專利名稱：電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動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，尤其涉及利用計算機(jī)對供電、供水和供氣進(jìn)行預(yù)收費自動控制的方法及裝置。
傳統(tǒng)電費、水費和燃?xì)赓M的收費方式為，管理人員定期到用戶家中抄表，然后收取相應(yīng)的費用。如果出現(xiàn)長期拖欠電費、水費或燃?xì)赓M的情形，管理人員則可能采取停電、停水或停燃?xì)獾却胧?。這種模式對用戶和管理人員來說都比較麻煩。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了磁卡、IC卡收費系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)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)付費水表，但是這種水表采用的加密算法簡單、容易受到攻擊，電路成本過高并且不夠穩(wěn)定，它也受計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)、自動控制技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、紅外線(聲波)傳輸技術(shù)、語音處理技術(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)收費控制裝置。
本發(fā)明的自動控制裝置由用戶端和預(yù)收費端組成。
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、語音處理裝置、紅外(聲波)發(fā)射接收裝置、報警裝置、內(nèi)部序列發(fā)生器及數(shù)據(jù)存儲器。中心控制器具有加密功能，控制內(nèi)部序列發(fā)生器，動態(tài)地產(chǎn)生用戶進(jìn)行預(yù)付費操作所需的密鑰；通過紅外(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，對用戶的預(yù)交費數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、認(rèn)證；通過報警裝置對非法的操作予以報警，把合法的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器中。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)和來自遙控器的信息。中心控制器具有發(fā)射、接收和語音處理功能，它通過發(fā)射裝置發(fā)送用戶控制裝置的信息；通過接收器接收遙控器的信息并把接收的信息通過語音的方式送出去；中心控制器控制執(zhí)行裝置，能使電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)或開啟、關(guān)閉繼電器，電動機(jī)帶動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)為蝸桿式的電動閥門，電動機(jī)正轉(zhuǎn)時驅(qū)動機(jī)構(gòu)開啟閥門，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時驅(qū)動機(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)，通過顯示裝置顯示用戶信息和數(shù)據(jù)；微處理器通過紅外(聲波)發(fā)射裝置發(fā)送用戶信息和數(shù)據(jù)；微處理器通過接收裝置接收來自用戶控制裝置的信息和數(shù)據(jù)并通過顯示裝置顯示出來。
預(yù)收費端由電腦和軟件組成。軟件具有解密功能，它對用戶認(rèn)證所需的密鑰進(jìn)行解密、確認(rèn)；軟件具有加密功能，它對用戶所交的費進(jìn)行加密，使所交的費變?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)庫管理的功能。
每一個用戶有一組公開的明碼作為用戶的標(biāo)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(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)序列號通過加密算法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)收費端。預(yù)收費端對用戶的這組認(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；對合法的數(shù)據(jù)，用戶可以進(jìn)行預(yù)交費操作。預(yù)收端對用戶的預(yù)收金額通過序列發(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)收費數(shù)據(jù)作為用戶交費的憑證。用戶把這組預(yù)收費數(shù)據(jù)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(yù)收費數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、核實，將其中的金額累加到原先剩余的金額上并通過算法A產(chǎn)生下一次預(yù)交費操作的認(rèn)證密鑰。如果已經(jīng)停電、停水、或停燃?xì)?，則恢復(fù)供應(yīng)。
加密算法A把用戶序列號和上次密碼進(jìn)行異或運算，當(dāng)用戶為初始用戶時，上次密碼為系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)進(jìn)行異或而是對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行異或，選擇哪部分進(jìn)行異或由多項式 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)過異或運算后的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過準(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把用戶序列號和用戶所要購的費用，進(jìn)行擴(kuò)展異或運算。所謂擴(kuò)展異或運算根據(jù)用戶要購的費用的位數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于用戶序列號，由預(yù)收費端的軟件隨機(jī)發(fā)生器產(chǎn)生一組序列，采用內(nèi)部約定的多項式 對用戶的費用的位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，若用戶購費為110元，循環(huán)成如1980765903501。然后再和用戶序列號進(jìn)行有選擇的異或，多項式為 其中Kn為0或1。對異或后的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行分段變換，再由一個非線性發(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，在存儲數(shù)據(jù)時，采用了加密算法C進(jìn)行加密；在讀取數(shù)據(jù)時，采用算法C的逆運算進(jìn)行解密。算法C用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)加密，采用一般的多項式異或運算，多項式的種子為用戶的個人密碼。
本發(fā)明的預(yù)收費自動控制裝置采用數(shù)據(jù)認(rèn)證的方式，采用加密數(shù)據(jù)作為用戶的收費憑據(jù)。如果采用13位的數(shù)據(jù)，可達(dá)1萬億次，確保每個用戶每次得到的認(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，并采用語音處理裝置進(jìn)行報數(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買，可以通過電話語音系統(tǒng)得到，也可以通過INTERNET或者WAP商務(wù)系統(tǒng)得到，因此對使用者是十分方便的。
以下結(jié)合附圖，以預(yù)付費電表為例進(jìn)一步敘述
具體實施例方式

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為分段語音片、3為發(fā)射接收器、4霍爾傳感器、5為存儲器、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)送不同的語音。單片機(jī)1的口線RB3、VCC、GND接安裝在電表轉(zhuǎn)盤上面的霍爾傳感器3上，這樣當(dāng)電表的轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周時便產(chǎn)生一個信號，單片機(jī)1對這個信號進(jìn)行計數(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)動繼電器，當(dāng)RB4為高電平的時候繼電器閉合，用戶開始供電；當(dāng)RB4為低電平的時候繼電器斷開，用戶開始失電。單片機(jī)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(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接報警器BELL對用戶控制系統(tǒng)的情況予以報警、指示。
如圖2所示，7為單片機(jī)、8為鍵盤、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，通過發(fā)射接收器3發(fā)送信息。單片機(jī)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(jìn)行核實和提示。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)行交費所需的認(rèn)證數(shù)據(jù)。存儲器5受單片機(jī)1的控制完成重要數(shù)據(jù)的存儲；單片機(jī)1接收RB3所產(chǎn)生的計量信號，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)收費為0時關(guān)閉系統(tǒng)的功能。
單片機(jī)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(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的信息并通過顯示器10顯示出來。
數(shù)據(jù)通過驗證后，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，電表將通過分段語音片斷提示，并由報警系統(tǒng)報警。當(dāng)錯誤的次數(shù)超過設(shè)定的次數(shù)(如10次)后，電表將永久關(guān)閉，由操作員來處理。當(dāng)電表內(nèi)的預(yù)付費低于某一設(shè)定值時，電表的報警系統(tǒng)將會提示用戶去購買。用戶將購到的電費輸入電表，電表對表內(nèi)的剩余費進(jìn)行累加。當(dāng)電表內(nèi)的預(yù)付費為0時，電表內(nèi)繼電器關(guān)閉電表。
以上給出了供電系統(tǒng)預(yù)收費自動控制方法及裝置的實施例。利用本發(fā)明的設(shè)計思想，只要對控制執(zhí)行裝置稍加改動，即可將其適用于供水、燃?xì)夤?yīng)等類似系統(tǒng)，而且這種改動不需要付出創(chuàng)造性勞動。
權(quán)利要求
1.電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動控制方法及裝置，包括用戶端和預(yù)收費端，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、報警裝置、序列發(fā)生器和數(shù)據(jù)存儲器構(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)付費密鑰，采用算法B的逆運算對預(yù)交費數(shù)據(jù)進(jìn)行解密認(rèn)證，采用算法C對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；遙控器實現(xiàn)對用戶控制裝置的遠(yuǎn)程控制；報警裝置在輸入中心控制器的數(shù)據(jù)不合法或用戶預(yù)交費為零時執(zhí)行報警功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動控制方法及裝置，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)頁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動控制方法及裝置，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所述的自動控制方法及裝置，其特征在于，中心控制器和報警裝置共同完成對電路電池的監(jiān)控。
全文摘要
電、水和燃?xì)獾裙?yīng)的自動控制方法及裝置,由用戶端和預(yù)收費端組成。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、報警裝置、序列發(fā)生器和數(shù)據(jù)存儲器構(gòu)成的用戶控制裝置和遙控器。本發(fā)明采用獨特的算法A、B和C對數(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(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者陳旭洋, 鄭慶朝 申請人:陳旭洋