CN112104329B

CN112104329B - 一种物联网数据安全信号校准系统

Info

Publication number: CN112104329B
Application number: CN202011002315.1A
Authority: CN
Inventors: 唐有钢
Original assignee: Shandong Weiping Information Security Evaluation Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Weiping Information Security Evaluation Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-09-22
Also published as: CN112104329A

Abstract

本发明公开了一种物联网数据安全信号校准系统，包括幅值检测电路、幅值比较电路、绝对值电路和幅度调理电路，幅值检测电路实时检测物联网FSK信号的载波幅值，幅值比较电路将物联网FSK信号幅值与标准幅值进行比较，当物联网FSK信号幅值不在标准幅值波动上限、下限范围内时输出电平信号，电平信号控制物联网FSK信号在幅度调理电路中的调理方式，绝对值电路对幅值比较电路输出的电平信号取绝对值，输出绝对值信号，绝对值信号控制幅度调理电路中的继电器E1的吸合状态，从而决定物联网FSK信号的幅度调理，对物联网FSK调制发射器输出端的信号幅度实时检测，实现信号幅度的自动校准。

Description

一种物联网数据安全信号校准系统

技术领域

本发明涉及数据安全技术领域，特别是涉及一种物联网数据安全信号校准系统。

背景技术

物联网数字信号在进行远距离无线传输时，须经调制发射器调制放大后才能发射至云服务器，调制方式常采用FSK数字调制方式，FSK调制，即频移键控调制是利用载波的频率变化来传递数字信息，它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术，因此它涉及多种载波频率，FSK调制后的信号还须进行信号放大，以推动信号发射，而在放大电路中常含有线性电抗元件，线性电抗元件对不同频率的载波具有不同的增益幅值，使得发射端输出信号发生幅度失真，间接影响接收端的解调结果，使数字信号不能得到传输安全保障。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种物联网数据安全信号校准系统，能够对物联网FSK调制发射器调制放大后的物联网FSK信号的幅度实时检测，且对物联网FSK信号信号自动校准。

其解决的技术方案是，包括物联网FSK调制发射器、物联网FSK信号幅度自动校准装置、天线发射器、云服务器，所述物联网FSK调制发射器将物联网数字信号调制放大，得到物联网FSK信号，物联网FSK信号经物联网FSK信号幅度自动校准装置进行幅度校准，幅度校准后信号通过天线发射器发射至云服务器，所述物联网FSK信号幅度自动校准装置包括幅值检测电路、幅值比较电路、绝对值电路、幅度调理电路；

所述幅值检测电路分两路采样物联网FSK调制发射器传来的物联网FSK信号，一路通过运放器AR1的同相输入端采样物联网FSK信号，对采样的物联网FSK信号进行实时幅值检测，并通过运放器AR2输出物联网FSK信号幅值至幅值比较电路，另一路通过频率传感器J1采样物联网FSK信号的频率，在频率变化瞬间将输出幅值清零，重新检测物联网FSK信号幅值，所述幅值比较电路将幅值检测电路输出的物联网FSK信号幅值与标准幅值波动上限、下限进行比较，所述标准幅值波动上限、下限根据物联网FSK调制发射器中放大电路的放大倍数人为设定，当物联网FSK信号幅值不在标准幅值波动上限、下限范围内时输出电平信号，电平信号后分两路传输，一路传输至绝对值电路，另一路传输至幅度调理电路，所述绝对值电路对电平信号取绝对值，输出绝对值信号至幅度调理电路的继电器E1的触点1，所述幅度调理电路接收物联网FSK调制发射器传来的物联网FSK信号，当幅值比较电路和绝对值电路无输出时，物联网FSK信号经继电器E1触点3接通触点4直接传输至天线发射器，当绝对值电路输出绝对值信号时，绝对值信号为高电平，继电器E1吸合，物联网FSK信号通过继电器E1触点3接通触点5先进行幅度调理，幅度调理后信号再传输至天线发射器。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.当物联网FSK信号的载波频率变化时，幅值检测电路将输出幅值清零，重新检测物联网FSK信号中频率变化后的载波幅值，实现对物联网FSK信号载波幅值的实时检测,以便幅值比较电路将不同频率的物联网FSK信号的载波幅值与标准幅值上限、下限进行比较。

2.幅值比较电路将物联网FSK信号幅值与标准幅值上限、下限进行比较，并输出三种不同的结果，即物联网FSK信号幅值大于标准幅值上限时，输出正电平信号；物联网FSK信号幅值小于标准幅值下限时，输出负电平信号；物联网FSK信号幅值在标准幅值上限、下限范围内时，不输出信号，以输出的这三种结果决定幅度调理电路是否进行调理及调理方式。

3.幅度调理电路根据继电器E1的工作状态决定是否对物联网FSK信号进行幅度调理，根据三极管Q3、三极管Q4的开关状态决定对物联网FSK信号进行幅度调理进行衰减调理还是放大调理，以达到物联网FSK信号自动校准的目的。

附图说明

图1为本发明的幅值检测电路原理图；

图2为本发明的幅值比较电路原理图；

图3为本发明的绝对值电路原理图；

图4为本发明的幅度调理电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

为了实时检测物联网FSK信号的载波幅值，采用幅值检测电路，分两路采样物联网FSK调制发射器传来的物联网FSK信号，一路通过运放器AR1的同相输入端采样物联网FSK信号，运用运放器AR1-AR2、二极管D1-D2、电容C1-C2、稳压二极管D3和电阻R1组成实时峰值检测电路对采样的物联网FSK信号进行实时峰值检测，当输入为物联网FSK信号的负半周时，二极管D2截止，物联网FSK信号无法经二极管D2继续输出；当输入为物联网FSK信号的正半周时，运放器AR1的输出与同相输入端信号一致，二极管D2导通，二极管D1截止，电容C1迅速充电至物联网FSK信号的峰值，且通过电阻R1给实时峰值检测电路提供负反馈，将电容C1的峰值电压加载到运放器AR1的反相输入端，当输入物联网FSK信号的正电压低于电容C1的峰值电压时，运放器AR1输出负电压，二极管D2截止，二极管D1导通并对运放器AR1提供负反馈，由于运放器AR2自身构成电压跟随器，输入阻抗很高，导致电容C1的放电时间常数很大，短期内放电极少，且物联网FSK信号的下一个正半周到来后，又对电容C1充电至峰值电压，因此能够实现实时检测物联网FSK信号的载波幅值的目的，物联网FSK信号幅值通过运放器AR2输出端输出，并经电容C2滤除交流成分、双向稳压二极管D3稳压后传输至幅值比较电路；

另一路选用型号为WBF124U01的频率传感器J1采样物联网FSK信号的频率，将物联网FSK信号的载波频率转化为对应的直流电流值，三极管Q2、电阻R4-R5组成共集放大电路对直流电流值进行放大，并通过三极管Q2的发射极输出，输出后经电感L1和电阻R3接在三极管Q1的基极，为了适应本电路的应用范围，电感L1设置为大感值电感，当物联网FSK信号的载波频率未变化时，电感L1在稳定电流下呈现出低阻抗状态，直流电流值通过电阻R3转化为高电平直流电压加载到三极管Q1的基极，三极管Q1处于截状态；当物联网FSK信号的载波频率变化时，直流电流值也随之变化，在电流变化瞬间电感L1呈现出高阻抗状态，经过电感L1后，微弱的直流电流值通过电阻R3转化为低电平直流电压加载到三极管Q1的基极，三极管Q1在电流变化瞬间导通，电容C1迅速经电阻R2放电，实时峰值检测电路将输出幅值清零，重新检测物联网FSK信号中频率变化后的载波幅值，以此实现实时检测物联网FSK信号的载波幅值；

所述幅值检测电路的具体结构，运放器AR1的同相输入端接物联网FSK调制发射器输出端口与幅度调理电路的输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R1的一端与二极管D1的阳极，运放器AR1的输出端接二极管D1的阴极与二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接电容C1、电阻R2的一端与运放器AR2的同相输入端，电容C1的另一端接地与三级管Q1的集电极，三级管Q1的发射极接电阻R2的另一端，三级管Q1的基极接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电感L1的一端，电感L1的另一端接三极管Q2的发射极与电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，三极管Q2的集电极接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电源+12V与选型为WBF124U01的频率传感器J1的引脚3，三极管Q2的基极接频率传感器J1的引脚2，频率传感器J1的引脚1接地，运放器AR2的反向输入端接运放器AR2的输出端、电阻R1的另一端、电容C2的正极、稳压二极管D3的阴极与幅值比较电路的输入端，电容C2的负极接地与稳压二极管D3的阳极。

为了控制幅度调理状态，采用幅值比较电路接收幅值检测电路传来的物联网FSK信号幅值，并运用运放器AR3-AR4、二极管D4-D5将物联网FSK信号幅值与标准幅值波动上限、下限进行比较，输出对应结果，标准幅值波动上限、下限是根据物联网FSK调制发射器中放大电路的放大倍数人为设定的，当物联网FSK信号幅值大于标准幅值波动上限时，运放器AR3输出正电平信号，二极管D4导通，运放器AR4输出正电平信号，二极管D4截止，故经电阻R6输出正电平信号，当物联网FSK信号幅值小于标准幅值波动下限时，运放器AR3输出负电平信号，二极管D4截止，运放器AR4输出负电平信号，二极管D4导通，故经电阻R6输出负电平信号，当物联网FSK信号幅值在标准幅值波动上限、下限范围内，即小于标准幅值波动上限、大于标准幅值波动下限时，运放器AR3输出负电平信号，二极管D4截止，运放器AR4输出正电平信号，二极管D4截止，故无信号输出；将正电平信号与负电平信号统称为电平信号，幅值比较电路输出电平信号后，一路传输至绝对值电路，另一路传输至幅度调理电路作为三极管Q3、Q4开关状态的控制信号，以控制幅度调理电路的幅度调理状态；其中波动上限、下限存在的意义是当物联网FSK信号幅值被干扰而发生波动时，防止幅值比较电路出现幅值误判状况，因为运放器AR3、AR4为开环工作状态，放大倍数较高，所以幅值比较电路输出电平信号的数值较大，电阻R6为限流电阻，起限流作用，双向稳压二极管D6起稳压作用；

所述幅值比较电路的具体结构，运放器AR3的反相输入端接标准幅值波动上限，运放器AR3的同相输入端接运放器AR4的同相输入端与幅值检测电路的输出端，运放器AR4的反相输入端接标准幅值波动下限，运放器AR3的输出端接二极管D4的阳极，运放器AR4的输出端接二极管D5的阴极，二极管D4的阴极接二极管D5的阳极与电阻R6的一端，电阻R6的另一端接双向稳压二极管D6的一端、绝对值电路的输入端与幅度调理电路中电阻R10、电阻R14的一端，双向稳压二极管D6的另一端接地。

为了控制继电器状态，采用绝对值电路，当幅值比较电路有电平信号输出时，通过运放器AR5的反相输入端接收幅值比较电路传来的电平信号，当电平信号为正电平信号时，运放器AR5输出为负电平信号，二极管D7截止，此时运放器AR5、二极管D7在电路中处于断开状态，正电平信号直接经电阻R7、R8输出，即绝对值电路输出绝对值信号为正；当电平信号为负电平信号时，运放器AR5输出为正电平信号，二极管D7导通，绝对值电路输出绝对值信号为正，故只要幅值比较电路有电平信号输出，即物联网FSK信号的幅值不在标准幅值波动上限、下限范围内，绝对值电路就输出正向的绝对值信号，且因幅值比较电路输出的电平信号数值较大，所以绝对值信号为正向高电平，输出绝对值信号至幅度调理电路的继电器E1的触点1，以控制继电器E1的工作状态；其中R7与R8阻值相等，使运放器AR5的比例系数为-1；

所述绝对值电路的具体结构，运放器AR5的同相输入端接地，运放器AR5的反相输入端接电阻R7的一端与电阻R8的一端，电阻R7的另一端接幅值比较电路的输出端与幅度调理电路中电阻R10、电阻R14的一端，运放器AR5的输出端接二极管D7的阳极，二极管D7的阴极接电阻R8的另一端与幅度调理电路中继电器E1的触点1。

为了校准物联网FSK信号的幅度，采用幅度调理电路，当幅值比较电路和绝对值电路无信号输出时，物联网FSK调制发射器直接将其调制放大后的物联网FSK信号通过继电器E1的触点3接通触点4传输至天线发射器；

当绝对值电路输出正向高电平的绝对值信号，即物联网FSK信号的幅值不在标准幅值波动上限、下限范围内时，继电器E1吸合，物联网FSK信号通过继电器E1触点3接通触点5进行幅度调理，当幅值比较电路输出正电平信号，即物联网FSK信号的幅值大于标准幅值波动上限时，正电平信号使三极管Q4截止，三极管Q3导通，物联网FSK信号从三极管Q3的集电极经电容C3传输至运放器AR6、电阻R12-R13组成的衰减电路，衰减电路运用电阻R12与电阻R13的分压作用来衰减物联网FSK信号的幅度，其比例系数为

运放器AR6自身构成电压跟随器，起缓冲作用，衰减调理后的信号传输至天线发射器；当幅值比较电路输出负电平信号，即物联网FSK信号的幅值小于标准幅值波动下限时，负电平信号使三极管Q3截止，三极管Q4导通，物联网FSK信号从三极管Q4的发射极经电容C4传输至运放器AR7、电阻R16-R18组成的同相比例放大电路，其比例系数为

放大后的信号传输至天线发射器；其中电容C3-C4是耦合电容，起阻容耦合的作用，电阻R10、电阻R14为限流电阻，分别防止三极管Q3、三极管Q4因加载电流过大而损坏，电阻R11、电阻R15为偏置电阻，为基极提供电压，电阻R16为平衡电阻，调节失调电流，稳定运放器AR7的输入；

因此，当物联网FSK信号的幅值在标准幅值波动上限、下限范围内时，物联网FSK信号直接通过继电器E1的触点3接通触点4输出至天线发射器，当物联网FSK信号的幅值大于标准幅值波动上限时，物联网FSK信号须进行衰减调理后才能输出至天线发射器，当物联网FSK信号的幅值小于标准幅值波动下限时，物联网FSK信号须进行放大调理后才能输出至天线发射器，以此实现对物联网FSK信号幅度的自动校准；

所述幅度调理电路的具体结构，继电器E1的触点1接绝对值电路的输出端，继电器E1的触点2接地，继电器E1的触点3接物联网FSK调制发射器输出端口与幅值检测电路的输入端，继电器E1的触点4接电阻R9的一端，继电器E1的触点5接三极管Q3的集电极、三极管Q4的发射极与电阻R15的一端，三极管Q3的基极接电阻R10的另一端与电阻R11的一端，电阻R10的一端接电阻R14的一端与幅值比较电路的输出端、绝对值比较电路的输入端，三极管Q3的发射极接电阻R11的另一端与电容C3的一端，电容C3的另一端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R13的一端与运放器AR6的同相输入端，电阻R13的另一端接地，运放器AR6的反相输入端接运放器AR6的输出端、运放器AR7的输出端、电阻R18的一端、电阻R9的另一端与天线发射器输入端口，三极管Q4的基极接电阻R14、电阻R15的另一端，三极管Q4的集电极接电容C4的一端，电容C4的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接运放器AR7的同相输入端，运放器AR7的反相输入端接电阻R17的一端与电阻R18的另一端，电阻R17的另一端接地。

本发明具体使用时，幅值检测电路分两路采样物联网FSK调制发射器传来的物联网FSK信号，一路通过运放器AR1的同相输入端采样物联网FSK信号，运用运放器AR1-AR2、二极管D1-D2、电容C1-C2、稳压二极管D3和电阻R1组成实时峰值检测电路对采样的物联网FSK信号进行实时峰值检测，利用电容充放电的原理反复取物联网FSK信号的峰值，以实现实时检测物联网FSK信号的幅值，再经电容C2滤除交流成分、双向稳压二极管D3稳压后将物联网FSK信号幅值传输至幅值比较电路，另一路选用型号WBF124U01的频率传感器J1采样物联网FSK信号的频率，将物联网FSK信号的载波频率转化为对应的直流电流值，运用三极管Q2、电阻R4-R5组成共集放大电路对直流电流值进行放大，利用电感L1在稳定电流下呈低阻抗状态，在电流变化瞬间呈高阻抗状态的原理，在频率变化瞬间导通三极管Q1，电容C1迅速经电阻R2放电，幅值检测电路将输出幅值清零，重新检测物联网FSK信号中频率变化后的载波幅值，以此实现实时检测物联网FSK信号载波的幅值；幅值比较电路将幅值检测电路输出的物联网FSK信号幅值与标准幅值波动上限、下限进行比较，并输出比较结果，当物联网FSK信号幅值大于标准幅值波动上限时，输出正电平信号，当物联网FSK信号幅值小于标准幅值波动下限时，输出负电平信号，当物联网FSK信号幅值在标准幅值波动上限、下限范围内时，不输出信号，输出时电平信号分两路传输，一路传输至绝对值电路，另一路传输至幅度调理电路；绝对值电路对电平信号取绝对值，只要幅值比较电路有电平信号输出，绝对值电路就输出正向的绝对值信号，且因幅值比较电路输出的电平信号数值较大，所以绝对值信号为正向高电平，输出绝对值信号至幅度调理电路的继电器E1的触点1，以控制继电器E1的工作状态；当幅值比较电路和绝对值电路无输出时，物联网FSK调制发射器直接将物联网FSK信号通过幅度调理电路中继电器E1的触点3接通触点4传输至天线发射器，当绝对值电路输出正向高电平的绝对值信号时，继电器E1吸合，物联网FSK信号通过继电器E1触点3接通触点5进行幅度调理，在幅值比较电路输出正电平信号时导通三极管Q3，物联网FSK信号从三极管Q3的集电极经电容C3传输至运放器AR6、电阻R12、R13组成的衰减电路，衰减电路运用电阻R12与电阻R13的分压作用来衰减物联网FSK信号的幅度，运放器AR6自身构成电压跟随器，起缓冲作用，在幅值比较电路输出负电平信号时导通三极管Q4，物联网FSK信号从三极管Q4的发射极经电容C4传输至运放器AR7、电阻R16-R18组成的同相比例放大电路，对物联网FSK信号的幅度进行放大，幅度调理后的信号传输至天线发射器。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种物联网数据安全信号校准系统，包括物联网FSK调制发射器、物联网FSK信号幅度自动校准模块、天线发射器、云服务器，其特征在于，所述物联网FSK调制发射器将物联网数字信号调制放大，得到物联网FSK信号，物联网FSK信号经物联网FSK信号幅度自动校准模块进行幅度校准，幅度校准后信号通过天线发射器发射至云服务器，所述物联网FSK信号幅度自动校准模块包括幅值检测电路、幅值比较电路、绝对值电路、幅度调理电路；

2.如权利要求1所述一种物联网数据安全信号校准系统，其特征在于，所述幅值检测电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端接物联网FSK调制发射器输出端口与幅度调理电路的输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R1的一端与二极管D1的阳极，运放器AR1的输出端接二极管D1的阴极与二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接电容C1、电阻R2的一端与运放器AR2的同相输入端，电容C1的另一端接地与三级管Q1的集电极，三级管Q1的发射极接电阻R2的另一端，三级管Q1的基极接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电感L1的一端，电感L1的另一端接三极管Q2的发射极与电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，三极管Q2的集电极接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电源+12V与选型为WBF124U01的频率传感器J1的引脚3，三极管Q2的基极接频率传感器J1的引脚2，频率传感器J1的引脚1接地，运放器AR2的反向输入端接运放器AR2的输出端、电阻R1的另一端、电容C2的正极、稳压二极管D3的阴极与幅值比较电路的输入端，电容C2的负极接地与稳压二极管D3的阳极。

3.如权利要求1所述一种物联网数据安全信号校准系统，其特征在于，所述幅值比较电路包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端接标准幅值波动上限，运放器AR3的同相输入端接运放器AR4的同相输入端与幅值检测电路的输出端，运放器AR4的反相输入端接标准幅值波动下限，运放器AR3的输出端接二极管D4的阳极，运放器AR4的输出端接二极管D5的阴极，二极管D4的阴极接二极管D5的阳极与电阻R6的一端，电阻R6的另一端接双向稳压二极管D6的一端、绝对值电路的输入端与幅度调理电路中电阻R10、电阻R14的一端，双向稳压二极管D6的另一端接地。

4.如权利要求1所述一种物联网数据安全信号校准系统，其特征在于，所述绝对值电路包括运放器AR5，运放器AR5的同相输入端接地，运放器AR5的反相输入端接电阻R7的一端与电阻R8的一端，电阻R7的另一端接幅值比较电路的输出端与幅度调理电路中电阻R10、电阻R14的一端，运放器AR5的输出端接二极管D7的阳极，二极管D7的阴极接电阻R8的另一端与幅度调理电路中继电器E1的触点1。

5.如权利要求1所述一种物联网数据安全信号校准系统，其特征在于，所述幅度调理电路包括继电器E1，继电器E1的触点1接绝对值电路的输出端，继电器E1的触点2接地，继电器E1的触点3接物联网FSK调制发射器输出端口与幅值检测电路的输入端，继电器E1的触点4接电阻R9的一端，继电器E1的触点5接三极管Q3的集电极、三极管Q4的发射极与电阻R15的一端，三极管Q3的基极接电阻R10的另一端与电阻R11的一端，电阻R10的一端接电阻R14的一端与幅值比较电路的输出端、绝对值比较电路的输入端，三极管Q3的发射极接电阻R11的另一端与电容C3的一端，电容C3的另一端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R13的一端与运放器AR6的同相输入端，电阻R13的另一端接地，运放器AR6的反相输入端接运放器AR6的输出端、运放器AR7的输出端、电阻R18的一端、电阻R9的另一端与天线发射器输入端口，三极管Q4的基极接电阻R14、电阻R15的另一端，三极管Q4的集电极接电容C4的一端，电容C4的另一端接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接运放器AR7的同相输入端，运放器AR7的反相输入端接电阻R17的一端与电阻R18的另一端，电阻R17的另一端接地。