技术领域
[0001] 本发明涉及预付费水表系统及管理技术领域，具体提供一种分体式预付费水表系统及其管理方法。
相关背景技术
[0002] 随着智能水表应用越来越普遍，智能水表也迎来新的挑战。
[0003] 目前传统的水表管理方式具体表现不足的地方如下：1、水表多安装在管道井或地井中，复杂的环境不利于用户的直接购水以及维修人员的维护，用户和维修人员均需要打开井盖、表箱等才能操作；
2、由于水表的工作环境恶劣，无论如何防护，总会或多或少对水表的电子部分造成影响，进而影响智能水表的精确性。
[0004] 相应地，本领域需要一种新的分体式预付费水表方案来解决上述问题。
具体实施方式
[0021] 下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
[0022] 在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
[0023] 参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的分体式预付费水表系统的主要结构框图。如图1所示，本发明实施例中的分体式预付费水表系统100主要包括基表、微处理器104、发射模块101以及射频模块105，所述基表至少包括计量模块107、检测模块102以及阀门模块103；
所述微处理器104分别与发射模块101、射频模块105、计量模块107、检测模块102以及阀门模块103进行交互，以实现对各个模块进行控制；
所述射频模块105包括MF1射频单元1051和红外单元1052，用于实现射频卡或者控制设备对水表进行远程操作与控制；
所述发射模块101包括NB‑IoT单元1011和天线单元1012，所述NB‑IoT单元1011通过天线单元1012实现与物联网平台的交互，以实现水表与物联网平台的信息同步；
所述天线单元1012还连接有加密模块106，用于对天线单元1012发送或者接收的数据进行加密或者解密，以保证传输信息的安全；
所述计量模块107用于获取水流数据；
所述检测模块102包括分离检测单元1021，用于检测基表是否与其余模块分离，以采集基表分离信号；
所述检测模块102还包括攻击检测单元1022，用于检测环境磁场强度，以采集水表的磁攻击信号；
所述阀门模块103基于微处理器104的指令执行对应操作。
[0024] 进一步地，在一些实施例中，所述水表系统为分体式结构，具体地，所述基表与其余模块之间可分离结构，所述基表上设置有距离传感器，以获取基表与其余模块之间的距离数据，进而实现根据基表与其余模块上的距离判定所述基表与其余模块之间是否呈分离状态。
[0025] 进一步地，在一些实施例中，所述系统还包括交互模块108，所述交互模块108与微处理器104交互，所述交互模块108包括显示单元1081、指示单元1082与按键单元1083，所述显示单元1081用于显示水表的运行数据，所述指示单元1082用于显示水表的状态，所述按键单元1083用于采集用户的按键指令。
[0026] 具体地，在一些实施例中，所述显示单元1081可以是显示屏，所述指示单元1082可以是指示灯、提示语音、警示音之中的一种或多种，此处显示单元1081以及指示单元1082的选择只是示例性说明，在实际测试中本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不再赘述。
[0027] 进一步地，在一些实施例中，所述系统还包括电源模块109，所述电源模块109与各个模块电性连接，以实现对各个模块的供电。
[0028] 进一步地，在一些实施例中，所述加密模块106内设置有加密解密模型，所述加密解密模型内以及所述物联网平台内均预设有周期性更新的验证系数数据库，并且，两个所述验证系数数据库相互同步，以便于加密模块106以及物联网平台对交互的信息进行加密或者解密。
[0029] 具体地，在一些实施例中，所述验证系数数据库内的验证系数与各个时间一一对应。
[0030] 具体地，在一些实施例中，所述验证系数可以是24个，所述时间的单位是小时；所述验证系数也可以是31个，所述时间的单位也可以是天，此处验证系数以及时间的数量的设置只是示例性说明，在实际测试中本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要满足所述验证系数数据库内的验证系数与各个时间一一对应即可，此处不再赘述。
[0031] 具体地，在一些实施例中，所述物联网平台与至少一个水表进行交互。
[0032] 在上述实施例中，通过设置MF1射频单元1051和红外单元1052，实现用户对水表的远程操作，并且，水表的NB‑IoT单元1011通过天线单元1012实现水表以及物联网平台的交互，通过设置加密模块106实现对与物联网平台的交互的信息进行加密或者解密，提高了水表与物联网平台之间的数据传输的安全，避免了现有技术中用户对水表的维护或操作均艰难的技术问题，通过设置分离检测单元1021以及攻击检测单元1022实现在水表发生分离或者水表受到的磁攻击时，水表可以及时作出对应操作，使得水表在发生水表发生分离或者水表受到磁攻击的异常情况时，水表通过控制指示单元1082执行告警操作并控制阀门模块103执行关闸操作，以做到及时自主处理，提高了水表应对异常情况的处理能力，进而保证了水表的精准性，避免了现有技术中水表极易受到损坏的问题。
[0033] 进一步，本发明还提供了一种预付费水表管理方法。
[0034] 参阅附图2，图2是根据本发明的一个实施例的预付费水表管理方法的主要步骤流程示意图。如图2所示，本发明实施例中的预付费水表管理方法应用于上述任一项所述的分体式预付费水表系统100，所述方法主要包括下列步骤S201‑步骤S205。
[0035] 步骤S201：所述检测模块102获取基表的当前状态数据以及环境磁场强度数据，并对获取到的数据进行分析，选择性地向微处理器104发出检测信号；具体地，在一些实施例中，“所述检测模块102获取基表的当前状态数据以及环境磁场强度数据，并对获取到的数据进行分析，选择性地向微处理器104发出检测信号”包括：
所述分离检测单元1021获取基表的当前状态数据，并且，所述攻击检测单元1022获取环境磁场强度数据；
基于获取到的数据进行分析，判断是否出现所述基表与其余模块呈分离状态和/或所述水表受到磁攻击；
若出现所述基表与其余模块呈分离状态，则所述分离检测单元1021向所述微处理器104发出基表分离信号；
和/或，若出现所述水表受到磁攻击，则所述攻击检测单元1022向所述微处理器
104发出受攻击信号。
[0036] 具体地，在一些实施例中，基于获取到的数据进行分析，判断是否出现所述基表与其余模块呈分离状态和/或所述水表受到磁攻击包括：若所述当前状态数据中的基表与所述水表的其余模块之间的距离数据超过预设
距离阈值，则判断所述基表与其余模块呈分离状态；
和/或，若获取到的环境磁场强度数据超过预设的磁场强度阈值，则判断所述水表受到磁攻击。
[0037] 步骤S202：所述微处理器104响应于检测模块102的检测信号，控制指示单元1082执行告警操作，并控制阀门模块103执行关阀操作；步骤S203：所述微处理器104获取水表的数据，并将所述数据发送至加密模块106，其中，所述水表的数据至少包括所述水表的运行数据、故障信息以及操作日志；
步骤S204：所述加密模块106将所述数据输入至训练好的加密解密模型中，得到加密数据包，所述加密数据包至少包括已经加密处理的数据以及调用码；
进一步地，在一些实施例中，所述方法还包括：
所述NB‑IoT单元1011通过天线单元1012接收所述物联网平台的加密指令数据包，所述加密指令数据包至少包括已经加密的执行指令以及调用码；
所述NB‑IoT单元1011将所述接收到的加密指令数据包发送至微处理器104；
所述微处理器104将所述加密指令数据包发送至加密模块106，所述加密模块106将所述加密指令数据包输入至训练好的加密解密模型中，得到所述执行指令，所述加密模块106将所述执行指令反馈至所述微处理器104；
所述微处理器104基于所述执行指令控制与所述执行指令对应的模块执行对应操作。
[0038] 进一步地，在一些实施例中，“所述加密模块106将所述数据输入至训练好的加密解密模型中，得到加密数据包”之前，所述方法还包括以下步骤对所述加密解密模型进行训练：获取加密训练样本集以及解密训练样本集，所述加密训练样本集至少包括多组待加密的数据样本以及所述数据样本对应的位置编号，所述解密训练样本集至少包括多组待解密的加密样本，所述加密样本至少包括已经加密的执行指令以及调用码；
获取当前时间以及所述模型内预存的当前的验证系数数据库，其中，所述验证系数数据库内的验证系数与各个时间一一对应；
基于所述多组待加密的数据样本、所述数据样本对应的位置编号以及当前时间，得到已经加密的多组数据样本以及各个数据样本对应的调用码，并基于已经加密的数据样本以及所述数据样本对应的调用码组成加密数据包；
或者，基于所述多组待解密的加密样本以及当前的验证系数数据库，得到各个加密样本对应的执行指令。
[0039] 具体地，在一些实施例中，所述“基于所述多组待加密的数据样本、所述数据样本对应的位置编号以及当前时间，得到已经加密的多组数据样本以及各个数据样本对应的调用码，并基于已经加密的数据样本以及所述数据样本对应的调用码组成加密数据包”包括：基于所述多组待加密的数据样本、所述数据样本对应的位置编号、当前时间，得到已经加密的多组数据样本以及各个数据样本对应的调用码，其中，所述调用码至少依次由时间数位、位置数位、随机码数位以及与加密对应的事项码组成；
基于所述已经加密的数据样本以及所述数据样本对应的调用码组成加密数据包。
[0040] 具体地，在一些实施例中，所述时间数位可以是两个数字指代日期，也可以是四个数据指代日期和时，所述位置数位可以是6个数字，也可以是8个数字，所述随机数位可以是随机的6位，也可以是随机的8位，所述与加密对应的事项码可以是0，此处时间数位、位置数位、随机数位以及与加密对应的事项码的选择只是示例性说明，在实际测试中本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不再赘述。
[0041] 具体地，在一些实施例中，所述“基于所述多组待解密的加密样本以及当前的验证系数数据库，得到各个加密样本对应的执行指令”包括：基于所述多组待解密的加密样本中的调用码，获取所述调用码中时间数位对应的时间、与执行指令对应的位置编号、随机码以及与解密对应的事项码；
基于各个随机码以及验证系数数据库中与各个时间所对应的验证系数，得到各个加密样本的验证码；
基于各个加密样本的验证码对各个加密样本进行解密，得到各个加密样本对应的执行指令，其中，所述执行指令至少包括与加密样本对应的执行事项以及与执行事项对应的位置编号。
[0042] 具体地，在一些实施例中，所述加密解密模型中采用SM4加密算法或者AES128加密算法对待加密的数据样本进行加密。
[0043] 具体地，在一些实施例中，此处以加密解密模型采用SM4加密算法为例，所述加密解密模型对水表的数据进行加密时：获取水表的数据；
将水表的数据变换为二进制的明文，其中，明文长度为128 bit，并且将明文分为四组，每组长度为32bit；
基于水表的位置编号以及当前时间，得到水表的数据对应的调用码；
将调用码转换为二进制的秘钥，其中，秘钥长度为128bit，并且将秘钥分为四组，每组长度为32bit；
通过秘钥扩展算法生成32组32bit的轮秘钥；
轮函数通过以下公式计算：
；
；
其中， 为明文，L 为线性变换；τ 为非线性变换。 为轮密钥且由密钥扩展算法产生，取0至31的整数。
[0044] 其中加密密钥 ，系统参数 ，
轮秘钥通过以下公式生成：
；
；
则加密变换输出值通过以下公式计算：
；
其中， 为加密后的水表的数据；
则实现对水表的数据的加密。
[0045] 具体地，解密方法与加密方法结构相同，但轮秘钥的使用顺序相反；在解密之后获得调用码，再根据调用码获取所述调用码中时间数位对应的时间、与执行指令对应的位置编号、随机码以及与解密对应的事项码；
基于各个随机码以及验证系数数据库中与各个时间所对应的验证系数，得到各个加密样本的验证码；
基于各个加密样本的验证码对各个加密样本进行解密，得到各个加密样本对应的执行指令，其中，所述执行指令至少包括与加密样本对应的执行事项以及与执行事项对应的位置编号。
[0046] 具体地，各个随机码以及验证系数数据库中与各个时间所对应的验证系数的计算可以是相乘，也可以是相除，此处随机码与验证系数的计算方式的选择只是示例性说明，在实际测试中本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不再赘述。
[0047] 步骤S205：所述微处理器104将所述加密数据包发送至NB‑IoT单元1011，所述NB‑IoT单元1011基于加密数据包通过所述天线单元1012传输至物联网平台。
[0048] 具体地，在一些实施例中，当物联网平台获取到用户预付费信息后，对用户的充值数据进行加密，并将加密后的用户充值成功的执行指令发送至与用户对应的水表，以实现物联网平台与水表对预付费信息的传输。
[0049] 进一步地，在一些实施例中，所述方法还包括：所述射频模块105响应于射频卡的感应信号或者控制设备的操作指令，将所述感应信号或者操作指令发送至所述微处理器104；
所述微处理器104基于所述感应信号或者操作指令选择性地控制各个模块执行对应操作。
[0050] 具体地，在一些实施例中，用户将所述射频卡接近射频模块105，使得射频模块105的MF1射频单元1051接收到射频卡的感应信号，所述射频模块105的MF1射频单元1051将所述感应信号发送至所述微处理器104，所述微处理器104基于所述感应信号控制对应模块执行对应操作，实现了对水表的操作和控制，或者，用户或者管理人员通过控制设备向水表发送操作指令，使得射频模块105的红外单元1052接收到所述控制设备所发出的红外信号，所述红外单元1052将所述操作指令发送至所述微处理器104，所述微处理器104基于所述感应信号控制对应模块执行对应操作，实现了对水表的远程操作和控制；具体地，此处微处理器104根据感应信号控制的对应模块可以是交互模块的显示单元，并且，执行的对应操作可以是显示水表余额，微处理器104根据感应信号控制的对应模块也可以是阀门模块，并且，执行的对应操作也可以是开启或者关闭阀门，此处微处理器104根据感应信号控制的对应模块执行对应操作的设置只是示例性说明，在实际测试中本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，此处不再赘述。
[0051] 基于上述步骤S201‑步骤S205，通过在模型训练中，根据数据样本对应的位置编号以及当前时间，对该数据样本进行加密并且生成对应的调用码，实现了加密解密模块对水表数据的加密，以便于物联网平台可以根据该调用码得到可以对已经加密的该数据样本进行解密的验证码，并且，根据加密样本中的调用码获取对应的时间、位置编码、随机码以及事项码，再结合该随机码以及与时间对应的验证系数得到验证码，再根据该验证码对该加密样本进行解密，得到执行指令，实现了对物联网平台发出的加密样本的解码，以得到执行指令以及与执行指令对应的水表，实现了物联网平台对多个水表的精准性控制，提高了水表对执行指令的准确执行。
[0052] 需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时（并行）执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
[0053] 上述分体式预付费水表系统100以用于执行图2所示的预付费水表管理方法实施例，两者的技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，本技术领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，分体式预付费水表系统100的具体工作过程及有关说明，可以参考预付费水表管理方法的实施例所描述的内容，此处不再赘述。
[0054] 本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
[0055] 进一步，本发明的分体式预付费水表系统100还包括控制装置。所述控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的预付费水表管理方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的预付费水表管理方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。
[0056] 进一步，本发明的分体式预付费水表系统100还包括计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的预付费水表管理方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述预付费水表管理方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。
[0057] 进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
[0058] 本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
[0059] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
