专利名称：嵌入式远传计量仪表加密控制电路及操作控制方法
技术领域：
本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其是涉及一种嵌入式远传计量仪表加密控制电 路及操作控制方法。
背景技术：
目前，气、水、电、热能等公用事业企业大量使用计量设备作为与消费者贸易结算 的依据，庞大的计量设备所产生的计量数据要采集到企业以进行收费与管理。由于计量设 备众多、且均是安装在用户处，因此，对计量设备采取自动数据采集与控制是整个公用事业 行业较为关注的应用，是提高企业劳动生产率、减少人工成本、有效解决抄表入户难、抄见 率低、准确性差、有效控制计量供销差的最有效手段。由于作为目前无线自动抄表收费业务 的远传计量仪表的生产完全独立于公用事业企业，企业无法有效介入进行管理，造成整个 用于贸易结算的计量数据的产生、传输、用户控制完全掌握在智能仪表的组装厂手中，但智 能仪表的组装厂的内部管理与控制多不到位，远未能达到商用密钥管理的程度与级别，给 整个公用事业计量行业都造成了重大的风险与隐患。因此，有必要建立一种基于嵌入式的 硬件电路作为整个加密控制体系的用户端现场核心部件，保障整个抄收与控制系统有效运 行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种嵌入式远传计量仪表加密控制电路及操作 控制方法，该电路独立于现有的远传计量仪表，对现有的远传计量仪表内部电路和控制软 件系统可以不做改动，该电路及使用方法有助于管理单位实现对远传计量仪表的数据采集 与控制过程进行掌控，防止非法数据篡改及非授权开启远传计量仪表控制的阀门。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案
本发明的一种嵌入式远传计量仪表加密控制电路包括用于连接远传计量仪表主电路 单元的接口 I、用于连接远传计量仪表数据通讯电路单元的接口 II、中央加密处理芯片、用 于给所述中央加密处理芯片编程的输入单元，所述中央加密处理芯片分别通过接口 I和接 口 II与远传计量仪表主电路单元和远传计量仪表数据通讯电路单元连接，接口 I和接口 II 为串行接口 ；所述中央加密处理芯片内嵌入加密处理程序和密钥矩阵。本发明的采用嵌入式远传计量仪表加密控制电路的操作控制方法包括以下内 容
在每个远传计量仪表主电路单元和数据通讯电路单元之间串接所述的嵌入式远传计 量仪表加密控制电路；远传计量仪表上传的数据时，由该嵌入式远传计量仪表加密控制电 路的中央加密处理芯片调用该远传计量仪表的密钥矩阵对上传的数据加密，然后由该远传 计量仪表数据通讯电路单元将加密后的数据传输给后台信息管理系统，后台信息管理系统 对各个远传计量仪表上传的数据解密后进行集中管理；所述后台信息管理系统向远传计量 仪表发送指令信息时，后台信息管理系统先对指令信息进行加密，然后将加密后的指令信息的传至远传计量仪表的数据通讯电路单元，数据通讯电路单元再将该信息传至中央加密 处理芯片调用该远传计量仪表的密钥矩阵对指令信息进行解密后传给该远传计量仪表的 主电路单元，主电路单元根据解密后指令信息内容进行相应的操作；所述的密钥矩阵采用 多级密钥矩阵，由后台信息管理系统统一确定生效与失效的密钥矩阵，密钥矩阵与远传计 量仪表一一对应；中央加密处理芯片的加密处理程序和密钥矩阵由管理单位写入，写入后 将中央加密处理芯片的数据端口熔断而使其不可被读出或再次写入。本发明的有益效果是
本发明的电路能够方便地嵌入现有的远传计量仪表，将串接于远传计量仪表主电路单 元和远传计量仪表数据通讯电路单元之间，对现有的远传计量仪表内部电路和控制软件可 以不做改动。采用本发明的计量仪表要向外发出数据时，要发出的数据由仪表主电路单元 直接传送给中央加密处理芯片，中央加密处理芯片调用密钥矩阵进行数据加密，加密数据 形成后传送给远传计量仪表数据通讯电路单元向外发送，符合匹配规则的关键操作指令计 数与指令内容被保存在中央加密处理芯片中；外部向远传计量仪表发送的数据和指令均是 由统一的后台信息系统加密，远传计量仪表数据通讯电路单元收到数据后传送至中央加密 处理芯片，由中央加密处理芯片根据密钥编码调用密钥矩阵进行解密，解密后形成的原始 数据或指令传给远传计量仪表主电路单元进行处理。本发明为远传计量仪表的实际使用管 理单位提供一种独立于计量仪表的加密控制手段，帮助管理单位实现对远传计量仪表的数 据采集与控制过程进行完全掌控，避免或及时发现对计量数据的篡改、非授权开户阀门等 安全事故的发生。所述的密钥矩阵采用多级密钥矩阵，保证密钥矩阵的容量足够大，后台信 息管理系统统一确定生效与失效的密钥矩阵，密钥矩阵与远传计量仪表一一对应，中央加 密处理芯片的加密处理程序和密钥矩阵由管理单位写入，然后将中央加密处理芯片的数据 端口熔断，单个远传计量仪表单次的加密数据被破解后不会影响其他远传计量仪表的密钥 使用。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到启示。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书以及附图 中所特别指出的结构来实现和获得。
图1为本发明的嵌入式远传计量仪表加密控制电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。本实施例的嵌入式远传计量仪表加密控制电路包括用于连接远传计量仪表主电 路单元的接口 2、用于连接远传计量仪表数据通讯电路单元的接口 3、中央加密处理芯片1、 用于给所述中央加密处理芯片1编程的输入单元4和用于给中央加密处理芯片1和输入单 元4供电的电源单元5，所述中央加密处理芯片1分别通过接口 2和接口 3与远传计量仪表 主电路单元和远传计量仪表数据通讯电路单元连接，接口 2和接口 3为串行接口 ；所述中央 加密处理芯片内嵌加密处理程序和密钥矩阵。具体实施时，本实施例的电路采用 嵌入式微型系统，提供8根GPIO 口，可以根据现有的远传计量仪表技术情况提供出2个标准SPI接 口或4组TTL串接口。加密电路通过SPI 口或TTL串口直接串接在远传计量仪表中的主电 路单元与数据通讯电路单元之间，由中央加密处理芯片完成数据和指令的加解密处理、关 键指令接收与执行记录、通讯参数设置等功能。使用时，采用本实施例的计量仪表要向外发出数据时，要发出的数据由仪表主电 路单元直接传送给中央加密处理芯片，中央加密处理芯片调用密钥矩阵进行数据加密，加 密数据形成后传送给远传计量仪表数据通讯电路单元向外发送，符合匹配规则的关键操作 指令计数与指令内容被保存在中央加密处理芯片中；外部向远传计量仪表发送的数据和指 令均是由统一的后台信息系统加密，远传计量仪表数据通讯电路单元收到数据后传送至中 央加密处理芯片，由中央加密处理芯片根据密钥编码调用密钥矩阵进行解密，解密后形成 的原始数据或指令传给远传计量仪表主电路单元进行处理。采用本实施例的计量仪表所 有的仪表数据通讯电路单元的参数设置也均由数据通讯电路单元实现，保证了所有不同种 类、不同品牌的远传计量仪表可以集成通用，解决了目前普遍存在的不同品牌仪表即使用 相同无线模块也出现的相互间无线通讯不兼容的技术壁垒。公用事业企业作为仪表的管理单位通过远传计量仪表实现对最终用户的使用控 制，在出现安全隐患、安全事故、用户长期恶意欠费等行为发生时，可以通过后台信息管理 系统发出指令信息远程关闭计量仪表阀门。在未安装加密控制电路的情况下，所有具备控 制设备(一般是抄表机)的人员均可以直接开或关仪表阀门，给安全管理及欠费管理都造 成失控的隐患，在安装加密控制电路后，所有的对用户仪表的控制与设置(包括阀门的开与 关)操作只能由仪表管理单位授权的设备进行，并且所有的关键事件均会在加密控制电路 中进行记数与记录，记数与记录不能由外部系统更改，只会在每次数据采集时上传至管理 单位的后台信息管理系统进行安全性分析。每个远传计量仪表加密控制电路自带全球惟一 性地址码，此地址码与远传计量仪表的地址码有效结合可以实现有效的身份验证，完全防 止非管理单位授权的用户计量终端的使用。加密控制电路为超低功耗设计加装在计量仪表 中后基本不会对原仪表的整体功耗造成影响，完全可适用于电池供电的远传计量仪表。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通 技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案 的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.嵌入式远传计量仪表加密控制电路，其特征在于包括用于连接远传计量仪表主电 路单元的接口 I、用于连接远传计量仪表数据通讯电路单元的接口 ； II、中央加密处理芯 片、用于给所述中央加密处理芯片编程的输入单元，所述中央加密处理芯片分别通过接口 I和接口 II与远传计量仪表主电路单元和远传计量仪表数据通讯电路单元连接，所述接口 I和接口 II为串行接口 ；所述中央加密处理芯片内嵌入加密处理程序和密钥矩阵。
2.采用权利要求1所述的嵌入式远传计量仪表加密控制电路的操作控制方法，其特征 在于在每个远传计量仪表主电路单元和数据通讯电路单元之间串接所述的嵌入式远传计 量仪表加密控制电路；远传计量仪表上传的数据时，由该嵌入式远传计量仪表加密控制电 路的中央加密处理芯片调用该远传计量仪表的密钥矩阵对上传的数据加密，然后由该远传 计量仪表数据通讯电路单元将加密后的数据传输给后台信息管理系统，后台信息管理系统 对各个远传计量仪表上传的数据解密后进行集中管理；所述后台信息管理系统向远传计量 仪表发送指令信息时，后台信息管理系统先对指令信息进行加密，然后将加密后的指令信 息的传至远传计量仪表的数据通讯电路单元，数据通讯电路单元再将该信息传至中央加密 处理芯片调用该远传计量仪表的密钥矩阵对指令信息进行解密后传给该远传计量仪表的 主电路单元，主电路单元根据解密后指令信息内容进行相应的操作；所述的密钥矩阵采用 多级密钥矩阵，由后台信息管理系统统一确定生效与失效的密钥矩阵，密钥矩阵与远传计 量仪表一一对应；中央加密处理芯片的加密处理程序和密钥矩阵由管理单位写入，写入后 将中央加密处理芯片的数据端口熔断而使其不可被读出或再次写入。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式远传计量仪表加密控制电路，包括用于连接远传计量仪表主电路单元的接口Ⅰ、用于连接远传计量仪表数据通讯电路单元的接口Ⅱ、中央加密处理芯片、用于给所述中央加密处理芯片编程的输入单元，所述中央加密处理芯片分别通过接口Ⅰ和接口Ⅱ与远传计量仪表主电路单元和远传计量仪表数据通讯电路单元连接，接口Ⅰ和接口Ⅱ为串行接口；所述中央加密处理芯片内嵌加密处理程序和密钥矩阵；该电路独立于现有的远传计量仪表，对现有的远传计量仪表内部电路和控制软件系统可以不做改动，有助于管理单位实现对远传计量仪表的数据采集与控制过程进行掌控。
文档编号H04L29/06GK102143162SQ20111002423
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者杨海博, 程龙, 耿同敏, 郅强, 马路遥 申请人:郑州华润燃气有限公司