專利名稱：一種加密遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種遠(yuǎn)程測(cè)控單元裝置中的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端。
背景技術(shù)：
在水利、石油、化工等領(lǐng)域，需要監(jiān)測(cè)很多遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如防汛、灌溉、輸水等的 水位、水量、雨量、壓力等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這些遠(yuǎn)程量的監(jiān)測(cè)由監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端 RTU (Remote Terminal Unit)完成，RTU將采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。 RTU是監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的重要設(shè)備，將監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在通信網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的數(shù)據(jù) 格式，它還能接收從監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送來的命令，并將命令翻譯成具體執(zhí)行的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè) 備的控制功能。目前的RTU —般是使用專用網(wǎng)絡(luò)或公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，前者建設(shè)成本高，后者雖 然建設(shè)成本低，但傳輸數(shù)據(jù)的安全性得不到保證。北京欣立偉有限公司研制的RTU是基于單片微機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的，主要包括數(shù)據(jù)采集 單元、中央控制單元、通信轉(zhuǎn)換單元和通信單元，數(shù)據(jù)采集單元、中央控制單元、通信轉(zhuǎn)換單 元、通信單元依次連接，數(shù)據(jù)采集單元將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給中央控制單元，中央控制單元通 過通信轉(zhuǎn)換單元將接受的采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合通信單元需要的數(shù)據(jù)格式后存儲(chǔ)到通信單 元，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。該遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端RTU能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)采集，并通過公網(wǎng)完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，但由于公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸存在安全隱患，所以該遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)采集終端不適用于安全環(huán)境要求高的環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種能保證公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全性的 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端RTU。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案一種加密遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端，包括中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、A/D轉(zhuǎn) 換單元、傳感器單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、通信單元、加密單元及電源單元，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元、時(shí)鐘單元、電源單元分別與中央控制單元相連，傳感器單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、中央控制 單元依次相連，通信單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、加密單元、中央控制單元依次相連。傳感器單 元定時(shí)將采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將采集到的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 同時(shí)中央控制單元將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，當(dāng)時(shí)鐘單元計(jì)時(shí)到設(shè)定的 時(shí)間時(shí)，由中央控制單元將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到加密單元，加密單元利用加 密算法對(duì)其進(jìn)行加密得到密文數(shù)據(jù)，并將密文數(shù)據(jù)發(fā)送到通信電平轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成位于監(jiān) 測(cè)中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)所需要的信號(hào)，然后由通信單元通過無線GPRS網(wǎng)絡(luò)將密文數(shù)據(jù)發(fā)送 給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成數(shù)據(jù)的安全傳輸。另外，當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收到密文數(shù)據(jù)后采用對(duì)應(yīng)的解 密算法將密文數(shù)據(jù)解密成所需要的明文數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1)本裝置通用性好、操作簡(jiǎn)單、設(shè)置方便、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高；[0009]2)本裝置由于包含有加密單元，該加密單元能對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，確保數(shù)據(jù)在公網(wǎng)傳輸過程中的安全性。

圖1為本實(shí)用新型的RTU的電路框架圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本實(shí)用新型包括中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、A/D轉(zhuǎn)換單 元、傳感器單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、通信單元、加密單元及電源單元，其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、 時(shí)鐘單元、電源單元分別與中央控制單元相連，傳感器單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、中央控制單元 依次相連，通信單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、加密單元、中央控制單元依次相連，所述的加密單 元能對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。中央控制單元是本裝置的核心處理單元，為了降低裝置的功耗，本實(shí)用新型的中 央控制單元選用超低功耗的MCU芯片，芯片型號(hào)為MSP430F1612。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為可讀寫存 儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)采集到的最終轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)或中央計(jì)算機(jī)發(fā)來的命令，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元選用AT24C16 芯片，其存儲(chǔ)容量為16K，寫/擦次數(shù)為100萬次。時(shí)鐘單元可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)計(jì)時(shí)，該單元選用 DS1302芯片。A/D轉(zhuǎn)換單元可將傳感器單元采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合單片機(jī)內(nèi)部通信 的數(shù)字信號(hào)，選用MSP430單片機(jī)的一個(gè)ADC12數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊作為A/D轉(zhuǎn)換單元。傳感器單 元根據(jù)需要可為溫度、水位、雨量、壓力傳感器等中的一種或多種。通信電平轉(zhuǎn)換單元能將 中央控制單元發(fā)來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合監(jiān)控計(jì)算機(jī)需要的RS232信號(hào)，或者將監(jiān)控計(jì)算 機(jī)發(fā)來的RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合內(nèi)部需要的電壓信號(hào)，該單元選用MAX3222芯片。通信單 元為無線接收發(fā)射GPRS模塊，選用H7210 GPRS DTU0電源單元選用WD-4微機(jī)穩(wěn)壓電源，能 將供電電源的12VDC轉(zhuǎn)換成5VDC/3.3VDC。加密單元能利用加密算法對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行加密 處理操作，實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸。本裝置工作時(shí)，時(shí)鐘單元開始計(jì)時(shí)，傳感器單元采集環(huán)境的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為模擬信 號(hào)，傳感器將采集到的模擬數(shù)據(jù)發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換單元，A/D轉(zhuǎn)換單元將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換成適合內(nèi)部需要的數(shù)字信號(hào)，并將得到的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至中央控制單元，中央控制單元 將接收的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，當(dāng)時(shí)鐘單元計(jì)時(shí)到預(yù)先設(shè)定的時(shí)間時(shí)，中央控制 單元將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到加密單元對(duì)其進(jìn)行加密處理，該加密單元利 用混沌加密算法與RC4算法結(jié)合，加密處理后得到的密文數(shù)據(jù)經(jīng)通信電平變換單元轉(zhuǎn)換成 符合中央計(jì)算機(jī)需要的RS232信號(hào)后，由通信單元發(fā)送給位于監(jiān)測(cè)中心的中央計(jì)算機(jī)。中 央計(jì)算機(jī)接收到密文數(shù)據(jù)后采用和加密單元同樣的加密算法將密文數(shù)據(jù)解密成所需要的 明文數(shù)據(jù)。本裝置還可以接收中央計(jì)算機(jī)的指令執(zhí)行登錄、校時(shí)、或?qū)﹂_關(guān)量、模擬量、脈沖 量控制等操作。加密單元對(duì)所接收的數(shù)字信號(hào)采用加密算法進(jìn)行加密，該加密算法具體如下1、采用混沌算法求出RC4算法中的初始算法(KSA)良性的隨機(jī)性S盒1)選擇參數(shù)(力，X0)作為密鑰控制logistics混沌系統(tǒng)，b為logistics參數(shù)，X0 為混沌系統(tǒng)初始值，對(duì)于logistics映射F為=力*&(1-&)，其中，辦e [3.57，A\,xne [O, 1]；2)將當(dāng)前混沌狀態(tài)In的二進(jìn)制表示為0. bib2..、.，定義三個(gè)從Xi中抽取的二 進(jìn)制數(shù) X1, xm, xh,其中 X1 = Id1Id2. . b12, xm = b13b14. . . b24, xh = b25b26. . . b36,再構(gòu)造/(Xi)= Xi xm Xh，《(Xi) = g(x,· —I) fUj)；定義 /(Xi)的 二進(jìn)制表示為f J2. . . f 12 ， 將 logistics映射迭代Iii次得到下一次混沌信號(hào)Xi+1，其中，
權(quán)利要求1. 一種加密遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于包括中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘 單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、傳感器單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、通信單元、加密單元及電源單元，所述 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、電源單元分別與中央控制單元相連，傳感器單元、A/D轉(zhuǎn)換單 元、中央控制單元依次相連，通信單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、加密單元、中央控制單元依次相 連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種加密遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端，包括中央控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、傳感器單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、通信單元、加密單元及電源單元，其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、電源單元分別與中央控制單元相連，傳感器單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、中央控制單元依次相連，通信單元、通信電平轉(zhuǎn)換單元、加密單元、中央控制單元依次相連，所述的加密單元能采用加密算法對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。本裝置通用性好、操作簡(jiǎn)單、設(shè)置方便、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高；而且由于包含有加密單元，能確保數(shù)據(jù)在公網(wǎng)傳輸過程中的安全性。
文檔編號(hào)H04L29/06GK201878162SQ20102066761
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉樹波, 蔡朝暉, 謝仁泰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)