CN103220132A - 具有信息安全管理功能的智能燃气表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，属一种智能燃气表，所述智能燃气表中包括智能燃气表终端主控制器与FLASH存储器，所述智能燃气表终端主控制器通过外部数据接口接入通信对象；所述外部数据接口用于执行智能燃气表终端主控制器与通信对象之间的唯一数据通信，在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至智能燃气表终端主控制器；通过在智能燃气表终端主控制器中增加信息安全管理的功能，使其通过通信对象与燃气公司的售气管理系统进行数据交换时进行身份认证，保证了两者通信的合法性，并通过外部数据接口可无缝接入燃气管理系统，实现智能燃气表的分散制造，统一管理，且保证了燃气公司在燃气表控制上的独立性，不受外界的制约。

Description

具有信息安全管理功能的智能燃气表

技术领域

本发明涉及一种智能燃气表，更具体的说，本发明主要涉及一种具有信息安全管理功能的智能燃气表。

背景技术

由于越来越多的燃气公司采用智能燃气表组建自己的售气管理系统,实现预付费管理、远程监控、连接互联网等相关功能，使燃气公司更加科学、安全、有效的对燃气表进行管理，因此各种各样的售气管理系统及其智能燃气表应运而生。目前，燃气表厂家纷纷生产出智能化的燃气表，市场上智能燃气种类不断增多，从具有的功能、使用的数据传输方式上划分，主要有采用IC卡为传输介质的智能燃气表，采用数据传输模块作为远程通信的智能燃气表，采用远程数据传输模块与物联网技术结合使用的智能燃气表等等。

智能燃气表需要和远端的售气管理系统进行数据交换，如果不具备信息安全管理功能，则在不同的传输媒介中传输时，数据的有效身份得不到认证，数据的加解密功能不完善，密码丢失，数据交换的安全性得不到保证，会造成智能燃气表及其售气管理系统失控的风险。

在以IC卡为传输介质的智能燃气表及其售气管理系统中，如果智能燃气表不具备信息安全管理功能，数据得不到有效性校验，可能会造成该种智能燃气表、IC卡、售气管理系统三者的信息不一致，同时，由于加密方式运用不合理，非法用户可以轻易获得IC卡中的数据进行分析，并通过相应的技术手段，破译加密算法及数据协议，从而编写出相应配合该种智能燃气表使用的程序，脱离燃气公司的售气管理系统随意用气，导致燃气公司蒙受经济损失。

在采用数据传输模块作为远程通信的智能燃气表及其售气管理系统中，数据经过传输过程中，需要经过复杂的有线传输或者不稳定的无线传输到达表端，数据可能产生错误，也可能被人为破坏。如果不具备信息安全管理功能，数据得不到有效的验证，造成售气管理系统和表端数据不一致，在技术上可以实现脱离燃气公司售气管理系统对该种智能燃气表进行非法操作，随意用气，造成燃气公司的经济损失。

在采用远程数据传输模块与互联网技术结合使用的智能燃气表及其售气管理系统中，智能燃气表与其综合管理系统的通信路径更加复杂，不但要经过长距离的远程传输，还要借助互联网络才能完成数据交换，在这些传输媒介中，远程传输中数据可能发生错误，也可能被人截获，互联网络容易遭受入侵，数据可能丢失或被修改。在该种智能燃气表中，如果不具备相应的信息安全管理功能，最终造成售气管理系统与智能燃气表的数据交换错误，密码丢失等重大问题，造成燃气公司的重大损失。

可见，智能燃气表在实现智能化的多种方式中，都或多或少的存在数据交换的安全性管理问题，如果信息安全管理不当，燃气公司将承受智能燃气表和管理系统同时失控的风险。因此有必要针对上述问题，对现有智能燃气表做进一步的改进，使智能燃气表具有信息安全管理功能，实现信息安全管理。

发明内容

本发明的目的之一在于解决上述不足，提供一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，以期望解决现有技术中智能燃气表及其管理系统的信息安全管理得不到保证的问题，消除燃气公司运营中信息安全管理的风险。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，所述智能燃气表中包括智能燃气表终端主控制器与FLASH存储器，所述智能燃气表终端主控制器通过外部数据接口接入通信对象；所述外部数据接口用于执行智能燃气表终端主控制器与通信对象之间的唯一数据通信，在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至智能燃气表终端主控制器；所述FLASH存储器用于存储智能燃气表中供智能燃气表终端主控制器调用的控制及文件管理程序；所述智能燃气表终端主控制器用于在接收到来自于外部数据接口的外部数据时，对外部数据的来源端进行身份认证，判断是否获取该外部数据中的加密数据包，当判断结果为合法时，则根据数据包中包含的事务执行相应的表端操作，反之则通过复位电路复位初始状态。

作为优选，进一步的技术方案是：所述智能燃气表终端主控制器还用于当认证外部数据来源端的身份为合法时，则解密数据包并通过数据校验模块对数据的完整性进行校验，反之则通过复位电路复位初始状态；数据完整性校验通过后，通过数据校验模块对数据的有效性进行验证，反之则通过复位电路复位初始状态；数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并针对预处理结果生成返回信息，将所述返回信息加密后通过外部数据接口返回给通信对象，当得到通信对象的有效确认后则将预处理结果予以认可且存储相关的操作信息，并执行预处理结果中相应的操作；反之则放弃预处理结果或作缓存处理。

更进一步的技术方案是：所述FLASH存储器内预置有协议限制条件与多个不同的密钥程序，用于在智能燃气表分别与不同的外部数据来源端进行数据交换时，智能燃气表终端主控制器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证外部数据来源端的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件，通过数据校验模块验证数据在当前外部数据来源端身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

更进一步的技术方案是：所述智能燃气表中还包括EEPROM存储器，用于存储智能燃气表终端主控制器的相关操作信息，以及智能燃气表终端主控制器对外部数据中事务的预处理结果。

更进一步的技术方案是：所述智能燃气表终端主控制器为可执行加密算法的中央处理器或单片机；所述通信对象至少为IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述的外部数据接口至少为USART串行接口、SPI串行接口与I2C串行接口当中的任意一种。

更进一步的技术方案是：所述智能燃气表中还包括加密模块，用于对智能燃气表终端主控制器与外部数据来源端数据交换的多级加解密，并辅助智能燃气表终端主控制器获取外部数据来源端的数据加密密钥进行身份认证。

更进一步的技术方案是：所述的加密模块通过AES（密码学中的高级加密标准，英文Advanced Encryption Standard的简称）或3DES（三重数据加密算法，英文Triple Data Encryption Algorithm）的方式进行数据加解密。

更进一步的技术方案是：所述智能燃气表中还包括机械计量装置与信号预处理电路，所述机械计量装置中至少安装有机电阀与机电信号转换装置，所述机电信号转换装置通过信号预处理电路接入智能燃气表终端主控制器；所述机电阀通过机电阀控制电路接入智能燃气表终端主控制器。

更进一步的技术方案是：所述智能燃气表中还包括显示电路、晶体振荡电路与程序下载口，所述显示电路、晶体振荡电路与程序下载口均接入智能燃气表终端主控制器，其中：所述智能燃气表终端主控制器通过显示电路接入液晶显示屏，用于将智能燃气表的各类数据信息在液晶显示屏上呈现；所述晶体振荡电路用于向智能燃气表终端主控器提供时钟信号；所述程序下载口用于将相关的程序由智能燃气表终端主控制器下载至FLASH存储器中，实时升级密钥程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过在智能燃气表终端主控制器中增加信息安全管理的功能，使其通过通信对象与燃气公司的售气管理系统进行数据交换时进行身份认证，保证了两者通信的合法性，智能燃气表必须通过外部数据接口才能与外部进行通信；利用不同的密钥可实现燃气公司分级管理的权限设置，且采用3DES/AES多级加密方式，使得密钥的安全性较高，并可通过智能燃气表上的程序下载口实时升级密钥，避免密钥泄漏所带来的风险；通过内置的数据校验程序模块，保证传输的数据真实、准确和完整。同时本发明所提供的一种具有信息安全管理功能的智能燃气表结构简单，通过外部数据接口可无缝接入燃气管理系统，实现智能燃气表的分散制造，统一管理，应用范围广阔，且保证了燃气公司在燃气表控制上的独立性，不受外界的制约。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例中的信息安全管理结构示意框图；

图2为用于说明本发明另一个实施例的结构示意框图；

图3为用于说明本发明实施例中的管理系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，该智能燃气表中需设置有智能燃气表终端主控制器与FLASH存储器，而智能燃气表终端主控制器通过外部数据接口接入表端的通信对象；

上述外部数据接口用于执行智能燃气表终端主控制器与通信对象之间的唯一数据通信，在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至智能燃气表终端主控制器；

上述FLASH存储器用于存储智能燃气表中供智能燃气表终端主控制器调用的控制及文件管理程序；

上述智能燃气表终端主控制器用于在接收到来自于外部数据接口的外部数据时，对外部数据的来源端进行身份认证，判断是否获取该外部数据中的加密数据包，当判断结果为合法时，则解密并根据数据包中包含的事务执行相应的表端操作，反之则通过复位电路复位初始状态。

根据上述的技术方案可知，本实施例所解决的技术问题为通过上述功能的的智能燃气表终端主控制器，在其与外部数据接口进行数据交换的先期首先进行身份认证和数据加解密，从而配合燃气公司对终端的智能燃气表进行管理，以消除燃气公司运营中信息安全管理的风险。

参考图2所示，在本发明的另一实施例中，结合本领域中关于智能燃气表的已知技术，在上述智能燃气表中还应当设置机械计量装置与信号预处理电路，而机械计量装置上设有燃气输入口与燃气输出口，且其内部至少安装有机电阀与机电信号转换装置，其中机电信号转换装置通过信号预处理电路接入智能燃气表终端主控制器；机电阀则通过机电阀控制电路接入智能燃气表终端主控制器，智能燃气表终端主控制器通过机电阀控制电路控制机电阀的开关动作，即由机电阀控制电路构成智能燃气表中的阀控模块。

再参考图1所示，更进一步的，上述智能燃气表中还可设置显示电路、晶体振荡电路与程序下载口，所述显示电路、晶体振荡电路与程序下载口均接入上述智能燃气表终端主控制器，其中：所述智能燃气表终端主控制器通过显示电路接入液晶显示屏，其作用为将智能燃气表的各类数据信息在液晶显示屏上呈现，所呈现的信息例如剩余气量、开关阀状态等等；所述晶体振荡电路用于向智能燃气表终端主控器提供时钟信号，VCC与VSS两引脚为智能燃气表提供工作电源；而程序下载口的作用为将相关的程序由智能燃气表终端主控制器下载至FLASH存储器中，实时升级密钥程序，避免因密钥泄漏所带来的风险。

正如上述实施例所提到的，本发明除了信息安全管理功能以外，实质上是一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，其是以某种通信对象，依靠特定的传输介质，以售气管理系统为平台，以容积式机械计量技术为基础，通过电子计量技术、机电转换技术、阀控技术、数据处理技术、组合技术的有机结合，来实现电子计量、阀控、预收费、远控、上网和相关管理的燃气表；而显而易见的，前述提到的售气管理系统即为上述的外部数据来源端。

再参考图1所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，提供一种上述智能燃气表终端主控制器对外部数据来源端进行身份认证、数据校验及事务执行的具体方式，即当智能燃气表终端主控制器认证外部数据来源端的身份为合法时，则解密数据包并通过数据校验模块对数据的完整性进行校验，反之则通过复位电路复位初始状态；

数据完整性校验通过后，再通过数据校验模块对数据的有效性进行验证，反之则通过复位电路复位初始状态；

数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并针对预处理结果生成返回信息，将所述返回信息加密后通过外部数据接口返回给通信对象，当得到通信对象的有效确认后则将预处理结果予以认可且存储相关的操作信息，从而执行预处理结果中相应的操作；反之则放弃预处理结果或作缓存处理，具体为智能燃气表终端主控制器在预先设定的时间内没有收到通信对象的确认结果，例如在三分钟内未收到通信对象的确认信息，则复位初始状态；前述的缓存处理是指将预处理结果指令进行暂存，当智能燃气表终端主控制器再次被唤醒且收到通信对象的确认信息时，则以同样的方式执行预处理结果中相应的操作。

上述的技术方案中包含了本实施例中外部数据从外部数据来源端身份验证到外部数据中的事务被智能燃气表终端主控制器所执行的整个流程，通过上述流程的程序设置，进一步加强了智能燃气表对收到信息执行的安全性。而上述多次提到的智能燃气表终端主控制器复位初始状态，即为复位智能燃气表终端主控制器在执行上述任意一个操作之前的状态，例如智能燃气表终端主控制器在接收到外部数据进行身份验证之前的状态为休眠状态，当收到外部数据由休眠状态被唤醒，但对外部数据来源端的身份认证判断为非法时，智能燃气表终端主控制器则通过复位电路恢复休眠状态，不进行任何操作，其它步骤中处理器复位的情形也基本与前述相同；而复位电路在本发明中也可视为智能燃气表终端主控制器中的一个芯片虚拟模块；当验证失败时，智能燃气表终端主控制器可将操作记录予以储存，以便后续查看。

正如上述所提到的，外部数据来源端在实际应用中即为燃气公司组建的售气管理系统，并且由上述的显示电路与液晶显示屏，以及智能燃气表终端主控制器内部的显示驱动程序共同构成智能燃气表中的显示模块，显示模块被动受智能燃气表终端主控制器控制，由液晶显示屏显示相关的表端信息。

在本发明的另一实施例中，为实现通过不同权限对用户终端的智能燃气表进行管理，需在上述FLASH存储器内预置协议限制条件与多个不同的密钥程序，而上述的控制及文件管理程序可认为是协议限制条件与多个不同的密钥程序的总称，其作用为在智能燃气表分别与不同的外部数据来源端进行数据交换时，智能燃气表终端主控制器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证外部数据来源端的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件，通过数据校验模块验证数据在当前外部数据来源端身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

根据本发明的另一实施例，正如上述所提到的，为便于智能燃气表终端主控制器预处理结果的缓存，在智能燃气表中还可设置相对独立的EEPROM存储器，用于存储智能燃气表终端主控制器的相关操作信息，以及智能燃气表终端主控制器对外部数据中事务的预处理结果。而在FLASH存储器中还设置有可被智能燃气表终端主控制器利用的其它程序，例如使智能燃气表终端主控制器的相关操作信息一旦存储至EEPROM存储器中后，将不可被删除与修改，以便使智能燃气表的运行状态留下完整的记录。

另一方面，本实施例中所提到的FLASH存储器与EEPROM存储器可以是独立于智能燃气表终端主控制器的，也可以直接集成在智能燃气表终端主控制器中，通过具体的芯片划分设置来起到上述的存储功能。

参考图1所示，上述已经提到智能燃气表终端主控制器可对来自通信对象的数据进行加解密，在本发明另一实施例中，还可直接在智能燃气表中单独设置加密模块，该加密模块可以是独立的，也可以软件程序的形式储存在FLASH存储器中，其作用为对智能燃气表终端主控制器与外部数据来源端的数据交换进行多级加解密，并辅助智能燃气表终端主控制器从外部数据中获取外部数据来源端的数据加密密钥进行身份认证。参考现有技术中安全性较高的加密方式，优选采用AES（密码学中的高级加密标准，英文Advanced Encryption Standard的简称）或3DES（三重数据加密算法，英文Triple Data Encryption Algorithm）对由外部数据接口中往来的数据进行加解密。

根据上述加密模块在智能燃气表中存在的形态，本发明上述实施例中的数据校验模块也为相同的情形，即其可以是独立的，也可以软件程序的形式储存在FLASH存储器中。

更进一步的，在本发明的另一实施例中，上述智能燃气表终端主控制器为整个智能燃气表的核心部分，以此实现相关的控制、执行、复位等功能，执行相关的程序命令，协调各个功能模块之间有序、高效的工作。对于智能燃气表终端主控制器本身，可直接采用现有技术中可执行加密算法或带有现成加密算法的单片机或中央处理器。

同时基于上述实施例中所需的数据通信方式，发明人参考目前智能燃气表主流的数据传输形式，认为上述的通信对象可采用IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块等，采用IC卡、远程数据传输、物联网络等作为数据传输介质。而相应的，上述实施例中智能燃气表终端主控制器的外部数据接口最好与常规外部数据传输接口相匹配，例如USART接口、SPI接口或I2C接口等串行接口，以增加智能燃气表终端主控制器与通信对象的兼容性。

上述实施例中具有信息安全管理功能的智能燃气表实际应用中，与现有的智能燃气表无异。正如图1、图2所示出的，智能燃气表终端主控制器根据外部数据的操作指令，完成与通信对象的信息交换。智能燃气表终端主控制器通过机电阀控制电路实现机电阀开关动作，显示电路将机电阀状态、充值气量、剩余气量等等信息在液晶显示屏上呈现，机电信号转换装置将机械计数信号转换为电信号，通过信号预处理电路传输至智能燃气表终端主控制器中，智能燃气表终端主控制器将存储器中的气量值与通过计数模块接收到的用气量值作差值计算，并将气量余额在液晶显示屏中呈现，当用户表中充值的余额用尽时，智能燃气表终端主控制器通过机电阀控制电路控制机械计量装置中的机电阀，使其关断，进而停止供气，待用户成功充值后重新开启。

参考图3所示，使用具有信息安全管理功能的智能燃气表后，智能燃气表向外的所有通信数据都通过外部数据接口进行，由智能燃气表终端主控制器通过加密模块加解密后进行处理，而智能燃气表终端主控制器与外部进行数据交换的接口及内部程序是唯一的，因此售气管理系统（即上述外部数据来源端）可将智能燃气表终端主控制器视为终端，用以管理智能燃气表，即以一个售气管理系统兼容各种品牌、类型的智能燃气表进行集中管理，有效降低燃气公司对区域内不同品牌、类型燃气表整合管理的难度。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表中包括智能燃气表终端主控制器与FLASH存储器，所述智能燃气表终端主控制器通过外部数据接口接入通信对象；

所述外部数据接口用于执行智能燃气表终端主控制器与通信对象之间的唯一数据通信，在接收到来自于通信对象的外部数据时将其传输至智能燃气表终端主控制器；

所述FLASH存储器用于存储智能燃气表中供智能燃气表终端主控制器调用的控制及文件管理程序；

所述智能燃气表终端主控制器用于在接收到来自于外部数据接口的外部数据时，对外部数据的来源端进行身份认证，判断是否获取该外部数据中的加密数据包，当判断结果为合法时，则解密并根据数据包中包含的事务执行相应的表端操作，反之则通过复位电路复位初始状态。

2.根据权利要求1所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表终端主控制器还用于当认证外部数据来源端的身份为合法时，则解密数据包并通过数据校验模块对数据的完整性进行校验，反之则通过复位电路复位初始状态；

数据完整性校验通过后，通过数据校验模块对数据的有效性进行验证，反之则通过复位电路复位初始状态；

数据有效性验证通过后，对数据中包含的事务进行预处理，并针对预处理结果生成返回信息，将所述返回信息加密后通过外部数据接口返回给通信对象，当得到通信对象的有效确认后则将预处理结果予以认可且存储相关的操作信息，并执行预处理结果中相应的操作；反之则放弃预处理结果或作缓存处理。

3.根据权利要求1或2所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述FLASH存储器内预置有协议限制条件与多个不同的密钥程序，用于在智能燃气表分别与不同的外部数据来源端进行数据交换时，智能燃气表终端主控制器根据外部数据的加密密钥与FLASH存储器中预置的多个密钥程序相比较，从而认证外部数据来源端的身份，并在加密数据包解密及完整性校验通过后，根据协议限制条件，通过数据校验模块验证数据在当前外部数据来源端身份下的有效性，判断是否对数据中的事务进行预处理。

4.根据权利要求1或2所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表中还包括EEPROM存储器，用于存储智能燃气表终端主控制器的相关操作信息，以及智能燃气表终端主控制器对外部数据中事务的预处理结果。

5.根据权利要求1或2所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表终端主控制器为可执行加密算法的中央处理器或单片机；所述通信对象至少为IC卡信息交换模块、网络通信模块与总线通信模块当中的任意一种。

6.根据权利要求1或2所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述的外部数据接口至少为USART串行接口、SPI串行接口与I2C串行接口当中的任意一种。

7.根据权利要求1或2所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表中还包括加密模块，用于对智能燃气表终端主控制器与外部数据来源端的数据交换进行多级加解密，并辅助智能燃气表终端主控制器从外部数据中获取外部数据来源端的数据加密密钥进行身份认证。

8.根据权利要求7所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述的加密模块通过AES或3DES的方式进行数据加解密。

9.根据权利要求1所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表中还包括机械计量装置与信号预处理电路，所述机械计量装置中至少安装有机电阀与机电信号转换装置，所述机电信号转换装置通过信号预处理电路接入智能燃气表终端主控制器；所述机电阀通过机电阀控制电路接入智能燃气表终端主控制器。

10.根据权利要求1或9所述的具有信息安全管理功能的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表中还包括显示电路、晶体振荡电路与程序下载口，所述显示电路、晶体振荡电路与程序下载口均接入智能燃气表终端主控制器，其中：所述智能燃气表终端主控制器通过显示电路接入液晶显示屏，用于将智能燃气表的各类数据信息在液晶显示屏上呈现；所述晶体振荡电路用于向智能燃气表终端主控器提供时钟信号；所述程序下载口用于将相关的程序由智能燃气表终端主控制器下载至FLASH存储器中，实时升级密钥程序。

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