试论加密传感器的设计方案和实际应用

　　摘 要：随着现代科学技术的发展，出租车逐渐成为了人们出行的重要交通工具。但是由于技术和管理等方面存在漏洞，导致出租车的计价管理困难。为了实现对出租车计价的有效管理，就必须要加强技术研究。现有出租车计价系统存在漏洞是导致出租车管理混乱的一个重要原因。加密传感器的使用，能够实现对出租车计价系统的优化，提高出租车计价的准确性。

　　关键词：出租车计价器；加密装置；解码器；密码写入装置

　　在出租车计价器设计中使用加密传感器技术，是为了避免计价作弊等问题，保护消费者的利益。比如，某些不法分子利用空车牌设计的缺陷，在乘客上车之前，汽车已经提前进入了计价状态。在乘客上车之后，司机只需要按倒空车牌，就可以置入预先的计价里程，侵害了消费者的利益。事实上，出租车计价器作弊的方式还有很多，这不仅降低了计价器计价的可靠性，而且也给统一管理工作增加了难度。虽然我国计量部门已经采取了措施，实现了对计价器的统一安装，但是设计本身的缺陷让很多不法分子钻了空子，出租车司机私自更改计价传感器的行为较为普遍。

　　1 出租车传感器加密算法模型

　　通过对出租车计价器作弊行为的分析可知，传感器所发送的计算脉冲没有加密是导致出租车计价器计价漏洞的根本原因。加密传感器在出租车计价器中的使用就是要实现对计算脉冲的加密，实现脉冲的加密传输，解码后再传递给计价器，实现了计价器的有效计价。置换表是所有算法模型中最简单的一种，但是在出租车计价器中使用的效果却较好。在置换表中，不同的信号脉冲对应表中的一个偏移量，偏移量所对应的值就构成了加密文件。在加密传感器中，加密和解密工作都需要用到置换表，而且由于其结构较为简单，加密和解密的速度都很快。

　　在具体设计中，首先要以置换表为依据，将出租车电子传感器中的所有计价脉冲信号都转换成二进制数，这就实现了对计价脉冲信号的加密。然后加密后的脉冲信号将会发送给特定的解码器，当解码器接收到加密脉冲信号后，会对加密文件和原有的密码进行比较，判断传感器所发送信号的有效性。如果解码器判断传感器所发送的脉冲信号有效，那么就会向计价器发送计价脉冲信号，否则不发送。

　　在这个模型中，只有解码器中的固有密码和加密脉冲相同时，计价器才能够开始计价，否则将无法计价。在统一管理工作中，计量部门可以通过改变加密协议、加密密码等方式，实现对出租车计价的有效管理。

　　2 出租车计价器加密传感器的设计

　　2.1 出租车加密传感器的构成

　　加密装置、解码器以及密码写入装置共同构成了加密传感器。加密器的主要工作是接收计价脉冲信号，当加密器检测到脉冲信号发生变化后，就会将加密信号发送给解码器。解码器的主要作用就在接收到加密文件后，通过比较、判断等环节，实现对加密脉冲信号的判断和解码。同时，解码器也可以接受密码写入装置输入的信号。因为加密装置会接收到来自加密装置和密码写入装置两方面的信息，因此，解码器会有一个识别功能，能够辨别信号的类型。通常情况下，解码器会通过判断所接受第一个数据删除的类型，来判断信号的类型。如果第一组数据不是字符，那么将会和解密器中的密码进行比较，如果相同就会将脉冲信号发送给计价器。如果第一组数据是字符，那么就认为是密码写作装置所发送的信号，解码器会将其保存到E2PROM中作为固定的密码。图1为加密传感器的系统构成，从图中可以看出加密装置、解码器和密码写入装置的基本关系。

　　图1 加密传感器系统构成

　　密码写入装置的主要作用就是为了方便计量部门的密码修改工作。首先，识别出密码写入装置中所设定的密码，当检测到按键被按下后，同步的字符就会发送给解码器。最后，由解码器对比和分析后，存储为固定密码。

　　2.2 加密器设计

　　加密器是加密传感器中的重要组成部分，加密器的固定密码采用的二进制数，通常是由16个数字组成，但是表现时则采用5位十进制的数字表示。在发送脉冲信号时，1～9发送与其数值相等的脉冲而0则发送10个脉冲。脉冲是有固定格式的，脉冲的高电平时间为15us，低电平时间为10us。在实际工作中，要求发送每一个数字的时间要小于255us。加密器具体的工作流程如图2所示：

　　2.3 解码器设计

　　解码器在整个加密传感器中起到了接收密码写入装置和加密器所输入信号的作用，同时还能够判断信号的类型，并在此基础上进行不同的处理。解码器在设计中主要包含了两方面内容：

　　第一，密码存储。串行E2PROM具有体积小、功耗低以及改写便捷等特点，在出租车加密传感器中使用较为广泛。I2C总线是串行E2PROM总线的一种形式之一，I2C又称之为内部集成线路总线，在数据传输过程中采用了SCL、SDA两种方式，这两种数据传输方式的特点就在于接口较为简单。这种总线模式在目前出租车计价器加密传感器中的应用较为普遍。

　　第二，密码接收。数据接收功能是解码器的基本功能，在实际工作中，要确保数据读取的准确性，就必须要使用正确的方式接收密码，尤其强调密码接收的时序。传感器发送信号的最小时间是20ms，因此，密码发送的时间是决定解码器接收时间的主要因素。在这种模式下，能够将计价脉冲的发送时间控制在最短时间内。在具体的解码工作中，解码器首先读取E2PROM中保存着的固定密码，然后在寄存器中对数据的类型进行判断。比对后，如果显示密码正确，那么在GP0引脚上就会发送高脉冲，进而实现计价器的计价。但是如果接收到的信号是密码写入装置发送来的，那么解码器就会接收这几个数据，并将这些数据写入到00h-04h中，完成后改程序即终止。

　　2.4 密码写入装置设计

　　密码写入装置是由计量部门控制的，具有修改密码的作用，因此，要求发送的时序和加密器一致。为了实现解码器对脉冲信号的有效判断，就必须要在发送新密码之前，先发送一个同步字符。在具体设计中，设置了5个小数字键，方便密码的设置和修改。这5个小数字键分别代表的是个位到万位的数据。

　　在密码写入装置中，还设置了一个开关，用于设置密码的启动功能，会产生由高到低的跳变。当单片机在检测到变化时，就会开始发送新密码。密码写入装置的工作流程如图3所示：

　　3 结束语

　　加密传感器在出租车计价器中的使用，不仅提高了出租车计价的准确性，而且方便了计量部门对出租车计价的管理。将加密传感技术应用于出租车计价系统中，首先就要建立一个加密模型，在这个加密模型的基础上，实现对加密装置、解码器以及密码写入装置的设计。

　　参考文献

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