CN201015047Y - 分体式射频cpu卡表控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式射频CPU卡表控制器，涉及一种无线数据通信装置。现有一体式射频CPU卡表控制器成本高、维护复杂。为解决上述问题，本实用新型包括依次连接的射频单元、控制单元和接口单元，其中，射频单元用于与CPU卡进行数据交互并将交互数据输出至控制单元；控制单元用于连接射频单元和接口单元，并完成相互间的数据交互；接口单元用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互；在所述的射频单元与控制单元之间还包括一个识别单元，用于对至少一个以上的CPU卡进行识别，并通过控制单元和接口单元与该卡所对应的读卡式计量仪表进行数据交互。本实用新型适用于读卡式计量仪表。

Description

分体式射频CPU卡表控制器

技术领域

本实用新型涉及一种无线数据通信装置，尤其涉及一种读卡式计量仪表用射频CPU卡表控制器。

背景技术

现有的读卡式计量仪表(如电表、水表、燃气表)为了完成与外界的数据交换(如充值过程和数据抄表过程)，需要一种数据交换方式。为此，许多厂家采用逻辑加密射频卡或只读射频卡方式实现所述的数据交换。逻辑加密射频卡采用用户设定密码方式进行安全认证，一旦密码被盗，毫无安全性可言。只读射频卡方式采用计算机生成ID号，以ID号对系统进行加密，但是与只读射频卡卡表控制器相对应的数据卡缺乏安全认证算法，容易被复制，系统安全性依然不高。由于这些方案的数据安全无法得到保证，实际上存在着极大的隐患。一旦系统的数据安全出现问题，会出现篡改读卡式计量仪表数据，非法充值等问题。

为了解决上述问题，有的厂家在通信方案中采用一体式CPU卡方式，在每个读卡式计量仪表中设置一个CPU卡表控制器，由于CPU卡本身含有安全认证算法，不易被复制，所以相对于逻辑加密射频卡和只读射频卡方式更加安全。所述一体式CPU卡方式分为接触式CPU卡和射频CPU卡方式。

接触式CPU卡方式中，CPU卡表控制器与CPU卡之间的通信方式为接触式，通过将CPU卡插入CPU卡表控制器完成数据交互，该种方式在电表行业中已经得到广泛应用，但其接口易受到攻击、卡片易受腐蚀。

射频CPU卡方式因为CPU卡与CPU卡表控制器通过射频信号进行数据交互，不直接接触，所以避免了接触式CPU卡方式的上述缺点，现有的射频CPU卡表控制器设置在读卡式计量仪表内，主要包括依次连接的射频单元、控制单元和接口单元，其中，射频单元用于与CPU卡进行数据交互并将交互数据输出至控制单元；控制单元用于连接射频单元和接口单元，并完成相互间的数据交互；接口单元用于在读卡式计量仪表和控制单元之间进行数据交互。

但是，上述的射频CPU卡方式需要将CPU卡表控制器至于每个读卡式计量仪表之内，由于CPU卡表控制器尺寸较大，而读卡式计量仪表内空间有限，所以将CPU卡表控制器安装在电表、水表等读卡式计量仪表内较为困难。一些厂家为了实现射频CPU卡方式，采用增大读卡式计量仪表外壳、改变读卡式计量仪表的结构组成等手段来改变读卡式计量仪表体积以安装射频CPU卡表控制器。这些方案无形中提高了产品开发的难度，增加了成本，不利产品的发展推广。另外，由于射频CPU卡方式中的CPU卡表控制器需要采用射频模块(射频基站)进行读写操作，而射频模块的价格由于其原理的复杂性，一直比较高，如果采用一个读卡式计量仪表内安装一个CPU卡表控制器的方式，生产厂家和用户很难突破价格的瓶颈。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型提供一种分体式射频CPU卡表控制器，可以在对多个读卡式计量仪表进行控制时降低系统成本和维护难度。

为了达到上述发明目的，本实用新型分体式射频CPU卡表控制器，包括依次连接的射频单元、控制单元和接口单元，其中，射频单元用于与CPU卡进行数据交互并将交互数据输出至控制单元；控制单元用于连接射频单元和接口单元，并完成相互间的数据交互；接口单元用于在读卡式计量仪表和控制单元之间进行数据交互，所述的接口单元用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互；在所述的射频单元与控制单元之间还包括一个识别单元，用于对至少一个以上的CPU卡进行识别，并通过控制单元和接口单元与该卡所对应的读卡式计量仪表进行数据交互。

具体的，射频单元包括：

射频天线：与射频读写芯片相连，接收射频CPU卡数据转发给射频读写芯片，接收射频读写芯片发送的数据转发给射频CPU卡；

射频读写芯片：读取射频天线收到的射频CPU卡数据，将该射频CPU卡数据发送给识别单元，并接收识别单元发送的数据，将该数据发送给射频天线。

上述的分体式射频CPU卡表控制器中，所述读卡式计量仪表为电表、水表、燃气表。

进一步的，所述控制单元包括：

中央处理器：与识别单元相连，对射频CPU卡与读卡式计量仪表之间的信息交互进行管理；

切换电路：控制端连接在中央处理器上，一个输入输出端与接口单元相连，另一个输入输出端分别与中央处理器和外部抄表的通讯总线相连，该切换电路用于在外部抄表的通讯总线和分体式射频CPU卡表控制器之间选择一路与接口单元连接；

作为优选，所述中央处理器上还连接有一个显示射频CPU卡数据的显示模块。

另外，上述的分体式射频CPU卡表控制器还包括：

安全模块：所述安全模块与中央处理器相连，用于对来自射频CPU卡和读卡式计量仪表的数据进行加、解密，以及安全认证。

优选的，所述安全模块采用嵌入式安全控制模块。

作为补充，识别单元对CPU卡的识别具体为：识别单元通过读取射频CPU卡内的数据，得到与所述射频CPU卡对应的读卡式计量仪表。

作为补充，用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互的接口单元，通过485总线与多个读卡式计量仪表连接。

本实用新型所述装置用一个射频CPU卡表控制器控制多个读卡式计量仪表，相对于现有只能控制一个读卡式计量仪表的射频CPU卡表控制器，大幅降低了成本和系统维护难度。

附图说明

图1为本实用新型分体式射频CPU卡表控制器的连接示意图；

图2为本实用新型切换电路图；

图3为本实用新型射频读写芯片电路图；

图4为本实用新型射频天线电路图；

图5为本实用新型逻辑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明：

本实用新型分体式射频CPU卡表控制器适用于现有的各种读卡式计量仪表(如电表、水表、燃气表)，下面以电表为例，进行叙述。

如图5所示，本实用新型分体式射频CPU卡表控制器，包括依次连接的射频单元、控制单元和接口单元，其中，射频单元用于与CPU卡进行数据交互并将交互数据输出至控制单元；控制单元用于连接射频单元和接口单元，并完成相互间的数据交互；接口单元用于在读卡式计量仪表和控制单元之间进行数据交互，射频CPU卡表控制器设置在读卡式计量仪表外，所述的接口单元用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互；在所述的射频单元与控制单元之间还包括一个识别单元，用于对至少一个以上的CPU卡进行识别，并通过控制单元和接口单元与该卡所对应的读卡式计量仪表进行数据交互。

如图1所示，上述的射频单元包括：

射频读写芯片：读取射频天线收到的射频卡数据，将该射频卡数据发送给识别单元，并接收识别单元发送的数据，将该数据发送给射频天线；

射频天线：与射频读写芯片相连，接收射频卡数据转发给射频读写芯片，接收射频读写芯片发送的数据转发给射频卡。

上述的控制单元包括：中央处理器、安全模块和切换电路，

其中，中央处理器：分别与识别单元、安全模块、切换电路相连，用于对分体式射频CPU卡表控制器的总体控制；识别单元：串联在中央处理器和射频读写芯片之间，用于对至少一个以上的CPU卡进行识别。

安全模块(ESAM即嵌入式安全控制模块)：与中央处理器相连，用于与数据卡进行安全认证；

切换电路：一个输入输出端与接口单元相连，另一个输入输出端分别与外部抄表的通讯总线和中央处理器相连，所述切换电路的控制端与中央处理器相连，该切换电路用于在外部抄表的通讯总线和中央处理器之间选择一路与接口单元连接，该切换电路的本质为一个二选一的选择开关。

接口单元：一端与读卡式计量仪表的通讯总线相连，一端与切换电路相连，用于接口信号处理。

识别单元：用于对至少一个以上的CPU卡进行识别，在实际应用中可由中央处理器执行其功能，本实施例中识别单元的功能便由中央处理器执行。

作为对本实用新型的进一步改进，中央处理器上还可以连接一显示模块，用以显示射频CPU卡数据。

以上技术方案基于目前的电表设计，一般都采用485通讯总线作为电表与外界通讯的手段，而485通讯总线使用受到外部集抄器的控制。总线在大部分时间处于非工作时间，为此提供了一个非常好的外部接口。同时，485通讯总线的一带多的特点，可以使我们非常容易实现一个射频CPU卡表控制器带多个电表的技术方案。在一个楼层或一个集中安装电表的地区，完全可以用一个射频CPU卡表控制器实现对多个电表的射频CPU卡操作。

本实用新型利用上述电表自带的485通讯接口，采用最小系统的电表设计方法，实现集中一个射频CPU卡表控制器，分别与各电表进行通讯的方式，进行射频CPU卡的电表充值、数据抄表等工作。

本实施例中电表与射频CPU卡表控制器分开，采用表具自身具有的485通讯总线的方式完成表具与射频CPU卡表控制器的通讯，实现射频CPU卡对电表的充值和抄表。射频CPU卡表控制器具有读写射频CPU卡的模块接口，可以实现与射频CPU卡的读写操作，同时，还具有485的通讯接口，可以与电表进行数据通讯，将射频CPU卡与其对应的电表联系起来，完成数据交换的功能。

由于485通讯总线具有多机通讯的功能，因此一个射频CPU卡表控制器可以与多个电表进行通讯，在系统构架上，将属于这个射频CPU卡表控制器的电表的485通讯总线连接在一起，直接利用系统固有的电表号或用户号作为识别某个电表的地址参数，射频CPU卡表控制器可以呼叫需要操作的电表，完成射频CPU卡与该电表的操作过程。

图1中，电表M1至MN表示多个电表，通过485通讯总线连接在一起，理论上讲，连接的数量不受限制，实际应用中由于物理条件的限制，一般小于128块电表。

下面介绍本实施例的具体流程，其中，切换电路采用4053芯片(如图2所示)，射频读写芯片采用RC522芯片(如图3所示)，射频天线如图4所示。

射频读写芯片通过射频天线不断搜索是否有射频CPU卡接近射频CPU卡表控制器。当没有射频CPU卡接近射频CPU卡表控制器的时候，射频CPU卡表控制器处于常态，中央处理器控制切换电路使接收射频CPU卡的通信回路与接口单元断开，将外部抄表的485总线与接口单元相连，进而与485通讯总线相连，这样，当外部抄表的485总线需要与各电表进行数据交换时，可以正常进行。

当有用户希望为自己的电表充值时，该用户将自己事先充好值的射频CPU卡(购电充值卡)接近射频CPU卡表控制器，射频读写芯片通过射频天线检测到射频CPU卡，中央处理器启动安全模块通过射频天线和射频读写芯片组成的射频单元与射频CPU卡进行握手式的安全认证，安全认证通过后，射频读写芯片通过射频天线读取射频CPU卡的数据，再将所述射频CPU卡的数据发送给识别单元，识别单元从该射频CPU卡的数据中得到与这个射频CPU卡对应的电表号或用户号，并将该电表号或用户号连同射频CPU卡的数据发送给中央处理器，中央处理器调用安全模块对所述射频CPU卡的数据进行加密，中央处理器控制切换电路切断外部抄表的485通讯总线与接口单元的连接，转而使中央处理器与接口单元相连，中央处理器依次通过接口单元和电表的485通讯总线将加密后的射频CPU卡的数据发送给与射频CPU卡对应的电表，所述电表收到加密的射频CPU卡的数据后，启动电表内的安全模块进行解密，之后，电表对所述射频CPU卡的数据进行处理并生成反馈的数据，所述电表反馈的数据经电表内的安全模块加密后，依次通过电表的485通讯总线和接口单元发送给中央处理器，通信完毕后，中央处理器控制切换电路切断中央处理器与接口单元的连接，转而使外部抄表的485通讯总线与接口相连，中央处理器再次启动安全模块对所述电表反馈的数据进行解密，之后，中央处理器将电表反馈的数据传给识别单元，识别单元识别电表和射频CPU卡的对应关系后，将电表反馈的数据发送给射频读写芯片，射频读写芯片通过射频天线将所述电表反馈的数据发送给对应的射频CPU卡。为了方便用户了解射频CPU卡中的信息，中央处理器上还可以考虑连接一个显示射频CPU卡数据的显示模块，在中央处理器得到射频CPU卡的数据时，在上显示将要充值的射频CPU卡的信息，在充值之后显示充值完毕的射频CPU卡的信息。

本实施例中，切换电路采用4053芯片，其连接如图2所示，中央处理器的A线和外部抄表的485通讯总线的A线分别连接在4953芯片的12、13管脚，中央处理器的B线和外部抄表的485通讯总线的B线分别连接在4953芯片的2、1管脚，4053芯片的14、15管脚通过接口单元分别连接在485通讯总线的A线和B线，4053芯片的控制端9、10、11管脚连接在中央处理器上，使用时，中央处理器通过向4053芯片的9、10、11管脚发出信号控制4053芯片在中央处理器和外部抄表的485通讯总线之间切换一路通过接口单元分别连接在485通讯总线的A线和B线。

射频读写芯片采用RC522芯片，其结构如图3所示，24管脚为数据线，与识别单元的输入输出接口相连，与识别单元进行数据交互，31管脚为控制端，受识别单元控制，识别单元通过31管脚控制RC522芯片的工作状态。

射频天线如图4所示，A线连RC522芯片的9管脚，接收RC522芯片向射频CPU卡发送的数据，B线连RC522芯片的7管脚，D线连RC522芯片的8管脚，B线和D线分别向RC522芯片发送接收到的射频CPU卡发送的数据，C线连地线。

通过以上方案，本实用新型利用分体式电表的思想，集中射频卡读写模块，分别与电表进行通讯的方法，有效地解决了射频CPU卡电表在应用中的矛盾。与现有一个电表一个射频CPU卡表控制器的一体式射频CPU卡方式相比，降低了成本，简化了结构。

这里需要指出的是，上面给出的只是本实用新型的优选实施例，本实用新型还可以举出很多其它的实施例，比如实施的对象不局限于电表，还可以是水表、天然气表以及其它读卡式计量仪表。实施方式除了充值还可以是抄表或其它需要用射频CPU卡进行操作的内容，各功能部件也不限于上面给定的型号，比如，切换电路不仅可以使用4053芯片，也可以使用继电器甚至是可控的选择开关等一切可以进行线路选择的可控选择装置，射频读写芯片也不一定采用RC522芯片，可用FM1702等其它常用的可实现射频读写功能的芯片代替，同理，射频天线也不限于实施例中给出的结构，中央处理器和安全模块可以是嵌入式的也可以是非嵌入式的，总之，本实施例中的所有元器件都可用其它可实现同样功能的元器件替换。替换了实施对象和元器件的实施例同样是本实用新型的具体实施方式，可以认为是对优选实施例的变形，在这里不作赘述。

Claims (9)

1.一种分体式射频CPU卡表控制器，包括依次连接的射频单元、控制单元和接口单元，其中，射频单元用于与CPU卡进行数据交互并将交互数据输出至控制单元；控制单元用于连接射频单元和接口单元，并完成相互间的数据交互；接口单元用于在读卡式计量仪表和控制单元之间进行数据交互，其特征在于：所述的接口单元用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互；在所述的射频单元与控制单元之间还包括一个识别单元，用于对至少一个以上的CPU卡进行识别，并通过控制单元和接口单元与该卡所对应的读卡式计量仪表进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：射频单元包括：

射频天线：与射频读写芯片相连，接收射频CPU卡数据转发给射频读写芯片，接收射频读写芯片发送的数据转发给射频CPU卡；

射频读写芯片：读取射频天线收到的射频CPU卡数据，将该射频CPU卡数据发送给识别单元，并接收识别单元发送的数据，将该数据发送给射频天线。

3.根据权利要求1所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：所述读卡式计量仪表为电表、水表、燃气表。

4.根据权利要求1、2或3所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：所述控制单元包括：

中央处理器：与识别单元相连，对射频CPU卡与读卡式计量仪表之间的信息交互进行管理；

切换电路：控制端连接在中央处理器上，一个输入输出端与接口单元相连，另一个输入输出端分别与中央处理器和外部抄表的通讯总线相连，该切换电路用于在外部抄表的通讯总线和分体式射频CPU卡表控制器之间选择一路与接口单元连接；

5.根据权利要求4所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：所述中央处理器上还连接有一个显示射频CPU卡数据的显示模块。

6.根据权利要求4所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：还包括：

安全模块：所述安全模块与中央处理器相连，用于对来自射频CPU卡和读卡式计量仪表的数据进行加、解密，以及安全认证。

7.根据权利要求6所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：所述安全模块采用嵌入式安全控制模块。

8.根据权利要求1所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：识别单元对CPU卡的识别具体为：识别单元通过读取射频CPU卡内的数据，得到与所述射频CPU卡对应的读卡式计量仪表。

9.根据权利要求1所述的分体式射频CPU卡表控制器，其特征在于：用于与至少一个以上读卡式计量仪表进行数据交互的接口单元，通过485总线与多个读卡式计量仪表连接。

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