CN104180881A - 一种防作弊高精度智能数字称重模块及其防作弊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防作弊高精度智能数字称重模块及其防作弊方法，数字称重模块包括信号放大电路、AD转换电路、微处理器、温度采集电路、通讯电路、电源电路和防浪涌电路；防作弊方法包括以下步骤：数据接收终端发送一组随机数给数字称重模块；数字称重模块将接收到的随机数与实际测量重量数据通过加密函数f(x)进行加密形成密文；数字称重模块将密文通过自定义的RS-485通讯协议发送给数据接收终端；数据接收终端接收到密文后用解密函数进行解密计算出实际测量重量数据。本发明可有效防止通过信号干扰、篡改数据等作弊方法改变重量信息，安全可靠，不易被篡改或窃取，提高了数据传输可靠性。

Description

一种防作弊高精度智能数字称重模块及其防作弊方法

技术领域

本发明涉及一种称重传感器，具体地说是一种防作弊高精度智能数字称重模块及其防作弊方法，属于重量计量技术领域。

背景技术

随着工业控制系统向数字化、智能化方向发展，近年来数字称重传感器被开发并已得到广泛应用。数字称重传感器是在弹性元件贴片、固化、后固化和布线组桥后，与数字称重模块连接，使称重传感器输出有格式、有规律的信号，并能实现远距离传输。稳定、安全、可靠是用户最关心的问题，然而在一些仪表和通讯线路中发现了一些作弊装置，说明目前数字称重传感器中应用的数字称重模块传输协议已经被破解。在称重传感器的实际应用中，由于工作环境温度变化太大引起的测量值漂移同样是个不可小觑的问题，在高精度测量中，给传感器附加硬件补偿措施很难达到精度要求并且人工成本较高。因此，研发一种可防作弊的高精度智能数字称重模块是亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种防作弊高精度智能数字称重模块及其防作弊方法，其不仅能够提高数据传输可靠性，而且具有防作弊功能。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种防作弊高精度智能数字称重模块，其特征是，包括信号放大电路、AD转换电路、微处理器、温度采集电路、通讯电路、电源电路和防浪涌电路，所述信号放大电路的输入端与称重传感器的输出端连接，输出端通过AD转换电路与微处理器连接，所述微处理器分别与温度采集电路、通讯电路和电源电路相连，所述防浪涌电路分别与信号放大电路和电源电路相连，所述微处理器通过通讯电路与数据接收端相连；所述微处理器内装载有加密软件，与加密软件对应的解密软件安装在数据接收端。

优选地，所述通讯电路包括RS-485通讯电路。

本发明还提供了一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，采用基于RS-485自定义的通讯协议，将加密算法固化在数字称重模块中，将解密算法安装在数据接收端；所述防作弊方法包括以下步骤：

数据接收终端发送一组随机数给数字称重模块；

数字称重模块将接收到的随机数与实际测量重量数据通过加密函数f(x)进行加密形成密文；

数字称重模块将密文通过自定义的RS-485通讯协议发送给数据接收终端；

数据接收终端接收到密文后用解密函数进行解密计算出实际测量重量数据。

优选地，所述自定义的RS-485通讯协议为：每一帧数据为4个字节，前3个字节为称重数据，最后1个字节为校验码。

优选地，所述加密函数f(x)如式1所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0。

优选地，所述解密函数如式2所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0。

进一步地，所述防作弊方法还包括温度补偿步骤，所述温度补偿步骤为通过温度采集电路获得称重传感器的实时工作温度，利用温度补偿函数补偿温度变化引起的称重传感器输出误差。

优选地，所述温度补偿函数如式3所示：

f(x,T)＝(f(x)+f(x₀,T))′f(T_i)   (3)

式中，i＝1…40，x为称重传感器的输入，T为实时温度,x₀为称重传感器零点的输入值，f(x₀,T)为称重传感器在实时温度T下的零点输出值，f(T_i)为称重传感器在[T_i-1,T_i]温度段下任意输入对应的补偿系数。

优选地，所述f(T_i)为通过采集[-20℃—+60℃]温度下称重传感器的零点到满量程共82个样本点的输出值进行计算的结果。

本发明的有益效果如下：本发明基于RS-485自定义的通讯协议，通过采用专用加密、解密算法来实现防作弊功能，可有效防止通过信号干扰、篡改数据等作弊方法改变重量信息，安全可靠，不易被篡改或窃取，提高了数据传输可靠性。本发明还通过温度补偿方法来减小温度变化引起的称重传感器的称重数据波动而导致输出值的误差，提高了称重数据的精度。

附图说明

图1为本发明所述称重模块的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种防作弊高精度智能数字称重模块，它包括信号放大电路、AD转换电路、微处理器、温度采集电路、RS-485通讯电路、电源电路和防浪涌电路，所述信号放大电路的输入端与称重传感器的输出端连接，输出端通过AD转换电路与微处理器连接，所述微处理器分别与温度采集电路、通讯电路和电源电路相连，所述防浪涌电路分别与信号放大电路和电源电路相连，所述微处理器通过RS-485通讯电路与数据接收端相连；所述微处理器内装载有加密软件，与加密软件对应的解密软件安装在数据接收端。本发明工作原理为：称重传感器信号经信号放大电路进行信号放大，然后由AD转换电路转成数字量再经微处理器进行处理，最后通过RS-485通讯电路将称重数据传输给数据接收端。防浪涌电路可以保证电源的可靠性。另外通过实时采集传感器工作环境温度，软件上补偿由于温度变化引起的重量信息变化。微处理器自带EEPROM可以保存基本参数，加密算法固化在微处理器中，形成可靠的加密措施，通过以上方法形成了一种防作弊高精度智能数字称重模块。

本发明的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，采用基于RS-485自定义的通讯协议，将加密算法固化在数字称重模块中，将解密算法安装在数据接收端；所述防作弊方法包括以下步骤：

(1)数据接收终端发送一组随机数给数字称重模块；

(2)数字称重模块将接收到的随机数与实际测量重量数据通过加密函数f(x)进行加密形成密文，所述加密函数f(x)如式1所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0；

(3)数字称重模块将密文通过自定义的RS-485通讯协议发送给数据接收终端，所述自定义的RS-485通讯协议为：每一帧数据为4个字节，前3个字节为称重数据，最后1个字节为校验码；

(4)数据接收终端接收到密文后用解密函数进行解密计算出实际测量重量数据，所述解密函数如式2所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0。

进一步地，由于温度的变化对称重传感器的输出有较大影响，本发明所述的防作弊方法还包括温度补偿步骤，所述温度补偿步骤为通过温度采集电路获得称重传感器的实时工作温度，利用温度补偿函数补偿温度变化引起的称重传感器输出误差。所述温度补偿函数如式3所示：

f(x,T)＝(f(x)+f(x₀,T))′f(T_i)   (3)

式中，i＝1…40，x为称重传感器的输入，T为实时温度,x₀为称重传感器零点的输入值，f(x₀,T)为称重传感器在实时温度T下的零点输出值，f(T_i)为称重传感器在[T_i-1,T_i]温度段下任意输入对应的补偿系数。其中，将称重传感器从零点到满量程共设置82个样本点，所述f(T_i)就是通过[-20℃—+60℃]温度下称重传感器的零点到满量程共82个样本点的输出值进行计算的结果，利用f(x,T)实现对任意温度点任意输入值时的误差补偿。

本发明硬件上采用专用单片机(微处理器)作为加密载体，将加密算法固化在此单片机中，采用随机数加权的自定义加密算法，具体如下：自定义的RS-485通讯协议中每一帧数据为4个字节，依次为称重数据3字节和校验码1字节。实际应用中，数据接收终端发送随机数给同一组数字称重模块，系统每次上电将发送不同的随机数。在每一个数字称重模块中随机数与原始数据通过数学函数f(x)进行加密形成密文，即使截取了重量信息也无法直接获取准确的重量信息，从而达到称重数据不被篡改或窃取的目的。经加密后的数据通过自定义485通讯协议进行传输，传输至数据接收终端进行相应的解密计算出实际测量重量数据。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防作弊高精度智能数字称重模块，其特征是，包括信号放大电路、AD转换电路、微处理器、温度采集电路、通讯电路、电源电路和防浪涌电路，所述信号放大电路的输入端与称重传感器的输出端连接，输出端通过AD转换电路与微处理器连接，所述微处理器分别与温度采集电路、通讯电路和电源电路相连，所述防浪涌电路分别与信号放大电路和电源电路相连，所述微处理器通过通讯电路与数据接收端相连；所述微处理器内装载有加密软件，与加密软件对应的解密软件安装在数据接收端。

2.根据权利要求1所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块，其特征是，所述通讯电路包括RS-485通讯电路。

3.一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，采用基于RS-485自定义的通讯协议，将加密算法固化在数字称重模块中，将解密算法安装在数据接收端；所述防作弊方法包括以下步骤：

数据接收终端发送一组随机数给数字称重模块；

数字称重模块将接收到的随机数与实际测量重量数据通过加密函数f(x)进行加密形成密文；

数字称重模块将密文通过自定义的RS-485通讯协议发送给数据接收终端；

数据接收终端接收到密文后用解密函数进行解密计算出实际测量重量数据。

4.根据权利要求3所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，所述自定义的RS-485通讯协议为：每一帧数据为4个字节，前3个字节为称重数据，最后1个字节为校验码。

5.根据权利要求3所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，所述加密函数f(x)如式1所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0。

6.根据权利要求5所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，所述解密函数如式2所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄是重量信息，k₁、k₂、k₃、k₄是系统产生的随机数，k＝k₁+k₂+k₃+k₄，且k≠0。

7.根据权利要求3至6任一项所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，还包括温度补偿步骤，所述温度补偿步骤为通过温度采集电路获得称重传感器的实时工作温度，利用温度补偿函数补偿温度变化引起的称重传感器输出误差。

8.根据权利要求7所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，所述温度补偿函数如式3所示：

f(x,T)＝(f(x)+f(x₀,T))′f(T_i)   (3)

式中，i＝1…40，x为称重传感器的输入，T为实时温度,x₀为称重传感器零点的输入值，f(x₀,T)为称重传感器在实时温度T下的零点输出值，f(T_i)为称重传感器在[T_i-1,T_i]温度段下任意输入对应的补偿系数。

9.根据权利要求8所述的一种防作弊高精度智能数字称重模块的防作弊方法，其特征是，所述f(T_i)为通过采集[-20℃—+60℃]温度下称重传感器的零点到满量程共82个样本点的输出值进行计算的结果。