採用算法B的逆運算對預交費數據進行解密認證，採用算法C對存儲數據進行加密和解密；遙控器實現對用戶控制裝置的遠程控制；報警裝置在輸入中心控制器的數據不合法或用戶預交費為零時執行報警功能。
2.根據權利要求1所述的自動控制方法及裝置，其特徵在於，數據採樣裝置為霍爾傳感器，安裝在電錶、水錶或燃氣表的轉頁上。
3.根據權利要求1所述的自動控制方法及裝置，其特徵在於，遙控器由微處理器、顯示裝置、輸入裝置、紅外(聲波)發射接收裝置組成。
4.根據權利要求1所述的自動控制方法及裝置，其特徵在於，中心控制器和報警裝置共同完成對電路電池的監控。
全文摘要
電、水和燃氣等供應的自動控制方法及裝置,由用戶端和預收費端組成。用戶端包括由中心控制器、數據採樣裝置、輸出執行裝置、報警裝置、序列發生器和數據存儲器構成的用戶控制裝置和遙控器。本發明採用獨特的算法A、B和C對數據進行加密和解密,提高了系統的安全性;採用遙控技術解決了用戶控制裝置的遠程控制問題,極大地方便了用戶使用。
文檔編號G01D4/10GK1350160SQ0013016
公開日2002年5月22日 申請日期2000年10月20日 優先權日2000年10月20日
發明者陳旭洋, 鄭慶朝 申請人:陳旭洋