CN111865942A - 一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统 - Google Patents

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任晓东
汪连贺
边志刚
肖鸿飞
姜楠
曲萌
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Abstract

本发明公开了一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，包括一体化的机箱，机箱的内侧设有主电路板、键盘显示器、通讯控制管理单元和加密解密算法单元，主电路板上设有微处理器、主机接口、键盘显示器接口、数据存储器、多路数据通讯设备接口和电源控制芯片、电源变换器芯片，通讯控制管理单元和加密解密算法单元均与微处理器的输出端连接，通讯控制管理单元包括开机自检模块、系统参数管理模块、系统初始化模块和数据通讯控制模块，加密解密算法单元包括密钥处理模块、自加密算法模块、DES处理模块。本发明通过，能够实现系统中各站点观测数据到数据中心的加密传输，保障了观测数据传输的信息安全。

Description

一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统
技术领域
本发明涉及海洋水文气象观测技术领域，具体为一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统。
背景技术
海洋水文气象观测是影响国家综合国力竞争的重要因素，在维护海洋权益、保护海洋环境、预警海洋灾害、开发海洋资源等方面起着重要作用。观测活动通过由分布在各个观测站点的海洋水文气象观测系统配合实施。观测系统负责接收、存储、显示、处理和分析海洋水文气象数据，为观测活动的准确高效进行提供软件支撑。
现有的水文气象观测站点加装数据通讯设备，无法实现系统中各站点观测数据到数据中心的加密传输，保障不了观测数据传输的信息安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，包括一体化的机箱，所述机箱的内侧设有主电路板、键盘显示器、通讯控制管理单元和加密解密算法单元，所述主电路板上设有微处理器、主机接口、键盘显示器接口、数据存储器、多路数据通讯设备接口和电源控制芯片、电源变换器芯片，所述通讯控制管理单元和加密解密算法单元均与所述微处理器的输出端连接，所述通讯控制管理单元包括开机自检模块、系统参数管理模块、系统初始化模块和数据通讯控制模块，所述开机自检模块的输出端与所述系统参数管理模块的输入端连接，所述系统参数管理模块的输出端与所述系统初始化模块的输入端连接，所述系统初始化模块的输出端与所述数据通讯控制模块的输入端连接，所述加密解密算法单元包括密钥处理模块、自加密算法模块、DES处理模块，所述密钥处理模块的输出端与所述自加密算法模块的输入端连接，所述自加密算法模块的输出端与所述DES处理模块的输入端连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述系统参数管理模块包括参数读取子模块和参数存储子模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多路数据通讯设备接口为4G/5G模块、网络通讯模块、光通讯模块或北斗卫星通讯机的一种接口或多种接口。
作为本发明的一种优选技术方案，所述微处理器的型号为C8051F021。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电源控制芯片的型号为NTD25P03。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电源变换器芯片选用LM2594开关电源芯片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过一体化机箱、第一压缩缸、第一齿条、第二齿条、第二压缩缸和蓄水箱，系统启动后，开机自检模块自动对存储器芯片、串口扩展芯片等关键部件的功能进行检测，如果正常则自动进入按设置设定的工作状态；如果检测异常则告警提示；系统参数管理模块，该模块由参数读取子模块和参数存储子模块构成，用户可以通过人机交互界面小液晶屏和小键盘调用参数读写模块，实现管理参数的功能；系统初始化模块是系统按照设定的参数，对数据采集主机的接口和通讯设备的接口进行初始设计如设置通讯速率、启动设备加电等；数据通讯控制模块是指根据使用的设备类型如G、北斗卫星，并按照设备的类型发出相应的指令，实现数据传输；人机交互管理模块负责管理键盘输入和液晶显示，实现管理员对设备状态的监视和参数的管理；
加密解密算法单元包括密钥处理模块、自加密算法模块、DES处理模块，密钥处理模块的输出端与自加密算法模块的输入端连接，自加密算法模块的输出端与DES处理模块的输入端连接，首先读取加密存储在FLASH中的信息进行解密运算，取得管理员输入的密钥P，用此密钥根据一定的算法生成第一重加密的长密钥P1以及第二重加密的密钥P2,将需要加密的数据包内容AN个字符串，明文和长密钥P1进行特定自加密运算，执行自加密算法后，生成第一重加密后的密文A1，将第一重加密生成的密文A1与第二重加密的密钥P2进行DES加密运算，得到二重加密的密文A2，并对A2进行封装处理，获取最终的密文A3，A3就是在通讯网络中传输的加密报文，由接收端进行解密，数据解密过程是上述的逆过程，这里不再详述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的通讯控制管理流程图；
图3为本发明的数据加密实现流程图。
图中：1、机箱；2、主电路板；3、键盘显示器；4、电源变换器芯片；5、通讯控制管理单元；6、加密解密算法单元；7、微处理器；8、键盘显示器接口；9、数据存储器；10、多路数据通讯设备接口；11、电源控制芯片；12、开机自检模块；13、系统参数管理模块；14、系统初始化模块；15、数据通讯控制模块；16、密钥处理模块；17、自加密算法模块；18、DES处理模块；19、参数读取子模块；20、参数存储子模块；21、人机交互管理模块；22、主机接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，包括一体化的机箱1，所述机箱1的内侧设有主电路板2、键盘显示器3、通讯控制管理单元5和加密解密算法单元6，所述主电路板2上设有微处理器7、主机接口22、键盘显示器接口8、数据存储器9、多路数据通讯设备接口10和电源控制芯片11、电源变换器芯片4，所述通讯控制管理单元5和加密解密算法单元6均与所述微处理器7的输出端连接，所述通讯控制管理单元5包括开机自检模块12、系统参数管理模块13、系统初始化模块14、数据通讯控制模块15和人机交互管理模块21，所述开机自检模块12的输出端与所述系统参数管理模块13的输入端连接，所述系统参数管理模块13的输出端与所述系统初始化模块14的输入端连接，所述系统初始化模块14的输出端与所述数据通讯控制模块15的输入端连接，系统启动后，开机自检模块12自动对存储器芯片、串口扩展芯片等关键部件的功能进行检测，如果正常则自动进入按设置设定的工作状态；如果检测异常则告警提示；系统参数管理模块13，该模块由参数读取子模块19和参数存储子模块20构成，用户可以通过人机交互界面小液晶屏和小键盘调用参数读写模块，实现管理参数的功能；系统初始化模块14是系统按照设定的参数，对数据采集主机的接口和通讯设备的接口进行初始设计如设置通讯速率、启动设备加电等；数据通讯控制模块15是指根据使用的设备类型如4G、北斗卫星，并按照设备的类型发出相应的指令，实现数据传输；人机交互管理模块21负责管理键盘输入和液晶显示，实现管理员对设备状态的监视和参数的管理；
所述加密解密算法单元6包括密钥处理模块16、自加密算法模块17、DES处理模块18，所述密钥处理模块16的输出端与所述自加密算法模块17的输入端连接，所述自加密算法模块17的输出端与所述DES处理模块18的输入端连接，首先读取加密存储在FLASH中的信息进行解密运算，取得管理员输入的密钥P，用此密钥根据一定的算法生成第一重加密的长密钥P1以及第二重加密的密钥P2,将需要加密的数据包内容AN个字符串，明文和长密钥P1进行特定自加密运算，执行自加密算法后，生成第一重加密后的密文A1，将第一重加密生成的密文A1与第二重加密的密钥P2进行DES加密运算，得到二重加密的密文A2，并对A2进行封装处理，获取最终的密文A3，A3就是在通讯网络中传输的加密报文，由接收端进行解密，数据解密过程是上述的逆过程，这里不再详述。
本实施例中，优选的，所述系统参数管理模块13包括参数读取子模块19和参数存储子模块20，用户可以通过人机交互界面小液晶屏和小键盘调用参数读写模块，实现管理参数的功能。
本实施例中，优选的，所述多路数据通讯设备接口9为4G/5G模块、网络通讯模块、光通讯模块或北斗卫星通讯机的一种接口或多种接口。
本实施例中，优选的，所述微处理器7的型号为C8051F021。
本实施例中，优选的，所述电源控制芯片11的型号为NTD25P03。
本实施例中，优选的，所述电源变换器芯片4选用LM2594开关电源芯片。
本发明的工作原理及使用流程：使用时，通过主电路板2对实现对多个通讯设备的电源管理和数据传输控制；对键盘显示器3的电源管理和数据交互管理；对密钥的加密存储和维护管理；以及对来往数据进行加密算法和解密算法的处理；
键盘显示器3是人机接口的界面，支持各种状态的显示和管理指令的处理；系统启动后，开机自检模块12自动对存储器芯片、串口扩展芯片等关键部件的功能进行检测，如果正常则自动进入按设置设定的工作状态；如果检测异常则告警提示；系统参数管理模块13，该模块由参数读取子模块19和参数存储子模块20构成，用户可以通过人机交互界面小液晶屏和小键盘调用参数读写模块，实现管理参数的功能；系统初始化模块14是系统按照设定的参数，对数据采集主机的接口和通讯设备的接口进行初始设计如设置通讯速率、启动设备加电等；数据通讯控制模块15是指根据使用的设备类型如4G、北斗卫星，并按照设备的类型发出相应的指令，实现数据传输；人机交互管理模块21负责管理键盘输入和液晶显示，实现管理员对设备状态的监视和参数的管理；
加密解密算法单元6包括密钥处理模块16、自加密算法模块17、DES处理模块18，密钥处理模块16的输出端与自加密算法模块17的输入端连接，自加密算法模块17的输出端与DES处理模块18的输入端连接，首先读取加密存储在FLASH中的信息进行解密运算，取得管理员输入的密钥P，用此密钥根据一定的算法生成第一重加密的长密钥P1以及第二重加密的密钥P2,将需要加密的数据包内容AN个字符串，明文和长密钥P1进行特定自加密运算，执行自加密算法后，生成第一重加密后的密文A1，将第一重加密生成的密文A1与第二重加密的密钥P2进行DES加密运算，得到二重加密的密文A2，并对A2进行封装处理，获取最终的密文A3，A3就是在通讯网络中传输的加密报文，由接收端进行解密，数据解密过程是上述的逆过程，这里不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，包括一体化的机箱（1），其特征在于：所述机箱（1）的内侧设有主电路板（2）、键盘显示器（3）、通讯控制管理单元（5）和加密解密算法单元（6），所述主电路板（2）上设有微处理器（7）、主机接口（22）、键盘显示器接口（8）、数据存储器（9）、多路数据通讯设备接口（10）和电源控制芯片（11）、电源变换器芯片（4），所述通讯控制管理单元（5）和加密解密算法单元（6）均与所述微处理器（7）的输出端连接，所述通讯控制管理单元（5）包括开机自检模块（12）、系统参数管理模块（13）、系统初始化模块（14）和数据通讯控制模块（15），所述开机自检模块（12）的输出端与所述系统参数管理模块（13）的输入端连接，所述系统参数管理模块（13）的输出端与所述系统初始化模块（14）的输入端连接，所述系统初始化模块（14）的输出端与所述数据通讯控制模块（15）的输入端连接，所述加密解密算法单元（6）包括密钥处理模块（16）、自加密算法模块（17）、DES处理模块（18），所述密钥处理模块（16）的输出端与所述自加密算法模块（17）的输入端连接，所述自加密算法模块（17）的输出端与所述DES处理模块（18）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，其特征在于：所述系统参数管理模块（13）包括参数读取子模块（19）和参数存储子模块（20）。
3.根据权利要求1所述一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，其特征在于：所述通讯设备接口（9）为4G/5G模块、网络通讯模块、光通讯模块或北斗卫星通讯机的一种接口或多种接口。
4.根据权利要求1所述一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，其特征在于：所述微处理器（7）的型号为C8051F021。
5.根据权利要求1所述一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，其特征在于：所述电源控制芯片（11）的型号为NTD25P03。
6.根据权利要求1所述一种用于海洋水文气象观测系统的通讯数据加密设备及系统，其特征在于：所述电源变换器芯片（4）选用LM2594开关电源芯片。
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