一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统及方法与流程

本发明属于物联网支付领域，尤其涉及一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统及方法。

背景技术：

现有付费使用设备比如洗衣机、游戏机和抓娃娃机等。这些付费使用设备主要分为投币支付和支付码验证两种方式。投币支付采用专门的投币器，当用户放入足够数额的现金，投币机发送控制信号启动设备。支付码验证方式采用微信支付、支付宝支付等网络支付方式进行付费，付费后返回一个验证码，用户将验证码通过设备上的按钮输入，如果验证码输入正确，设备将启动工作或进行启动预设操作。

但是现有的支付装置存在以下缺陷：

(1)投币式付费式设备，使用时需提前准备零钱，灵活性差，消耗人力取币；

(2)刷卡充值式付费设备，使用时需要部署充值站点，人工成本高，卡易丢失，不便携带；

(3)支付码验证方式可被破解，安全性不高；

(4)投币、刷卡、支付码三种现有支付方式的设备都是离线的，无法时刻监控设备状态需要定期巡查。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统，其采用模拟控制信号的方式精确率高，采用在线支付的方式进行付费，运营成本低，灵活性高。

本发明的一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统，包括：

嵌入式物联网控制单元，其一端与付费使用设备的主控制器相连，另一端与订单服务器相连；所述订单服务器与移动终端相连，所述移动终端与支付服务器相连；

所述移动终端被配置为：

向订单服务器发送支付金额、用户信息、商家信息以及订单生成请求；

所述订单服务器被配置为：

响应订单生成请求，利用预存的商家非对称密钥中的公钥将接收到的用户信息和支付金额进行加密生成签名，并将签名与包含用户信息和支付金额的明文信息合并一起构成prepay信息；将prepay信息反馈至移动终端，再由移动终端传送至移动终端上的支付app构造业务数据，最后由支付app将业务数据发送到支付服务器；同时订单服务器等待支付服务器返回的支付成功信息；当收到支付成功信息，发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

所述支付服务器被配置为：

利用商家的非对称秘钥中的私钥验证prepay信息是否真实有效。如果prepay信息真实有效，支付服务器根据明文信息进行支付；支付完成后，支付完成结果通过同步方式返回给支付app，由支付app返回给移动终端；同时，支付服务器还将支付完成结果通过异步方式返回给订单服务器；订单服务器发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

本发明的嵌入式物联网控制单元负责从订单服务器接收格式化(json或者xml或者比特字符串)的指令，并转换成相应的控制指令输出至付费使用设备的主控制器内。

付费使用设备的指令类型包括：电平控制、异步串行通信控制和模拟按键控制。

电平控制：付费使用设备预定义接口电平实现控制，例如规定付费使用设备的投币器连接控制板上某接口在不工作的时候保持低电平，当收到0.1秒以上高电平的时候开始工作。为适应这种付费使用设备在嵌入式物联网控制单元上设置继电器控制高低电平。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述继电器与付费使用设备的主控制器的电平控制端口相连。

异步串行通信控制：付费使用设备预留异步串行通信接口实现控制。此种设备预先定义比特率、指令格式等多种控制信息定义。为适应这种付费使用设备在嵌入式物联网控制单元上设置uart(异步串行通信)。利用嵌入式物联网控制单元内部的程序将服务器的指令重新组织成相应的指令格式，并将其按照设备规定的比特率发送出去，实现控制。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述异步串行通信接口与付费使用设备的主控制器相连。

模拟按键控制：付费使用设备没有预留任何通讯接口。对于此种设备只能模拟人类操作来实现控制。当人对付费使用设备进行按键或者旋钮操作的时候，设备控制板将会收到不同的电平信号从而识别操作。在嵌入式物联网控制单元上设置多个模拟输出接口，并将它们与控制电路板焊接在一起。为了实现某个模拟按键，首先要分析控制电路板，并检测按键产生的电平信号(可能是一个电平，也可能是多个连续的电平变化)。获取了电平信号的变化后，就可以通过嵌入式物联网控制单元发送相同的电平变化。当付费使用设备的控制器收到电平变化信号后就会做相应工作。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述模拟输出接口分别与按键阵列和变阻器相连，所述按键阵列和变阻器分别与付费使用设备的主控制器相连。

进一步的，所述支付app为支付宝或微信。

进一步的，所述支付服务器为支付宝服务器或微信服务器。

进一步的，所述付费使用设备的主控制器还与投币器相连。

进一步的，所述支付服务器还被配置为：

将支付完成结果同步返回移动终端，同时采用异步将支付完成结果发送到支付服务器。支付服务器收到支付成功结果后发送指令给物联网控制单元，物联网控制单元发送信号给付费使用设备的主控制器，实施预设动作。

本发明还提供了一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的支付方法。

本发明的基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的支付方法，包括：

移动终端向订单服务器发送支付金额、用户信息、付费使用设备id以及订单生成请求；

订单服务器响应订单生成请求，利用预存的密钥对接收到的用户信息和支付金额进行加密生成签名，并将签名与包含用户信息和支付金额合的明文信息并一起构成prepay信息；将prepay信息反馈至移动终端，再由移动终端传送至支付app，最后由支付app构造业务数据并发给支付服务器；

支付服务器利用私钥来验证订单中的签名与明文信息的一致性，当订单中的签名与明文信息一致时，支付服务器根据明文信息进行支付。

进一步的，该方法还包括：支付服务器将支付完成结果通过同步方式返回给支付app，由支付app返回给移动终端；同时，支付服务器还将支付完成结果通过异步方式返回给订单服务器。由订单服务器发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

进一步的，该方法还包括：嵌入式物联网控制单元还负责监听付费使用设备的主控制器的工作状态信息并传送至订单服务器，再由订单服务器传送至移动终端。

进一步的，嵌入式物联网控制单元与付费使用设备的主控制器相互通信的方式为：电平控制或异步串行通信控制或模拟按键控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的基于物联网的付费使用设备的自助支付系统中的订单服务器响应订单生成请求，利用订单服务器上的公钥对将接收到的用户信息和支付金额进行签名并生成用于支付的prepay信息。所有的敏感信息都存储在服务器上，加密签名也是在服务器上完成的，所以支付过程更加安全。防止手机app被破解密钥丢失，防止别人替换商户信息重新打包发布app，盗取客户支付的费用。

(2)商家的支付信息(商家id、公钥等)存储于订单服务器上更灵活方便。商家的账户变动时只需要修改数据库中的信息就可以了，不必再通过升级app来实现商家信息的变化。如果每个付费设备对应不同商家也无需在移动终端中保存大量商家信息。

(3)本发明通过模拟控制信号实现嵌入式物联网控制单元与付费使用设备的主控制器之间的通信；本发明通过自行定义数据包格式来实现了订单服务器与嵌入式物联网控制单元之间的网络通信。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的结构示意图。

图2是本发明的付费使用设备的指令类型为电平控制的结构示意图。

图3是本发明的付费使用设备的指令类型为异步串行通信控制的结构示意图。

图4是本发明的付费使用设备的指令类型为模拟按键控制的结构示意图。

图5是本发明的基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的支付方法流程图。

图6是本发明的以支付宝为例展示支付流程。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明实施例中提及的移动终端可以包括个人电脑、平板电脑、智能手机以及穿戴式设备等运行有app应用的互联网设备，通过互联网与支付服务器进行通信，所述支付服务器可以为应用终端上运行的app应用的后台服务器。

图1是本发明的一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的结构示意图。

如图1所示，本发明的一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统，包括：

嵌入式物联网控制单元，其一端与付费使用设备的主控制器相连，另一端与订单服务器相连；所述订单服务器与移动终端相连，所述移动终端与支付服务器相连；

所述移动终端被配置为：

向订单服务器发送支付金额、用户信息、商家信息以及订单生成请求；

所述订单服务器被配置为：

响应订单生成请求，利用预存的商家非对称密钥中的公钥将接收到的用户信息和支付金额进行加密生成签名，并将签名与包含用户信息和支付金额的明文信息合并一起构成prepay信息；将prepay信息反馈至移动终端，再由移动终端传送至移动终端上的支付app构造业务数据，最后由支付app将业务数据发送到支付服务器；同时订单服务器等待支付服务器返回的支付成功信息；当收到支付成功信息，发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

所述支付服务器被配置为：

利用商家的非对称秘钥中的私钥验证prepay信息是否真实有效。如果prepay信息真实有效，支付服务器根据明文信息进行支付；支付完成后，支付完成结果通过同步方式返回给支付app，由支付app返回给移动终端；同时，支付服务器还将支付完成结果通过异步方式返回给订单服务器。订单服务器发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

其中，本发明的嵌入式物联网控制单元负责从订单服务器接收格式化(json或者xml或者比特字符串)的指令，并转换成相应的控制指令输入至付费使用设备的主控制器内。

付费使用设备的指令类型包括：电平控制、异步串行通信控制和模拟按键控制。

(1)电平控制：付费使用设备预定义接口电平实现控制，例如规定付费使用设备的控制板上某接口在不工作的时候保持低电平，当收到0.1秒以上高电平的时候开始工作。为适应这种付费使用设备在嵌入式物联网控制单元上设置继电器控制高低电平。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述继电器与付费使用设备的主控制器的电平控制端口相连，如图2所示。

(2)异步串行通信控制：付费使用设备预留异步串行通信接口实现控制。此种设备预先定义比特率、指令格式等多种控制信息定义。为适应这种付费使用设备在嵌入式物联网控制单元上设置uart(异步串行通信)。利用嵌入式物联网控制单元内部的程序将服务器的指令重新组织成相应的指令格式，并将其按照设备规定的比特率发送出去，实现控制。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述异步串行通信接口与付费使用设备的主控制器相连，如图3所示。

(3)模拟按键控制：付费使用设备没有预留任何通讯接口。对于此种设备只能模拟人类操作来实现控制。当人对付费使用设备进行按键或者旋钮操作的时候，设备控制板将会收到不同的电平信号从而识别操作。在嵌入式物联网控制单元上设置多个模拟输出接口，并将它们与控制电路板焊接在一起。为了实现某个模拟按键，首先要分析控制电路板，并检测按键产生的电平信号(可能是一个电平也可能是多个连续的电平变化)。获取了电平信号的变化后，就可以通过嵌入式物联网控制单元发送相同的电平变化。当控制电路板收到电平变化信号后就会做相应工作。

具体地，该嵌入式物联网控制单元包括嵌入式物联网控制器，所述嵌入式物联网控制器分别与继电器、异步串行通信接口和模拟输出接口相连；所述模拟输出接口分别与按键阵列和变阻器相连，所述按键阵列和变阻器分别与付费使用设备的主控制器相连，如图4所示。

本发明中的支付服务器为支付宝服务器或微信服务器。

在一实施例中，所述付费使用设备的主控制器还与投币器相连。

本发明在原有的投币式设备基础上进行改进，采用模拟控制信号的方式精确率高，使其既可以采用投币式也可以采用在线支付的方式进行付费，灵活性高。

在另一实施例中，所述支付服务器还被配置为：

将支付完成结果同步返回移动终端，同时采用异步将支付完成结果发送到支付服务器。支付服务器收到支付成功结果后发送指令给物联网控制单元，物联网控制单元发送信号给付费使用设备的主控制器，实施预设动作。

图5是本发明的一种基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的支付方法流程图。

如图5所示，本发明的基于物联网的付费使用设备的自助支付系统的支付方法，包括：

步骤1：移动终端向订单服务器发送支付金额、用户信息以及订单生成请求；

步骤2：订单服务器响应订单生成请求，利用预存的密钥对接收到的用户信息和支付金额进行加密生成签名，并将签名与包含用户信息和支付金额合的明文信息并一起构成prepay信息；将prepay信息反馈至移动终端，再由移动终端传送至支付app，最后由支付app构造业务数据并发给支付服务器；

步骤3：支付服务器利用私钥来验证订单中的签名与明文信息的一致性，当订单中的签名与明文信息一致时，支付服务器根据明文信息进行支付。

在另一实施例中，该方法还包括：支付服务器将支付完成结果通过同步方式返回给支付app，由支付app返回给移动终端；同时，支付服务器还将支付完成结果通过异步方式返回给订单服务器。由订单服务器发送指令给物联网控制单元，然后发送控制信号给付费使用设备控制器实施预设动作。

在另一实施例中，该方法还包括：嵌入式物联网控制单元还负责监听付费使用设备的主控制器的工作状态信息并传送至订单服务器，再由订单服务器传送至移动终端。

其中，嵌入式物联网控制单元与付费使用设备的主控制器相互通信的方式为：电平控制或异步串行通信控制或模拟按键控制。

本发明支持“支付宝”“微信”等多种支付方式。一般情况下将支付的信息写在app中，但是这种方式不够灵活方便。如果需要向多个不同商家付款或者商家的账户变动时将会带来不便，只能通过升级app来实现商家信息的变化。本发明将商家的支付信息和用于签名的秘钥存储于订单服务器中。如图6所示，以支付宝为例展示支付流程。当需要支付的时候先向订单服务器发送请求(第一步)，订单服务器用商户信息、支付金额、加密签名等信息构造prepay信息(第二步)，app得到由服务器返回的prepay信息(第三部)后发发送给手机支付宝(第四步)。所有的敏感信息都存储在订单服务器上，加密签名也是在订单服务器上完成的，所以支付过程更加安全。防止手机app被破解密钥丢失，防止别人替换商户信息重新打包发布app(客户将钱付到别人那里)。

其中，prepay信息是向手机支付宝请求生成订单时递交的一个信息串，里面包含商户id，支付宝账号，支付金额等，最后需要用密钥对这些信息加密生成签名。将签名和前面的信息合并在一起构成prepay信息。前面的信息都是明文传输，只有支付宝有密钥能将验证明文信息和签名是否一致，因此可以确定明文信息是否被篡改。

当支付完成的时候手机app和订单服务器都将收到来自支付宝服务器的通知。手机app是同过第7和第8步获得支付成功信息，订单服务器是通过第9步获得支付成功信息。这时手机app可以向订单服务器发送操作指令，订单服务器只要校验“支付通知”，确认已经支付后就可以发送指令给嵌入式物联网控制单元。

本发明的基于物联网的付费使用设备的自助支付系统中的订单服务器响应订单生成请求，利用预存的密钥对将接收到的用户信息和支付金额进行加密生成签名，并将签名与包含用户信息和支付金额合的明文信息并一起构成订单；而且支付服务器利用与订单服务器内预存的相同密钥对接收到的订单进行解密，来验证订单中的签名与明文信息的一致性，当订单中的签名与明文信息一致时，支付服务器根据明文信息进行支付，提高了整个支付过程的安全性；

本发明通过模拟控制信号实现嵌入式物联网控制单元与付费使用设备的主控制器之间的通信；本发明通过自行定义数据包格式来实现了订单服务器与嵌入式物联网控制单元之间的网络通信。

本发明解决了大量现有设备无法联网控制网上支付的问题。本发明通过对现有设备的简单改造，增加物联网控制单元，在不影响设备原有功能的前提下扩展了手机支付，手机控制，手机监控功能。用户不需要提前准备零钱或者输入支付码，极大地提高了灵活性；管理方节约了人力取币，降低成本；不需要输入支付码，避免有人恶意破解，提高了管理方的安全性。本发明的改造成本很低，以极低的成本将一个本地手动操作的设备，变为一个可以网上控制监控的网络设备。

本发明还解决了手机支付管理的难题，大量设备属于不同商家，商家信息频繁更换的问题。只要将设备和商家支付信息绑定，就可以轻松解决。同时极大的提高了安全性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。