CN114064354A - 双接口独立备份数据存储模块和电子仪表解析处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双接口独立备份数据存储模块和电子仪表解析处理方法，是一种低成本且可处于无源状态的双接口独立备份数据存储模块，用于记录智能电子计量仪表的贸易结算用的过程数据，当智能电子计量仪表的LCD无显示时，可利用智能终端的NFC无线电磁场给双接口独立备份数据存储模块供电，获取备份的关键数据，并通过获得的历史用量数据与最后记录时间，在仪表使用现场与客户就贸易结算用量达成共识，免除不必要的猜忌与质疑，保障公平结算交易。

Description

双接口独立备份数据存储模块和电子仪表解析处理方法

技术领域

本发明涉及智能电子仪表技术领域，特别是涉及一种双接口独立备份数据存储模块和电子仪表解析处理方法。

背景技术

现代生活中有大量用于贸易结算的智能电子计量仪表，如全电子水表与燃气表等，受产品设计工艺、生产技术、以及使用环境影响，其中有一定数量的智能电子计量仪表会出现故障或亏电，导致仪表LCD显示单元无显示，这种情况下如果将智能仪表返回厂家或带回管理单位恢复数据，将引发客户的不信任，甚至质疑数据可能被篡改。所以有必要提供一种能够在智能电子计量仪表出现故障或者亏电无法显示读数时当场读取计量数据的技术方案。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种双接口独立备份数据存储模块和电子仪表解析处理方法，双接口独立备份数据存储模块可处于无源状态的，用于记录智能电子计量仪表的运行关键数据，当智能电子计量仪表损坏时，利用智能手机的NFC读数功能在现场重现关键数据。

为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种双接口独立备份数据存储模块，可处于无源状态，包括微处理器、EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元和无线线圈，所述微处理器分别与EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元连接，所述无线接口单元与所述无线线圈连接，所述微处理器通过串行读写接口获取数据并定时保存至EEPROM存储器中，所述串行读写接口包括I/O数据引脚、CLK时钟引脚、Vcc电源接口和GND接地引脚，若Vcc电源接口停止向串行读写接口供电，则所述无线线圈检测是否存在外部电磁，通过吸收外部电磁以实现无线充电，所述微处理器从EEPROM存储器读取数据，通过所述无线接口单元向外发射。

优选的，还包括加解密处理器，所述加解密处理器与所述微处理器连接。

优选的，还包括与所述微处理器连接的ROMA、ROMB和COSROM。

优选的，所述无线接口单元为13.56MHZ的RF无线通信接口，所述无线线圈为13.56MHZ的RF线圈。

一种电子仪表解析处理方法，具体包括以下步骤：

S1，电子仪表连接双接口独立备份数据存储模块，所述电子仪表按约定格式分类存储计量数据，所述双接口独立备份数据存储模块内置CPU，用于调度管理EEPROM存储器的读写控制和数据存储，所述电子仪表将指定格式的计量数据传输给所述双接口独立备份数据存储模块，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理；

S2，若电子仪表无法显示计量数据，则通过带有NFC功能的智能终端为所述双接口独立备份数据存储模块无线供电，读取并显示计量数据。

优选的，还包括以下步骤：

S3，所述智能终端根据计量数据和历史缴费记录计算得到贸易结算数据。

优选的，步骤S1中所述电子仪器按约定格式分类存储计量数据中约定格式包括日冻结数据块和月冻结数据块，所述日冻结数据块用于存储设定天数的贸易结算数据值，最高位的首字节指向最后一次记录的数值序号，数据区记录的是日期；其余每组首次节表示与最后记录日期的间隔天数，数据区记录的是用量数值；

所述月冻结数据块用于存储设定月份数的用量数据值。

优选的，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理具体包括以下步骤：

1)接收数据：通过双接口独立备份数据存储模块的串行读写接口接收计量数据；一天只能存储一组数据，当天后传入的数据覆盖先传入的数据，数据包括日期和用量数据；

2)计算相间日长：计算前一次存储数据的日期距离当前日期的间隔天数，改写第一数据块区中对应的记录；

3)置位当前数据：读取第一数据块区中最高位的数据，获取第一字节索引值，改写其指向的数据值，更新最高位的数据值；

4)设置月冻结数据：分解出日期中的月份并将用量数值写入第二数据块区所对应的月份序列中。

本发明的有益效果在于：发明一种低成本，且可处于无源状态的双接口独立备份数据存储模块，用于记录智能电子计量仪表的贸易结算用的过程数据，当智能电子计量仪表的LCD无显示时，可利用智能终端的NFC无线电磁场给双接口独立备份数据存储模块供电，获取备份的关键数据，并通过获得的历史用量数据与最后记录时间，在仪表使用现场与客户就贸易结算用量达成共识，免除不必要的猜忌与质疑，保障公平结算交易。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明双接口独立备份数据存储模块的结构示意图；

图2是本发明一种电子仪表解析处理方法的流程图；

图3是电子仪表备份数据与故障处理过程示意图；

图4是电子仪表关键数据处理流程。

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作出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出了一种双接口独立备份数据存储模块，可处于无源状态，包括微处理器、EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元和无线线圈，所述微处理器分别与EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元连接，所述无线接口单元与所述无线线圈连接，所述微处理器通过串行读写接口获取数据并定时保存至EEPROM存储器中，所述串行读写接口包括I/O数据引脚、CLK时钟引脚、Vcc电源接口和GND接地引脚，若Vcc电源接口停止向串行读写接口供电，则所述无线线圈检测是否存在外部电磁，通过吸收外部电磁以实现无线充电，所述微处理器从EEPROM存储器读取数据，通过所述无线接口单元向外发射。

无源状态无源是指双接口独立备份数据存储模块在没有供电的情况下，仍然可以与外部接口通信。本专利的模块设计为双接口，其中一个为13.56MHZ的无线通信接口。NFC(Near FieldCommunication)也是采用13.56MHZ的无线通信，两个设备间可以通过感应线圈耦合，智能终端NFC辐射出的电磁能被专利模块的感应线圈吸收，进而给双接口独立备份数据存储模块供电，达到无源通信的目标。

优选的，还包括加解密处理器，所述加解密处理器与所述微处理器连接。加解密处理器可以对存储的计量数据进行加密，将加密后的计量数据传输给带NFC的手机，带NFC的手机接收数据后需要对数据进行解密后才能显示数据，防止数据被无关人员获取。

优选的，还包括与所述微处理器连接的ROMA、ROMB和COSROM。

优选的，所述无线接口单元为13.56MHZ的RF无线通信接口，所述无线线圈为13.56MHZ的RF线圈。智能电子计量仪表定时将关键数据保存至EEPROM中。双接口独立备份数据存储模块采用双通信接口设计，智能电子计量仪表与双接口独立备份数据存储模块采用电气连接通信，智能手机NFC与双接口独立备份数据存储模块采用13.56MHZ的无线载波通信。

如图2和图3所示，本发明还提出了一种电子仪表解析处理方法，电子仪表即为智能电子计量仪表，具体包括以下步骤：

S1，电子仪表连接双接口独立备份数据存储模块，所述电子仪表按约定格式分类存储计量数据，所述双接口独立备份数据存储模块内置CPU，用于调度管理EEPROM存储器的读写控制和数据存储，所述电子仪表将指定格式的计量数据传输给所述双接口独立备份数据存储模块，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理；

电子仪表关键数据按约定格式分类存储，且符合最多的存储数许可，多余的数据按先进先出的原则自动抛弃。有线串行通信许可对数据存储模块进行读写操作。无线载波通信只许可读取数据，不许可新增或改写数据，以防破坏备份数据现场。

一般数据模块的EEPROM的读写是由其主控电路中的MCU控制的，本专利的模块内置有一个CPU，用于调度管理这个EEPROM的读写控制与数据存储格式，外围接口只需将新数据按照约定的格式传入即可，不必管理存储地址与存储空间整理，由其内置程序自主完成，这一点和常见的EEPROM读写操作区别较大。

S2，若电子仪表无法显示计量数据，则通过带有NFC功能的智能终端为所述双接口独立备份数据存储模块无线供电，读取并显示计量数据。

优选的，还包括以下步骤：

S3，所述智能终端根据计量数据和历史缴费记录计算得到贸易结算数据。

优选的，步骤S1中所述电子仪器按约定格式分类存储计量数据中约定格式包括日冻结数据块和月冻结数据块，所述日冻结数据块用于存储设定天数的贸易结算数据值，最高位的首字节指向最后一次记录的数值序号，数据区记录的是日期；其余每组首次节表示与最后记录日期的间隔天数，数据区记录的是用量数值；日冻结数据块的举例如表1所示。

表1.日冻结数据块说明

所述月冻结数据块用于存储设定月份数的用量数据值，其举例如表2所示。

表2.月冻结数据块说明

如图4所示，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理具体包括以下步骤：

1)接收数据：通过双接口独立备份数据存储模块的串行读写接口接收计量数据；一天只能存储一组数据，当天后传入的数据覆盖先传入的数据，数据包括日期(iDate)和用量数据(iValue)；

2)计算相间日长：计算前一次存储数据的日期距离当前日期的间隔天数(n)，改写第一数据块区中对应的记录，即改写DBlock1所有Interval<>0的记录，Interval＝Interval+n；

3)置位当前数据：读取第一数据块区中最高位的数据，获取第一字节索引值，改写其指向的数据值，更新最高位的数据值；读取DBlock1的第62序列数据，取第一字节Pointer索引值，改写Pointer＝(Pointer+1)Mod61指向的数据值，使Interval＝0,Value＝iValue。改写第62序列数据Pointer＝Pointer+1,Date＝iDate。

4)设置月冻结数据：分解出日期iDate中的月份并将用量数值iValue写入第二数据块区DBlock2所对应的月份序列中。

具体的，双接口独立备份数据存储模块的加解密处理器采用基于身份的非对称密钥体制，智能终端安装有电子仪表数据解析处理的APP，并与服务器进行数据连接。服务器的加密机制也是基于身份的非对称密钥体制，加解密处理器采用电子仪表的安装地址、编码、序号作为身份信息ID和公钥，服务器通过公开参数和身份信息生成加解密处理器的私钥，可在电子仪表上安装双接口独立备份数据存储模块之前将私钥和基于身份的非对称加密算法烧录进加解密处理器中。

服务器生成私钥具备包括以下步骤：

1)服务器产生两个素数q阶的GDH群(G₁，+)、(G₂，·)和双线性对e：G₁×G₂，随机选择生成元P∈G₁；随机选择主密钥s∈Z^* _q，计算得到服务器的公钥P_pub＝sP；使用一个强哈希函数H₁：{0，1}^*→G₁，将加解密处理器的身份信息映射成G₁中的元素，定义Hash函数H₂：{0，1}ⁿ→G₂，n为明文字节数，获得公开参数PARAMS＝<q，G₁，G₂，e，n，P，P_pub，H₁，H₂>。

2)服务器通过主密钥和身份信息生成加解密处理器的私钥S＝sH₁(ID)。

带有NFC的智能终端读取双接口独立备份数据存储模块内部数据具体包括以下步骤：

(1)，带有NFC智能终端为双接口独立备份数据存储模块供电，双接口独立备份数据存储模块收到无线供电后，CPU从EEPROM存储器中获取计量数据，发送给加解密处理器进行加密，加解密处理器对CPU传输的计量数据使用公钥ID进行加密，得到密文

其中M为计量数据，r为Z^* _q中的随机数；

(2)使用私钥对密文签名Sig＝SH₁(C)；该步骤为可选步骤，若加解密处理器对密文进行签名，可以进一步确定该双接口独立备份数据存储模块的身份准确性。

(3)加解密处理器将处理后的计量数据CS_ig发送给CPU，CPU通过无线接口单元发送计量数据给带NFC的智能终端；

(4)智能终端接收到加密后的计量数据后，通过安全元件SE向服务器发送数据解密请求，并将密文传输给服务器；

(5)服务器通过公开参数验证密文的签名，即计算e(S_ig，P)＝e(H₁(C)，P_pub)是否成立，若成立则接受签名并执行下一步，否则返回错误提示给智能终端；若步骤(2)省略，则该步骤也省略；

(6)服务器通过生成加解密处理器的私钥或者存储的私钥对密文进行解密

将解密后的计量数据发送至智能终端进行显示。

本发明的优点在于：

当前智能电子计量仪表的数据也存储在主电路板的EEPROM中，当电子计量仪表故障损坏或供电电池亏电，导致LCD无数据显示时，电子计量仪表管理单位只得将仪表带离现场处理或返至生产厂商维修，以求获得电子计量仪表的记录数据。这种工作方式管理单位不满意，客户不信任，常引来客户的质疑，甚至引发与客户的贸易结算纠纷，是智能电子计量仪表设计管理中的一个痛点问题。

本专利是一种完全独立于电子计量仪表电路的无源数据存储模块，在电子计量仪表正常工作时可定时通过直连电气接口将关键数据备份至EEPROM中，当电子计量仪表损坏时，在现场通过智能手机NFC将备份数据从存储模块中读取显示出来，获得客户的认同与信任。这种基于双接口IC卡原理的数据存储模块成本较低，有较好的使用推广价值。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求书范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种双接口独立备份数据存储模块，可处于无源状态，其特征在于，包括微处理器、EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元和无线线圈，所述微处理器分别与EEPROM存储器、内存储器、检测和接口管理单元、串行读写接口、无线接口单元连接，所述无线接口单元与所述无线线圈连接，所述微处理器通过串行读写接口获取数据并定时保存至EEPROM存储器中，所述串行读写接口包括I/O数据引脚、CLK时钟引脚、Vcc电源接口和GND接地引脚，若Vcc电源接口停止向串行读写接口供电，则所述无线线圈检测是否存在外部电磁，通过吸收外部电磁以实现无线充电，所述微处理器从EEPROM存储器读取数据，通过所述无线接口单元向外发射。

2.根据权利要求1所述的双接口独立备份数据存储模块，其特征在于，还包括加解密处理器，所述加解密处理器与所述微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的双接口独立备份数据存储模块，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的ROMA、ROM B和COS ROM。

4.根据权利要求1所述的双接口独立备份数据存储模块，其特征在于，所述无线接口单元为13.56MHZ的RF无线通信接口，所述无线线圈为13.56MHZ的RF线圈。

5.一种电子仪表解析处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，电子仪表连接双接口独立备份数据存储模块，所述电子仪表按约定格式分类存储计量数据，所述双接口独立备份数据存储模块内置CPU，用于调度管理EEPROM存储器的读写控制和数据存储，所述电子仪表将指定格式的计量数据传输给所述双接口独立备份数据存储模块，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理；

S2，若电子仪表无法显示计量数据，则通过带有NFC功能的智能终端为所述双接口独立备份数据存储模块无线供电，读取并显示计量数据。

6.根据权利要求5所述的电子仪表解析处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S3，所述智能终端根据计量数据和历史缴费记录计算得到贸易结算数据。

7.根据权利要求5所述的电子仪表解析处理方法，其特征在于，步骤S1中所述电子仪器按约定格式分类存储计量数据中约定格式包括日冻结数据块和月冻结数据块，所述日冻结数据块用于存储设定天数的贸易结算数据值，最高位的首字节指向最后一次记录的数值序号，数据区记录的是日期；其余每组首次节表示与最后记录日期的间隔天数，数据区记录的是用量数值；

所述月冻结数据块用于存储设定月份数的用量数据值。

8.根据权利要求6所述的电子仪表解析处理方法，其特征在于，所述双接口独立备份数据存储模块通过CPU自主执行存储地址管理和存储空间整理具体包括以下步骤：

1)接收数据：通过双接口独立备份数据存储模块的串行读写接口接收计量数据；一天只能存储一组数据，当天后传入的数据覆盖先传入的数据，数据包括日期和用量数据；

2)计算相间日长：计算前一次存储数据的日期距离当前日期的间隔天数，改写第一数据块区中对应的记录；

3)置位当前数据：读取第一数据块区中最高位的数据，获取第一字节索引值，改写其指向的数据值，更新最高位的数据值；

4)设置月冻结数据：分解出日期中的月份并将用量数值写入第二数据块区所对应的月份序列中。

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