專利名稱：基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程 監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在水處理領(lǐng)域，數(shù)據(jù)收集和控制信號(hào)傳輸多數(shù)用有線方式，在工業(yè)檢測(cè)和控 制領(lǐng)域雖然已經(jīng)存在已久，技術(shù)也相當(dāng)成熟。但是，在很多場(chǎng)合，無(wú)疑造成很多不必要的浪 費(fèi)。首先是層次結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，施工困難，工作繁重。其次，成本極高，因?yàn)槭褂贸杀据^高的 PLC控制器作為分層次的二級(jí)、三級(jí)控制器，PLC價(jià)格不菲；因?yàn)槭怯芯€傳輸，一般距離比較 遠(yuǎn)，需要大量的信號(hào)傳輸線，這個(gè)價(jià)格不亞于PLC控制器。最后，就是維護(hù)難度高，傳統(tǒng)的監(jiān) 控系統(tǒng)復(fù)雜，因此環(huán)節(jié)多，故障率增加，另外，信號(hào)線容易老化，或遭鼠害容易造成斷線，又 一般傳輸線安裝在專門的傳導(dǎo)盒中或地下通道或掩埋起來(lái)，檢測(cè)故障點(diǎn)難度很高，給維護(hù) 和維修造成很大困難。而目前應(yīng)用中的部分無(wú)線水處理設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。增加的風(fēng)險(xiǎn)是 抗干擾能力差，誤碼率高，以及未授權(quán)的訪問(wèn)，包括有意的和無(wú)意的入侵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造 成本低廉。且無(wú)線傳輸過(guò)程中可靠性高，保密性強(qiáng)。一種基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括若干無(wú)線終端采集受監(jiān)控的數(shù)據(jù)，經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器；接收 數(shù)據(jù)集中器發(fā)出的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后的水處理指令，還原、解密后傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)；數(shù)據(jù)集中器接收各個(gè)無(wú)線終端發(fā)送的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，傳輸 給中央計(jì)算機(jī)；接收中央計(jì)算機(jī)發(fā)出的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的水處理指令并進(jìn)行存儲(chǔ)，發(fā)送給 各個(gè)無(wú)線終端；中央計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)集中器中存儲(chǔ)的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，還原、解密后以 數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行管理；發(fā)出水處理指令，并對(duì)水處理指令進(jìn)行加密、轉(zhuǎn)換格式。所述的數(shù)據(jù)和水處理指令加密方法優(yōu)選為對(duì)稱加密算法，增加系統(tǒng)安全性的同時(shí) 不影響系統(tǒng)的執(zhí)行處理速度。優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式的方法為在經(jīng)加密的數(shù)據(jù)兩端添加引導(dǎo)碼、權(quán)限、終 端號(hào)、數(shù)據(jù)的明文校驗(yàn)碼、校驗(yàn)碼和終結(jié)碼，經(jīng)加密的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的明文校驗(yàn)碼位于中間 位置，能有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。所述的水處理指令轉(zhuǎn)換格式的方法為在經(jīng)加密的水處理指令兩端添加引導(dǎo)碼、權(quán)限、終端號(hào)、水處理指令的明文校驗(yàn)碼、校驗(yàn)碼和終結(jié)碼，經(jīng)加密的水處理指令以及水處理 指令的明文校驗(yàn)碼位于中間位置，能有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
優(yōu)選地，所述無(wú)線終端由終端處理器、外設(shè)接口和無(wú)線傳輸模塊組成；終端處理器 接收外部設(shè)備傳輸?shù)氖鼙O(jiān)控的數(shù)據(jù)，將其加密、轉(zhuǎn)換格式后經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給無(wú)線集 中器；無(wú)線傳輸模塊接收經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的水處理指令并傳輸給終端處理器，終端處理器 對(duì)其進(jìn)行解密、還原后傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)集中器由處理器、存儲(chǔ)器、與中央計(jì)算機(jī)的接口和無(wú)線傳輸模 塊組成；處理器讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的經(jīng)格式轉(zhuǎn)換的水處理指令，經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給 無(wú)線終端，處理器經(jīng)無(wú)線傳輸模塊接收經(jīng)加密和轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。優(yōu)選地，所述的終端處理器或處理器為PHILIPS LPC2103。優(yōu)選地，無(wú)線傳輸模塊是由調(diào)制解調(diào)芯片CC1020和處理器Atmega8L組成。CC1020 是一種理想的超高頻單片收發(fā)器芯片，主要用于ISM頻帶和在426/429/433/868/915MHZ 頻帶的SRD(Short Range Device)中，也可經(jīng)編程后用于頻率為402MHz 470MHz和 804MHz 940MHz的多信道設(shè)備。本發(fā)明系統(tǒng)采用的是業(yè)余無(wú)線頻道，調(diào)制方式GFSK/FSK，工作頻率為 433/868/915MHz，也可以使用GPRS/CDMA無(wú)線方式傳輸。
本發(fā)明系統(tǒng)采用無(wú)線方式采集、處理數(shù)據(jù)可以省去大量的傳輸線布線的繁雜施 工，而且大大降低成本、簡(jiǎn)化其監(jiān)控的架構(gòu)形式。信息收集后保存在收集器中，需要時(shí)由中 央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)取回保存于其中的數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)行某種動(dòng)作的時(shí)候，由中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)送動(dòng) 作命令，交給無(wú)線集中器，再由無(wú)線集中器通過(guò)廣播的形式，發(fā)送給各個(gè)不同的無(wú)線終端。 當(dāng)各個(gè)不同的終端接收來(lái)自集中器的命令后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，判斷命令是發(fā)給本終端時(shí)，該 終端再組織將此命令解密、還原并輸出給相應(yīng)的執(zhí)行器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，非常簡(jiǎn)捷高效。同樣的道理，當(dāng)某個(gè)終端或多個(gè)終端需要向中央計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，就由當(dāng) 時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的終端負(fù)責(zé)組織數(shù)據(jù)，發(fā)送給無(wú)線數(shù)據(jù)集中器；如果是多個(gè)終端同時(shí)發(fā)送， 就按需要的優(yōu)化方式進(jìn)行排隊(duì)，以保證不會(huì)有數(shù)據(jù)傳送丟失。集中器接收端收到此信息，按 一定的格式進(jìn)行保存，便于中央計(jì)算機(jī)來(lái)取數(shù)據(jù)。中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)從集中器取回收集到的所有數(shù)據(jù)，然后對(duì)信息進(jìn)行解密、還原、整 理，使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式對(duì)其進(jìn)行管理，非常便利和高效率。


圖1為本發(fā)明無(wú)線終端模塊示意圖；圖2為本發(fā)明無(wú)線數(shù)據(jù)集中器模塊示意圖；圖3為本發(fā)明無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)解密、校驗(yàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖所示，一種基于無(wú)線傳輸?shù)乃幚斫K端，包括若干無(wú)線終端采集受監(jiān)控的數(shù)據(jù)，經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器；接收 數(shù)據(jù)集中器發(fā)出的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的水處理指令，還原、解密后傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 受監(jiān)控的數(shù)據(jù)為污水的酸堿度、含氧量、溫度以及傳輸管道的污水流量、壓力等。數(shù)據(jù)集中器接收各個(gè)無(wú)線終端發(fā)送的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，傳輸給中央計(jì)算機(jī)；接收中央計(jì)算機(jī)發(fā)出的經(jīng)加密、格式轉(zhuǎn)換的水處理指令并進(jìn)行存儲(chǔ)，發(fā)送給 各個(gè)無(wú)線終端；中央計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)集中器中存儲(chǔ)的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，還原、解密后以 數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行管理；發(fā)出水處理指令，并對(duì)水處理指令進(jìn)行加密和轉(zhuǎn)換格式。無(wú)線終端由終端處理器、外設(shè)接口和無(wú)線傳輸模塊組成；終端處理器接收外部設(shè) 備傳輸?shù)氖鼙O(jiān)控的數(shù)據(jù)，將其加密、轉(zhuǎn)換格式后經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給無(wú)線集中器；線傳輸 模塊接收經(jīng)加密、格式轉(zhuǎn)換的水處理指令并傳輸給處理器，終端處理器對(duì)其進(jìn)行還原、解密 后傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)集中器由處理器、存儲(chǔ)器、與中央計(jì)算機(jī)的接口和無(wú)線傳輸模塊組成；處理器 讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的經(jīng)格式轉(zhuǎn)換的水處理指令，經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給無(wú)線終端，處理 器經(jīng)無(wú)線傳輸模塊接收經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。上述的終端處理器和處理器為PHILIPS LPC2103，無(wú)線傳輸模塊是由調(diào)制解調(diào)芯 片CC1020和處理器Atmega8L組成。為了最大限度地增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，降低誤碼率和抗非法數(shù)據(jù)，初始的數(shù)據(jù)和水處 理指令經(jīng)加密和格式轉(zhuǎn)換，其數(shù)據(jù)加密的方法是采用DES對(duì)稱加密算法。未授權(quán)用戶由于 不知道其算法，其發(fā)送的插入數(shù)據(jù)由于不符合特定的加密算法，將在接收端被檢出。從而防 止未授權(quán)用戶的訪問(wèn)，增加系統(tǒng)安全性。其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法是除了必要的引導(dǎo)碼、數(shù)據(jù)或命 令、校驗(yàn)碼和終結(jié)碼之外，還附加了非法校驗(yàn)和權(quán)限校驗(yàn)，考慮到網(wǎng)絡(luò)周邊和環(huán)境干擾，數(shù) 據(jù)或水處理指令在整個(gè)數(shù)據(jù)塊的中間位置，其數(shù)據(jù)幀格式如下
引導(dǎo)碼I權(quán)限 終端號(hào) 加密數(shù)據(jù)I明文校驗(yàn)碼g校驗(yàn)碼終結(jié)碼^上述經(jīng)格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)和水處理指令的誤碼率和非法數(shù)據(jù)入侵概率可以降到 0. 1%。以下，可以有效保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。以下對(duì)上述監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行舉例說(shuō)明當(dāng)中央計(jì)算機(jī)要發(fā)出與3號(hào)無(wú)線終端相連的電動(dòng)機(jī)的開啟命令M，引導(dǎo)碼、權(quán)限、 終端號(hào)和終結(jié)碼的字符分別規(guī)定為“$”、“****”、“3”和“#”，要發(fā)送的命令是“M”。數(shù)據(jù)傳 輸步驟如下首先，服務(wù)器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行密鑰同步。特別地，中央計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)明文命令M進(jìn)行CRC校驗(yàn)得到一串命令M的明文校驗(yàn) 碼 g(x)；對(duì)明文數(shù)據(jù)M進(jìn)行加密處理，通過(guò)DES對(duì)稱加密算法計(jì)算得出加密數(shù)據(jù)為“ ？ ”，再 對(duì)引導(dǎo)碼$到加密數(shù)據(jù)“ ？ ”進(jìn)行校驗(yàn)(所有字符進(jìn)行異或運(yùn)算)，得到校驗(yàn)碼為“V”，于是， 要向3號(hào)無(wú)線終端發(fā)送的命令A(yù)的數(shù)據(jù)幀為“$****3 ？ g(x)V#”。該水處理指令數(shù)據(jù)幀傳輸給數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器將此數(shù)據(jù)幀保存在相應(yīng)的存 儲(chǔ)單元，處理器讀取后經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給各個(gè)無(wú)線終端。數(shù)據(jù)到發(fā)送到各個(gè)無(wú)線終端后，各個(gè)無(wú)線終端首先驗(yàn)證數(shù)據(jù)幀的完整性，包括引 導(dǎo)碼、權(quán)限、終結(jié)碼以及幀的長(zhǎng)度，如果不正確就停止解析；其次，驗(yàn)證無(wú)線終端號(hào)“3”，比 對(duì)數(shù)據(jù)幀中的無(wú)線終端號(hào)與本無(wú)線終端號(hào)碼，結(jié)果符合就將命令接收，否則就停止解析；然后，3號(hào)終端處理器通過(guò)解密程序?qū)用軘?shù)據(jù)“？ ”進(jìn)行解密運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)“Μ’ ”；這里，終端 處理器將“Μ’”與發(fā)送端產(chǎn)生的明文數(shù)據(jù)“Μ”的校驗(yàn)碼g(x)進(jìn)行CRC(Cyclic Redundancy Check)校驗(yàn)運(yùn)算，若余數(shù)為非O則視數(shù)據(jù)為非法，停止解析并報(bào)警。若余數(shù)為O則傳輸給電 動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)開啟。這樣，可以防止非法用戶偽造數(shù)據(jù)騙取系統(tǒng)執(zhí)行未知操作，進(jìn)一步實(shí) 現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ恍裕踩浴?同理，當(dāng)該無(wú)線終端需要返回一個(gè)壓力數(shù)據(jù)123時(shí)， 首先產(chǎn)生一個(gè)對(duì)明文數(shù)據(jù)123 的CRC校驗(yàn)碼g’(χ)，然后該無(wú)線終端的處理器根據(jù)加密算法以及數(shù)據(jù)格式，來(lái)構(gòu)造一個(gè)包 含此數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)協(xié)定得到的數(shù)據(jù)幀為“$****3 !？! g’ (χ) =#”，其中的“ ??？！ ”是 運(yùn)算得到的加密數(shù)據(jù)，“=”號(hào)是校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行存 儲(chǔ)，中央計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)幀并進(jìn)行還原、解密，將解密數(shù)據(jù)與g’ U)進(jìn)行校驗(yàn)運(yùn)算，合法后 再將壓力數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的終端號(hào)存儲(chǔ)在相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器中。
權(quán)利要求
一種基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括若干無(wú)線終端采集受監(jiān)控的數(shù)據(jù)，經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器；接收數(shù)據(jù)集中器發(fā)出的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后的水處理指令，還原、解密后傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；數(shù)據(jù)集中器接收各個(gè)無(wú)線終端發(fā)送的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，傳輸給中央計(jì)算機(jī)；接收中央計(jì)算機(jī)發(fā)出的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的水處理指令并進(jìn)行存儲(chǔ)，發(fā)送給各個(gè)無(wú)線終端；中央計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)集中器中存儲(chǔ)的經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，還原、解密后以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行管理；發(fā)出水處理指令，并對(duì)水處理指令進(jìn)行加密、轉(zhuǎn)換格式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)和水處理指 令加密方法為對(duì)稱加密算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式的 方法為在經(jīng)加密的數(shù)據(jù)兩端添加引導(dǎo)碼、權(quán)限、終端號(hào)、數(shù)據(jù)的明文校驗(yàn)碼、校驗(yàn)碼和終結(jié) 碼，經(jīng)加密的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的明文校驗(yàn)碼位于中間位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的水處理指令轉(zhuǎn)換 格式的方法為在經(jīng)加密的水處理指令兩端添加引導(dǎo)碼、權(quán)限、終端號(hào)、水處理指令的明文校 驗(yàn)碼、校驗(yàn)碼和終結(jié)碼，經(jīng)加密的水處理指令以及水處理指令的明文校驗(yàn)碼位于中間位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線終端由終端處 理器、外設(shè)接口和無(wú)線傳輸模塊組成；終端處理器接收外部設(shè)備傳輸?shù)氖鼙O(jiān)控的數(shù)據(jù)，將其 加密、轉(zhuǎn)換格式后經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給無(wú)線集中器；無(wú)線傳輸模塊接收經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式 的水處理指令并傳輸給終端處理器，終端處理器對(duì)其進(jìn)行解密、還原后傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)集中器由處 理器、存儲(chǔ)器、與中央計(jì)算機(jī)的接口和無(wú)線傳輸模塊組成；處理器讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的經(jīng) 格式轉(zhuǎn)換的水處理指令，經(jīng)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給無(wú)線終端，處理器經(jīng)無(wú)線傳輸模塊接收經(jīng) 加密和轉(zhuǎn)換格式的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的終端處理器 或處理器為PHILIPS LPC2103。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無(wú)線通信的水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括若干無(wú)線終端、數(shù)據(jù)集中器和中央計(jì)算機(jī)，無(wú)線終端采集受監(jiān)控的數(shù)據(jù)，經(jīng)加密、轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)后傳輸給中央計(jì)算機(jī)；中央計(jì)算機(jī)發(fā)出水處理指令，對(duì)水處理指令進(jìn)行明文校驗(yàn)、加密、格式轉(zhuǎn)換后傳輸給無(wú)線集中器存儲(chǔ)，最后發(fā)送給各個(gè)無(wú)線終端，無(wú)線終端還原、解密、驗(yàn)證通過(guò)后傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本發(fā)明系統(tǒng)采用無(wú)線方式采集、處理數(shù)據(jù)可以省去大量的傳輸線布線的繁雜施工，大大降低成本、簡(jiǎn)化其監(jiān)控的架構(gòu)形式。同時(shí)，通過(guò)對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行的特殊校驗(yàn)處理和加密技術(shù)，以及對(duì)密文數(shù)據(jù)的特殊格式處理，一定程度上提高了無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和安全性。
文檔編號(hào)H04W12/02GK101833315SQ20101013834
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者周立南, 徐新民, 黃圣鏗 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)