CN109905854A - 一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章 - Google Patents

一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一款基于NB‑IoT通信技术的智慧印章，该智慧印章由智慧硬件和智慧软件两部分构成；所述智慧硬件包括印盖动作识别结构、超低功耗MCU、NB‑IoT模组、天线、电池及电源管理，所述印盖动作识别结构上设有通过印章盖章动作触发的开关触发装置，开关输出与MCU外部中断引脚连接，MCU通过串口与NB‑IoT模组进行通信，NB‑IoT模组通过天线进行数据收发；所述智慧软件为嵌入式软件，所述智慧软件的主循环加中断子程序的结构，中断子程序用来处理包括盖章动作和定时上传的特定事项，实现智慧印章信息记录。可实现对印章使用情况的数据采集、信息处理、信息备份、信息上传的功能，通过数据信息全面掌握印章的使用情况，有效预防和避免印章私用和滥用。

Description

一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章
【技术领域】
本发明涉印章管理技术的技术领域，特别是一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章。
【背景技术】
随着智能城市、大数据时代的来临，移动通信正在向人与物以及物与物的连接迈进，无线通信将实现万物连接是必然趋势，然而当前的4G网络以及近距离通信方式在连接上存在能力不足。当前趋势下一种NB-IoT网络技术在全球范围内广泛应用，凭借其覆盖广、低功耗、海量连接、穿透力强、成本低等优势正在得到飞速发展，为万物互联提供了夯实的基础，国内各大运营商和设备商也正在积极部署和推动，极快地推动着万物连接的发展。考虑NB-IoT网络技术的应用前景及优势，物联网的方案思路，以及印章的应用场景，本发明设计基于NB-IoT网络技术来实现。
目前我国有千万家企业及公司，并且每年都在以一定比例增加，在处理公司事务时公章类的印章必不可少，它是公司及企业的重要标签，并且具有法律效力。而大部分企业都在仍在继续使用传统印章，对印章的管理还是采用传统的人工方式，通过使用电子文档或纸质文档来保存或记录印章的使用情况，使用时直接由业务执行者自行携带和执行印盖操作，脱离了公司及可控范围。这种传统方式缺乏有效管理手段，使用记录容易丢失，也不能真实准确的记录每个印章实际使用及状态具体信息，做不到快速准确的确认是否出现公章私用或滥用的情况，一旦出现问题难以追溯，为不法分子提供了可乘之机。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，能够有效预防和避免印章私用和滥用。
为实现上述目的，本发明提出一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，该智慧印章由智慧硬件和智慧软件两部分构成；
所述智慧硬件包括印盖动作识别结构、超低功耗MCU、NB-IoT模组、天线、电池及电源管理，所述印盖动作识别结构上设有通过印章盖章动作触发的开关触发装置，开关输出与MCU外部中断引脚连接，MCU通过串口与NB-IoT模组进行通信，NB-IoT模组通过天线进行数据收发；
所述智慧软件为嵌入式软件，所述智慧软件的主循环加中断子程序的结构，中断子程序用来处理包括盖章动作和定时上传的特定事项，实现智慧印章信息记录，主循环实现信息发送和低功耗管理，信息发送实现控制NB-IoT模组通过NB-IoT网络完成使用信息和状态信息的封包发送，低功耗实现空闲检测和节电操作，并完成被唤醒后工作状态的就绪，中断子程序和主循环程序通过消息队列实现数据和状态的交互和访问。
作为优选，所述印盖动作识别结构包括开关触发装置和印章，所述开关触发装置上设置有多个行程弹簧、行程弹簧仓、限位螺钉和一个PCB板，所述印章通过多个行程弹簧活动安装于开关触发装置内，所述开关触发装置内设有用于容置行程弹簧的行程弹簧仓，所述PCB板通过多个紧固螺钉安装于开关触发装置的内腔，所述限位螺钉对称安装于PCB板上，所述PCB板的靠近印章的一端面安装有按键开关，在盖章按压动作下，印章的章面压缩行程弹簧，直至印章与限位螺钉的端部相抵靠限位，并触发按键开关输出通断信号，按键开关输出与MCU外部中断引脚连接，实现盖章动作的识别。
作为优选，所述智慧印章信息记录包括：使用信息记录和状态信息记录，所述使用信息记录包括记录盖章动作及盖章时的位置、时间以及设备序列号，使用信息为实时上报，一旦产生使用信息，即刻通过NB-IoT网络进行上报；所述状态信息记录包括记录当前智能印章的所在位置、时间及设备序列号，状态信息为定时上报，即定时将当前采集的状态通过NB-IoT网络进行上报。
作为优选，所述中断子程序采用外部中断子程序记录印章使用的次数、RTC时间信息，序列号信息，位置信息整理打包形成使用信息，按先后顺序推入数据消息队列；采用RTC闹钟中断子程序定时记录时间信息，序列号信息，位置信息打包形成状态信息并推入数据消息队列。
作为优选，智慧印章的信息通道是基于NB-IoT蜂窝网络技术实现的，智慧印章状态信息和基本信息均通过NB-IoT网络上传到云平台，NB-IoT网络由NB-IoT模组支撑，MCU对NB-IoT模组进行控制和调度；智慧硬件的MCU查询到信息队列有信息待上传时，通过串口发送AT命令给NB-IoT模组，NB-IoT模组按照AT命令可实现包括位置信息获取、云平台连接和数据通信的功能。
作为优选，所述低功耗管理用于完成空闲检测，断电NB-IoT模块，MCU进入低功耗模式的操作，使得印章设备在空闲不使用时处于极低功耗状态；在主循环中执行计数超时机制，达到预设数值时仍无信息需发送，则判定为空闲，否则，一旦有信息发送清零计数；主循环判定为空闲，则执行断开NB-IoT网络，断电NB-IoT模组，清除状态，MCU进入低功耗模式操作；在MCU低功耗状态下，中断可以唤醒MCU，MCU即刻恢复继续向下执行时钟恢复并重新上电NB-IoT模组，使得系统进入正常工作状态，所述中断包括外部或模块中断。
作为优选，所述智慧印章的信息包包含的信息域有：同步头，设备序列号，时间，盖章计数，位置信息，预留，同步尾。
本发明的有益效果：本发明针对传统印章因缺乏有效管理管控手段而带来的印章私用滥用的问题，采用物联网思维，基于NB-IoT模组完成印章使用情况的有效掌控，降低和避免此类风险发生；可实现对印章使用情况的数据采集、信息处理、信息备份、信息上传的功能，通过数据信息全面掌握印章的使用情况，有效预防和避免印章私用和滥用；解决问题和增加智能化管控的同时，不改变传统印章的使用习惯；同时支撑印章使用数据的追溯，分析和挖掘；并对普通2G/3G/4G信号不理想场所，如偏远山区、楼道内，地下车库等，有更好的连结性和稳定性。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的智慧软件主体结构图；
图3为本发明的系统智慧软件主流程示意图；
图4为本发明的印盖动作识别结构俯视图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为图4的B-B剖视图；
图7为图4的C-C剖视图；
图8为本发明的中断子程序流程示意图；
图9为本发明的主循环功能流程示意图。
【具体实施方式】
参阅图1和图2本发明一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，该智慧印章由智慧硬件和智慧软件两部分构成；
参阅图1，智慧硬件包括印盖动作识别结构、超低功耗MCU、NB-IoT模组、天线、电池及电源管理等部分，所述印盖动作识别结构上设有通过印章盖章动作触发的开关触发装置，开关输出与MCU外部中断引脚连接，MCU通过串口与NB-IoT模组进行通信，NB-IoT模组通过天线进行数据收发；
进一步地，印盖动作识别结构包括开关触发装置和印章1，参阅图4-图7，所述开关触发装置上设置有多个行程弹簧2、行程弹簧仓3、限位螺钉4和一个PCB板5，所述印章1通过多个行程弹簧2活动安装于开关触发装置内，所述开关触发装置内设有用于容置行程弹簧2的行程弹簧仓3，所述PCB板5通过多个紧固螺钉6安装于开关触发装置的内腔，所述限位螺钉4对称安装于PCB板5上，所述PCB板5的靠近印章1的一端面安装有按键开关7，在盖章按压动作下，印章1的章面压缩行程弹簧2，直至印章1与限位螺钉4的端部相抵靠限位，并触发按键开关7输出通断信号，按键开关7输出与MCU外部中断引脚连接，实现盖章动作的识别。
参阅图2，智慧软件为嵌入式软件，所述智慧软件的主循环加中断子程序的结构，中断子程序用来处理包括盖章动作和定时上传的特定事项，实现智慧印章信息记录，主循环实现信息发送和低功耗管理，信息发送实现控制NB-IoT模组通过NB-IoT网络完成使用信息和状态信息的封包发送，低功耗实现空闲检测和节电操作，并完成被唤醒后工作状态的就绪，中断子程序和主循环程序通过消息队列实现数据和状态的交互和访问。整套智慧系统根据指定条件在正常工作状态和低功耗状态进行切换，智慧软件主体流程如图3所示。
所述智慧印章信息记录包括：使用信息记录和状态信息记录，所述使用信息记录包括记录盖章动作及盖章时的位置、时间以及设备序列号，使用信息为实时上报，一旦产生使用信息，即刻通过NB-IoT网络进行上报；所述状态信息记录包括记录当前智能印章的所在位置、时间及设备序列号，状态信息为定时上报，即定时将当前采集的状态通过NB-IoT网络进行上报。
进一步地，中断子程序采用外部中断子程序记录印章使用的次数、RTC时间信息，序列号信息，位置信息整理打包形成使用信息，按先后顺序推入数据消息队列；采用RTC闹钟中断子程序定时记录时间信息，序列号信息，位置信息打包形成状态信息并推入数据消息队列，如图8所示。
进一步地，智慧印章的信息通道是基于NB-IoT蜂窝网络技术实现的，智慧印章状态信息和基本信息均通过NB-IoT网络上传到云平台，NB-IoT网络由NB-IoT模组支撑，MCU对NB-IoT模组进行控制和调度；智慧硬件的MCU查询到信息队列有信息待上传时，通过串口发送AT命令给NB-IoT模组，NB-IoT模组按照AT命令可实现包括位置信息获取、云平台连接和数据通信的功能。设计主循环的信息发送功能实现上述控制，调度，网络和发送功能，具体实现逻辑及流程如图9所示。
进一步地，参阅图9，所述低功耗管理用于完成空闲检测，断电NB-IoT模块，MCU进入低功耗模式的操作，使得印章设备在空闲不使用时处于极低功耗状态；在主循环中执行计数超时机制，达到预设数值时仍无信息需发送，则判定为空闲，否则，一旦有信息发送清零计数；主循环判定为空闲，则执行断开NB-IoT网络，断电NB-IoT模组，清除状态，MCU进入低功耗模式操作；在MCU低功耗状态下，中断(外部或模块中断)可以唤醒MCU，MCU即刻恢复继续向下执行时钟恢复并重新上电NB-IoT模组，使得系统进入正常工作状态，所述中断包括外部或模块中断。
进一步地，为了便于数据信息处理及解析，智慧印章的信息包包含的信息域有：同步头，设备序列号(ID)，时间(年月日时分秒)，盖章计数，位置信息(GPS或基站位置)，预留，同步尾。
本发明设计在传统印章的章体内置一套基于NB-IoT通信的智慧系统，此套基于NB-IoT通信的智慧系统由智慧硬件和智慧软件两部分构成，软硬件协同工作，使得传统的印章成为一个集信息采集，处理，备份，上报于一体的专注于数据信息处理的智慧印章。另基于印章实际的使用场景为只在某些短时间内盖章使用情况的考虑，加入低功耗管理优化整体设备的功耗，提升印章设备的待机和工作时间。
本发明具有以下优点：
首先可实现对印章使用情况的数据采集、信息处理、信息备份、信息上传的功能，通过数据信息全面掌握印章的使用情况，有效预防和避免印章私用和滥用。
其次，基于NB-IoT的智慧印章及其系统在使用流程上对使用者无感，无需引入多余的设备配套操作，不改变传统印章的使用习惯，人性化程度高。
再次，由于基于NB-IoT的智慧硬件模块小且功耗极低，不需要频繁更换电池或引入充电电路的硬件设计开销，加上NB-IoT模组本身成本低，从而极大降低了整个智慧印章设备的成本。
最后，借助NB-IoT蜂窝通信的覆盖广、穿透力强的特性，可以使得此类智慧印章的应用得到广泛推广，特别是在偏远地区、楼房内、地下室等普通网络信号较弱的场所。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：该智慧印章由智慧硬件和智慧软件两部分构成；
所述智慧硬件包括印盖动作识别结构、超低功耗MCU、NB-IoT模组、天线、电池及电源管理，所述印盖动作识别结构上设有通过印章盖章动作触发的开关触发装置，开关输出与MCU外部中断引脚连接，MCU通过串口与NB-IoT模组进行通信，NB-IoT模组通过天线进行数据收发；
所述智慧软件为嵌入式软件，所述智慧软件的主循环加中断子程序的结构，中断子程序用来处理包括盖章动作和定时上传的特定事项，实现智慧印章信息记录，主循环实现信息发送和低功耗管理，信息发送实现控制NB-IoT模组通过NB-IoT网络完成使用信息和状态信息的封包发送，低功耗实现空闲检测和节电操作，并完成被唤醒后工作状态的就绪，中断子程序和主循环程序通过消息队列实现数据和状态的交互和访问。
2.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：所述印盖动作识别结构包括开关触发装置和印章(1)，所述开关触发装置上设置有多个行程弹簧(2)、行程弹簧仓(3)、限位螺钉(4)和一个PCB板(5)，所述印章(1)通过多个行程弹簧(2)活动安装于开关触发装置内，所述开关触发装置内设有用于容置行程弹簧(2)的行程弹簧仓(3)，所述PCB板(5)通过多个紧固螺钉(6)安装于开关触发装置的内腔，所述限位螺钉(4)对称安装于PCB板(5)上，所述PCB板(5)的靠近印章(1)的一端面安装有按键开关(7)，在盖章按压动作下，印章(1)的章面压缩行程弹簧(2)，直至印章(1)与限位螺钉(4)的端部相抵靠限位，并触发按键开关(7)输出通断信号，按键开关(7)输出与MCU外部中断引脚连接，实现盖章动作的识别。
3.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：所述智慧印章信息记录包括：使用信息记录和状态信息记录，所述使用信息记录包括记录盖章动作及盖章时的位置、时间以及设备序列号，使用信息为实时上报，一旦产生使用信息，即刻通过NB-IoT网络进行上报；所述状态信息记录包括记录当前智能印章的所在位置、时间及设备序列号，状态信息为定时上报，即定时将当前采集的状态通过NB-IoT网络进行上报。
4.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：所述中断子程序采用外部中断子程序记录印章使用的次数、RTC时间信息，序列号信息，位置信息整理打包形成使用信息，按先后顺序推入数据消息队列；采用RTC闹钟中断子程序定时记录时间信息，序列号信息，位置信息打包形成状态信息并推入数据消息队列。
5.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：智慧印章的信息通道是基于NB-IoT蜂窝网络技术实现的，智慧印章状态信息和基本信息均通过NB-IoT网络上传到云平台，NB-IoT网络由NB-IoT模组支撑，MCU对NB-IoT模组进行控制和调度；智慧硬件的MCU查询到信息队列有信息待上传时，通过串口发送AT命令给NB-IoT模组，NB-IoT模组按照AT命令可实现包括位置信息获取、云平台连接和数据通信的功能。
6.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：所述低功耗管理用于完成空闲检测，断电NB-IoT模块，MCU进入低功耗模式的操作，使得印章设备在空闲不使用时处于极低功耗状态；在主循环中执行计数超时机制，达到预设数值时仍无信息需发送，则判定为空闲，否则，一旦有信息发送清零计数；主循环判定为空闲，则执行断开NB-IoT网络，断电NB-IoT模组，清除状态，MCU进入低功耗模式操作；在MCU低功耗状态下，中断可以唤醒MCU，MCU即刻恢复继续向下执行时钟恢复并重新上电NB-IoT模组，使得系统进入正常工作状态，所述中断包括外部或模块中断。
7.如权利要求1所述的一款基于NB-IoT通信技术的智慧印章，其特征在于：所述智慧印章的信息包包含的信息域有：同步头，设备序列号，时间，盖章计数，位置信息，预留，同步尾。
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