CN1163728C

CN1163728C - 电、水和燃气等供应的自动控制方法及装置

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Publication number: CN1163728C
Application number: CNB001301659A
Authority: CN
Inventors: 陈旭洋; 郑庆朝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: CN1350160A

Abstract

电、水和燃气等供应的自动控制方法及装置，由用户端和预收费端组成。用户端包括由中心控制器、数据采样装置、输出执行装置、报警装置、序列发生器和数据存储器构成的用户控制装置和遥控器。本发明采用独特的算法A、B和C对数据进行加密和解密，提高了系统的安全性；采用遥控技术解决了用户控制装置的远程控制问题，极大地方便了用户使用。

Description

电、水和燃气等供应的自动控制方法及装置

本发明涉及一种控制供电、供水和供燃气的方法及装置，尤其涉及利用计算机对供电、供水和供燃气进行预收费自动控制的方法及装置。

传统电费、水费和燃气费的收费方式为，管理人员定期到用户家中抄表，然后收取相应的费用。如果出现长期拖欠电费、水费或燃气费的情形，管理人员则可能采取停电、停水或停燃气等措施。这种模式对用户和管理人员来说都比较麻烦。随着科技的发展，出现了磁卡、IC卡收费系统。但这种系统存在安全性低或成本过高、卡及卡座易损坏等诸多缺点。同时电表、燃气表一般安装在比较高，进行刷卡操作和查询使用情况很不方便，安装在地下的工业用水表也如此。目前，极少数厂家推出了数据认证式的预付费水表，但是这种水表采用的加密算法简单、容易受到攻击，电路成本过高并且不够稳定。另外，它还受计量表安装位置的影响。

本发明的目的在于提供一种数据认证式电、水和燃气供应的自动控制方法以及利用该方法实现电、水和燃气供应自动控制的装置。该装置安全性能高、成本低、易管理，方便用户操作。

本发明的自动控制装置由用户端和预收费端组成。

用户端由用户控制装置和遥控器组成，单片机作为用户控制装置的中心控制器连接数据采样装置、输出执行装置、语音处理装置、红外(声波)发射接收装置、报警装置、内部序列发生器及数据存储器。中心控制器具有加密功能，控制内部序列发生器，动态地产生用户进行预付费操作所需的密钥；通过红外(声波)发射接收装置和遥控器进行信息处理。中心控制器具有解密的功能，它接收遥控器所发的信息，对用户的预付费数据进行解密、认证；通过报警装置对非法的操作予以报警，把合法的数据存储到数据存储器中。中心控制器具有数据处理功能，它控制数据采样装置，处理用户端使用情况的初始数据和来自遥控器的信息。中心控制器具有发射、接收和语音处理功能，它通过发射装置发送用户控制装置的信息；通过接收器接收遥控器的信息并把接收的信息通过语音的方式送出去；中心控制器控制执行装置，能使电动机正、反转或开启、关闭继电器，电动机带动驱动机构，驱动结构为蜗杆式的电动阀门，电动机正转时驱动机构开启阀门，电动机反转时驱动机构关闭阀门。遥控器由微处理器、显示装置、输入装置、红外(声波)发射接收装置组成。微处理器连结输入装置接收用户的信息和数据，通过显示装置显示用户信息和数据；微处理器通过红外(声波)发射装置发送用户信息和数据；微处理器通过接收装置接收来自用户控制装置的信息和数据并通过显示装置显示出来。

预收费端由电脑和软件组成。软件具有解密功能，它对用户认证所需的密钥进行解密、确认；软件具有加密功能，它对用户所交的费进行加密，使所交的费变为一组只有用户端系统能解密的数据；软件具有数据库管理的功能。

每一个用户有一组公开的明码作为用户的标识。用户通过遥控器把这组明码输入用户控制装置，用户中心控制器根据这组明码和一组由内部序列发生器产生的随机序列号通过加密算法A产生一组认证数据，这组认证数据作为用户预交费操作认证密钥。用户把这组认证数据输入到预收费端。预收费端对用户的这组认证数据进行解密认证，非法的数据予以拒绝；对合法的数据，用户可以进行预交费操作。预收端对用户的预收金额通过序列发生器和加密器用加密算法B进行加密，产生一组预收费数据作为用户交费的凭证。用户把这组预收费数据通过遥控器输入到用户控制装置，中心控制器利用加密算法B的逆运算对这组预收费数据进行解密、核实，将其中的金额累加到原先剩余的金额上并通过算法A产生下一次预交费操作的认证密钥。如果已经停电、停水、或停燃气，则恢复供应。

加密算法A把用户序列号和上次密码进行异或运算，当用户为初始用户时，上次密码为系统设定的一个密码。异或运算为有选择的异或，它不是对所有的数据进行异或而是对部分数据进行异或，选择哪部分进行异或由多项式

y = Σ_{n = 0}^{16} x^{n} k_{n},

其中k_n为0或1，它的种子由随机序列发生器产生。经过异或运算后的数据，再经过准DES变换，所产生的数据为用户认证数据。

加密算法B把用户序列号和用户所要购的费用，进行扩展异或运算。所谓扩展异或运算根据用户要购的费用的位数远远少于用户序列号，由预收费端的软件随机发生器产生一组序列，采用内部约定的多项式

y = Σ_{n = 0}^{k_{1}} x^{n} k_{n}

对用户的费用的位数进行扩展，若用户购费为110元，循环成如1980765903501。然后再和用户序列号进行有选择的异或，多项式为

y = Σ_{n = 0}^{16} x^{n} k_{n},

其中k_n为0或1。对异或后的数据进行非线性的多项式变换。所谓非线性多项式变换由n条形y＝xⁿk_n的多项式对数据进行分段变换，再由一个非线性发生器进行变换组合。在原理上它是不可破译的，变换后的数据进行随机换位，随机换位的序列发生器是可控多项式，其种子为上次认证密钥，如18764127663换成6361176842。

为加强系统的安全性，在存储数据时，采用了加密算法C进行加密；在读取数据时，采用算法C的逆运算进行解密。算法C用系统内的数据加密，采用一般的多项式异或运算，多项式的种子为用户的个人密码。

本发明的预收费自动控制装置采用数据认证的方式，采用加密数据作为用户的收费凭据。如果采用13位的数据，可达1万亿次，确保每个用户每次得到的认证数据是唯一的，因此安全保密极好。它无须传统的物理媒介作为交换手段(如IC卡、磁卡、条形码卡等)，在用户端没有刷卡系统，减少了因卡、刷卡系统损坏而造成的隐性成本；在用户端采用遥控器和用户控制系统进行数据传送，用户操作不受用户控制系统安装位置的限制，并采用语音处理装置进行报数和提示，因此操作方便、明了。用户的认证数据的取得方式很多，可以到指定的地方购买，可以通过电话语音系统得到，也可以通过INTERNET或者WAP商务系统得到，因此对使用者是十分方便的。

以下结合附图，以预付费电表为例进一步叙述本发明的实施例：

图1是用户端用户控制系统的原理图。

图2为用户端的遥控器的原理图。

如图1所示，1为单片机、2为分段语音片、3为发射接收器、4霍尔传感器、5为存储器、6为执行继电器。单片机1为GMS87C1202，其口线RA4～RA7和RB0～RB2接分段语音片2的七只脚，根据RA4～RA7、RB0～RB2高、低电平不同的组合发送不同的语音。单片机1的口线RB3、VCC、GND接安装在电表转盘上面的霍尔传感器3上，这样当电表的转盘每转一周时便产生一个信号，单片机1对这个信号进行计数。单片机1的口线RB4接执行继电器6的NPN管，NPN管驱动继电器，当RB4为高电平的时候继电器闭合，用户开始供电；当RB4为低电平的时候继电器断开，用户开始失电。单片机1的口线RC0、RC1、RA0分别接存储器5的/CS、SCK、DATA，通过RC0、RC1、RA0和存储器5进行数据交换。单片机1的口线RA2、RA3分别接发射接收器1接收、发射管，接收和发射用户的信息和数据。单片机1的口线RA1接报警器BELL对用户控制系统的情况予以报警、指示。

如图2所示，7为单片机、8为键盘、9为发射接收器、10为显示器。单片机7为GMS87C1202，单片机7的口线RA4～RA7、RB0～RB4接键盘8，接受用户信息和数据的输入；单片机7的口线RA3、RA2分别接发射接收器9的接收、发射管，接收和发射用户的信息和数据；单片机7的口线RA0、RA1、RC1接显示器10的/CS、SCK、DATA，显示用户的信息和数据。

单片机1接收发射接收器3的信息，完成数据的处理，通过发射接收器3发送信息。单片机1控制分段语音片2，把接收到的信息以语音的方式传送出去，进行核实和提示。单片机1控制内部序列发生器随机地产生用户进行交费所需的认证数据。存储器5受单片机1的控制完成重要数据的存储；单片机1接收RB3所产生的计量信号，完成用户使用情况的采样；继电器6受单片机1的控制完成预收费为0时关闭系统的功能。

单片机7接受通过键盘输入的用户信息，通过显示器10把信息显示出来，通过发射接收器9发射信息。单片机7接收发射接收器9的信息并通过显示器10显示出来。

数据通过验证后，电表闭合继电器，使系统处于工作状态；如果接收的数据不合法，电表将通过分段语音片断提示，并由报警系统报警。当错误的次数超过设定的次数(如10次)后，电表将永久关闭，由操作员来处理。当电表内的预付费低于某一设定值时，电表的报警系统将会提示用户去购买。用户将购到的电费输入电表，电表对表内的剩余费进行累加。当电表内的预付费为0时，电表内继电器关闭电表。

以上给出了供电系统预收费自动控制方法及装置的实施例。利用本发明的设计思想，只要对控制执行装置稍加改动，即可将其适用于供水、燃气供应等类似系统，而且这种改动不需要付出创造性劳动。

Claims

1.一种电、水和燃气供应的自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

a.当预交费少于设定的数额时，用户中心控制器通过报警装置报警或通过执行装置实现停电、停水或停燃气；

b.用户将一组明码或认证密钥通过遥控器输入到用户控制装置，用户中心控制器根据该明码或认证密钥和内部序列发生器产生的随机序列号通过加密算法A产生一组认证数据；

c.用户将前述认证数据输入预收费端，取得预交费操作许可后交费；

d.预收费端通过加密算法B对交费金额加密，产生一组预交费数据；

e.用户将前述预交费数据输入到用户控制装置，用户中心控制器利用算法B的逆运算对其进行解密，将其中的金额累加到余额上并通过算法A产生下一次预交费操作的认证密钥，同时控制执行装置实现恢复供电、供水或燃气供应；

加密算法A对用户序列号和明码/上次密码进行有选择的异或运算，选择依据多项式：

y = Σ_{n = 0}^{16} X^{n} K_{n},

其中K_n＝0或1，种子由随机序列发生器产生；

加密算法B采用内部约定的多项式：

y = Σ_{n = 0}^{k_{1}} X^{n} K_{n}

对缴费金额的位数进行扩展，然后根据多项式：

y = Σ_{n = 0}^{16} X^{n} K_{n}

与用户序列号进行有选择的异或运算，再根据多项式：y＝∑XⁿK_n把异或后的数据分成M段后由一个非线性发生器进行变换组合，最后对变换后的数据进行随机换位，随机序列发生器的种子为上次认证密钥，其中K_n＝0或1。

2.一种利用权利要求1所述的自动控制方法实现电、水和燃气供应自动控制的装置，包括用户端和预收费端，其特征在于：用户端包括由中心控制器及与其连接的数据采样装置、输出执行装置、报警装置、序列发生器和数据存储器构成的用户控制装置和遥控器，中心控制器为具有发射、接收和数据、语音处理功能的单片机，中心控制器还控制输出执行装置和报警装置；遥控器实现对用户控制装置的远程控制，包括单片机、键盘、发射接收器和显示器。