CN111953756A - 基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统及方法 - Google Patents

基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统及方法 Download PDF

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CN111953756A CN202010762560.6A CN202010762560A CN111953756A CN 111953756 A CN111953756 A CN 111953756A CN 202010762560 A CN202010762560 A CN 202010762560A CN 111953756 A CN111953756 A CN 111953756A
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沈颖
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王怡
吕明
张捷
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统及方法，系统包括受控终端，用于提供物品存储空间，并实时监测自身的状态信息，并将该信息传输至远程监控中心；手持监控器，用于控制受控终端工作并监控受控终端的状态信息。方法包括监测开机信号，启动初始化监控系统；实时监测受控终端的状态信息；对状态信息进行加密；通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心；在上述过程中，实时监测报警信号，在出现异常时及时报警，同时实时监测关机信号，在监测到该信号时，关闭监控系统。本发明具有多模定位、双模远程通信、数据加密、超距报警等多种功能，为用户对涉密或特殊价值物品的携带、递送提供了一种全新的监控技术手段。

Description

基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统及方法
技术领域
本发明涉及安防及定位技术领域，特别涉及一种基于物联网技术的便携受控箱定位 监控系统及方法。
背景技术
国内学者已经在汽车防盗、电动车防盗和家庭防盗等领域取得诸多成果，但是在为 涉密或贵重物品防盗领域，可借鉴的方案却寥寥无几。现有相关方案主要存在以下几个问题和不足：(1)系统多采用单一的远程通信方式，若处于基站覆盖不到的区域，系统将 无法传输定位信息至服务器；(2)多数定位方案仅采用GPS定位，在诸如室内和地下车 库等GPS信号微弱的环境中往往无法正常工作；(3)数据未以密文的方式传输至服务器， 容易遭受窃听截获，从而带来安全隐患；(4)超距报警方面，无线信号在传输过程中会受 到外界噪声干扰，从而影响到测距精度。
随着社会经济和科技技术的发展，人们对涉密或贵重物品的安全性要求也越来越高，因此以上问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种具有多模定位、双模远 程通信、数据加密、超距报警等多种功能，且具备较高的准确度和安全性的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统， 所述系统包括受控终端和手持监控器；
所述受控终端，用于提供物品存储空间，还用于实时监测自身的状态信息，并将该信息实时传输至远程监控中心；所述状态信息包括定位、报警信息；
所述手持监控器，用于与受控终端进行近程通信，控制受控终端工作并监控受控终 端的状态信息。
进一步地，所述受控终端包括受控箱、第一主控模块、远程通信模块、卫星定位模块、第一近程通信模块、报警触发及响应模块和电源管理模块；
所述受控箱，用于提供物品存储空间；
所述第一主控模块，用于协调其他各个模块运作；
所述远程通信模块，用于实现受控终端与远程监控中心的实时通信；
所述卫星定位模块，用于实时定位受控终端的位置信息；
所述第一近程通信模块，用于实现手持监控器与受控终端的实时通信；
所述报警触发及响应模块，用于触发报警机制进行报警；
所述电源管理模块，用于为其他模块供电。
进一步地，所述手持监控器包括第二主控模块、第二近程通信模块和操控及显示模 块；
所述第二主控模块，用于协调其他各个模块运作；
所述第二近程通信模块，用于协同第一近程通信模块实现受控终端与远程监控中心 的实时通信；
所述操控及显示模块，用于控制受控终端工作，包括开关机、开关受控箱，还用于显示受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息；
进一步地，所述电源管理模块，包括：
供电单元，用于为其他模块供电；
充电管理单元，用于为所述供电单元充电；
所述报警触发及响应模块，包括：
低电报警单元，用于实时监测供电单元的电量信息，在电量低于预设报警阈值时进 行低电量报警；
超距报警单元，用于实时监测受控终端与手持监控器之间的距离信息，在该距离信 大于预设距离阈值时，进行超距报警；
非法开箱报警单元，用于实时监测受控箱开关箱状态，以及受控终端与手持监控器 之间的距离信息，若检测到受控箱处于开箱状态时所述距离信息大于预设距离阈值，则进行非法开箱报警。
一种基于物联网技术的便携受控箱定位监控方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，监测开机信号，在监测到该信号时，启动监控系统，初始化受控终端中的各个模块，执行下一步；
步骤2，实时监测受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息；
步骤3，使用加密算法对所述状态信息进行加密；
步骤4，通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心；
在上述步骤2至步骤4的过程中，报警触发及响应模块实时监测报警信号，在出现异常时及时报警；同时实时监测关机信号，在监测到该信号时，关闭监控系统。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本系统采用双模通信技术，即结合两种处于不同频段的通信技术为一种新的通信方式，二者相互协调，扬长避短，能够随着 环境的变化实现在两者之间的自由切换，从而克服了单一通信方式的不足，提高了信息 传输的成功率；2)本系统采用GNSS和LBS双模交互式定位，LBS不需要专用的定位 设备，在移动基站的覆盖范围内都可以使用，从而确保全方位、全时段、全气候的定位； 3)本系统采用SM4算法实现对远程通信数据的加密，该算法是一种基于分组密码的对 称加密算法，可实现对数据的实时加解密，保证数据的机密性，且具有资源利用率高、 实现简单和对处理器要求低等特点；4)本系统采用最小二乘法来对无线测距中的环境 参数进行拟合优化，通过使误差的平方和最小来找到数据的最佳函数匹配，可提高测距 精确度。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中本发明监控系统联合监控中心的系统架构示意图。
图2为一个实施例中本发明系统总体硬件结构图。
图3为一个实施例中受控终端硬件结构图。
图4为一个实施例中GPRS模块电路原理图。
图5为一个实施例中NB-IoT模块电路原理图。
图6为一个实施例中GNSS模块电路原理图。
图7为一个实施例中开关检测电路原理图。
图8为一个实施例中系统供电电路原理图。
图9为一个实施例中远程开关机电路原理图。
图10为一个实施例中系统运行总体流程图。
图11为一个实施例中受控终端的软件功能框图。
图12为一个实施例中远程通信程序基于信号的选择方法流程图。
图13为一个实施例中GPS数据处理流程图。
图14为一个实施例中SM4算法轮函数示意图。
图15为一个实施例中数据传输机制流程图。
具体实施方式
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一 个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通 技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种 技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，所述系统包括受控终端和手持监控器；
所述受控终端，用于提供物品存储空间，还用于实时监测自身的状态信息，并将该信息实时传输至远程监控中心；所述状态信息包括定位、报警信息；
所述手持监控器，由递送者配带，用于与受控终端进行近程通信，控制受控终端工作并监控受控终端的状态信息。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，所述受控终端包括受控箱、第一主控模块、远程通信模块、卫星定位模块、第一近程通信模块、报警触发及响应模块和电源 管理模块；
所述受控箱，用于提供物品存储空间；
所述第一主控模块，用于协调其他各个模块运作；
这里，结合图3，主控芯片至少需要4个UART接口、2个SPI接口、1个DAC接 口、1个ADC接口、1个USB从机接口以及若干GPIO引脚。示例性优选地，主控芯 片采用STM32F205微控制器。
所述远程通信模块，用于实现受控终端与远程监控中心的实时通信；
所述卫星定位模块，用于实时定位受控终端的位置信息；
所述第一近程通信模块，用于实现手持监控器与受控终端的实时通信；
所述报警触发及响应模块，用于触发报警机制进行报警；
所述电源管理模块，用于为其他模块供电。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，所述手持监控器包括第二主控模块、第二近程通信模块和操控及显示模块；
所述第二主控模块，用于协调其他各个模块运作；
所述第二近程通信模块，用于协同第一近程通信模块实现受控终端与远程监控中心 的实时通信；
所述操控及显示模块，用于控制受控终端工作，包括开关机、开关受控箱，还用于显示受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息。
这里，结合图7，受控箱的开关通过安装在箱子盖上的干簧管来检测，受控箱的开关按钮J7连接干簧管，GAN+通过信号线连接到单片机上，箱子闭合状态下，干簧管被 安装在箱子盖上的磁铁吸合，即1和2号引脚之间处于短路状态，此时单片机检测到一 个低电平。而当箱体被打开时，被磁铁吸合的弹簧片被释放，引脚1和2之间变为断路， GAN+处的电平被上拉为高，因此对应CPU上的引脚会产生一个由低到高的电平跳变， 可以通过这个跳变来判断箱子被打开。一旦主控芯片检测到了箱子被打开，就会进入相 应的处理程序，判断这个开箱操作是否合法，如果合法只需要上报操作的时间位置等， 若为非法的操作，则需要发出报警声并将报警信息发送到后台。
这里示例性优选地，结合图9，所述操控及显示模块控制受控终端开关机的电路包括系统启动按钮J4、开机按钮J5、第十二三极管U12、第十四三极管U14、第三二极管 D3、第三稳压二极管T3、第三十五电容C35、第三十三电阻R33、第三十五电阻R35、 第四十电阻R40、第四十二电阻R42、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46和第四十 八电阻R48；所述系统启动按钮J4的引脚1与第三十五电阻R35的一端相连，系统启 动按钮J4的引脚2与第四十二电阻R42的一端、第三十五电容C35的一端、第三稳压 二极管T3的负极、第三二极管D3的正极相连；第四十二电阻R42的另一端、第三十 五电容C35的另一端、第三稳压二极管T3的正极均接地；第三二极管D3的负极与开 机按钮J5的引脚2、第四十五电阻R45的一端、第十四三极管U14的集电极相连，第 四十五电阻R45的另一端连接3.3V电压；开机按钮J5的引脚1与第十二三极管U12 的基极、第四十电阻R40的一端相连；第十二三极管U12的发射极、第四十电阻R40 的另一端接地；第十二三极管U12的集电极与第三十三电阻R33的一端、STM32单片 机引脚Power_Con相连；第三十三电阻R33、第三十五电阻R35的另一端与充电管理 单元相连；第十四三极管U14的基极与第四十六电阻R46的一端相连，第四十六电阻 R46的另一端与第四十八电阻R48的一端、STM32单片机引脚ShutDown相连；第四十 八电阻R48的另一端、第十四三极管U14的发射极接地；
该电路运作流程如下：
步骤1，按下J5(自锁按钮)，按下J4(自复位按钮)，U12基极被拉高，从而使Power_Con 引脚拉低，通过IRF7416开启整个系统；
步骤2，系统启动后，输出3.3V至第四十五电阻R45，从而使Power_Con引脚一 直保持在低电平，而不会因为J4自复位后恢复初始状态；
步骤3，远程关机引脚ShutDown默认状态下为低电平，当接收到关机信号时，主 控芯片将该引脚拉高，从而使U14导通，U12基极被拉低，Power_Con引脚又恢复为高 电平，达到关机效果。
进一步地，在其中一个实施例中，所述电源管理模块，包括：
供电单元，用于为其他模块供电；
这里，示例性优选地，结合图8，所述供电单元的电路包括IRF7416芯片U11、LP38502芯片U10、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第四十 五电容C45、第四十六电容C46、第一发光二极管D1；所述IRF7416芯片U11的引脚 G与STM32单片机的引脚Power_Con相连，IRF7416芯片U11的三个引脚S与充电管 理单元、LP38502芯片U10的EN2引脚相连；IRF7416芯片U11的四个引脚D与第四 十五电容C45的一端、LP38502芯片U10的引脚IN3、引脚IN4相连；LP38502芯片 U10的引脚OUT5、引脚OUT6、引脚OUT7与第三十电阻R30、第四十六电容C46的 一端、第一发光二极管D1的正极相连；第三十电阻R30的另一端与LP38502芯片U10 的引脚ADJ、第二十七电阻R27的一端相连；第一发光二极管D1的负极与第二十六电 阻R26的一端相连；第四十五电容C45、第二十七电阻R27、第四十六电容C46、第二十六电阻R26的另一端、LP38502芯片U10的引脚GND均接地。
充电管理单元，用于为所述供电单元充电；
这里，充电管理单元采用BQ2407芯片。
所述报警触发及响应模块，包括：
低电报警单元，用于实时监测供电单元的电量信息，在电量低于预设报警阈值时进 行低电量报警；该单元主要用于提醒使用者及时充电，以防止设备无法正常工作；同时也可以用它来实现一些操作(如开机、关机等)的提示音。进一步优选地，低电报警采用 蜂鸣器来播放音效。
超距报警单元，用于实时监测受控终端与手持监控器之间的距离信息，在该距离信 大于预设距离阈值时，进行超距报警；
这里优选地，测距技术通过测量RSSI(接收信号强度)来实现。利用RSSI技术来 估计节点之间距离的常规方法为：已知发射节点的发射功率，然后在接收节点处测量接 收功率，计算出无线电波的传播损耗，然后结合经验或者理论得出无线电波传播模型从 而将传播损耗转化为距离。
这里，进一步地，为了使基于RSSI的测距技术可以达到较好的测距精度，采用最小二乘法对RSSI测距环境参数进行优化，通过使误差的平方和最小来找到数据的最佳 函数匹配，可提高测距精确度。
非法开箱报警单元，用于实时监测受控箱开关箱状态，以及受控终端与手持监控器 之间的距离信息，若检测到受控箱处于开箱状态时所述距离信息大于预设距离阈值，则进行非法开箱报警。进一步优选地，该单元在紧急情况下播放音量大、频率高的特殊音 频文件，目的是在嘈杂的环境中也能让使用者清晰辨别，并吸引周围所有人的注意力。
这里，音频输出模块采用德州仪器的TPA2012D2芯片。主控芯片将处理好的音频文件通过DAC转换将数字信号转换成模拟信号，并从INR-输入，音频信号经过放大后 由OUTR+、OUTR-两个接口经信号隔离电路外接扬声器，即可发出期望音频。
进一步地，在其中一个实施例中，所述远程通信模块采用GPRS和NB-IoT双模通 信技术，两个独立模块协调工作，通过与第一主控模块中主控芯片的串口连接以进行数 据传送；
这里，示例性优选地，结合图4，所述GPRS通信的电路包括SIM800C芯片U26、 SIM-Bas-8P第三卡座B3、第七十二电阻R72、第七十四电阻R74、第七十六电阻R76、 第七十七电阻R77、第七十八电阻R78、第一百电阻R100、第五十七电容C57、第五十 八电容C58、第五十九电容C59、第六十电容C60、第六十四电容C64、第六十五电容C65、第六十六电容C66、第六十七电容C67、第二稳压二极管T2、第八天线Y8；所 述SIM800C芯片U26的引脚1与STM32单片机引脚2G_TXD相连；SIM800C芯片U26 的引脚2与第七十二电阻R72、第七十四电阻R74的一端相连，第七十二电阻R72的另 一端与STM32单片机引脚2G_RXD相连，第七十四电阻R74的另一端接地；SIM800C 芯片U26的引脚8、引脚13、引脚19、引脚21、引脚27、引脚30、引脚31、引脚33、 引脚36、引脚37均接地；SIM800C芯片U26的引脚15与第七十六电阻R76、第六十 六电容C66的一端相连，第七十六电阻R76的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座B3的DATA 引脚相连；SIM800C芯片U26的引脚16与第七十七电阻R77、第六十五电容C65的一 端相连，第七十七电阻R77的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座B3的CLK引脚相连； SIM800C芯片U26的引脚17与第七十八电阻R78、第六十四电容C64的一端相连，第 七十八电阻R78的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座B3的RST引脚相连；SIM800C芯片 U26的引脚18与SIM-Bas-8P第三卡座B3的VCC引脚、第六十七电容C67的一端相 连；第六十四电容C64、第六十五电容C65、第六十六电容C66、第六十七电容C67的 另一端、SIM-Bas-8P第三卡座B3的GND引脚均接地；SIM800C芯片U26的引脚32 与第八天线Y8相连；SIM800C芯片U26的引脚34、引脚35与直流电源输入DC_INPUT， 以及第五十七电容C57、第五十八电容C58、第五十九电容C59、第六十电容C60的一端、第二稳压二极管T2的负极相连；第五十七电容C57、第五十八电容C58、第五十 九电容C59、第六十电容C60的另一端、第二稳压二极管T2的正极均接地；SIM800C 芯片U26的引脚39与第一百电阻R100的一端、STM32单片机引脚2G_PWRCON相连， 第一百电阻R100的另一端接地；SIM800C芯片U26的引脚41与STM32单片机引脚 2G_Signal相连。
这里，示例性优选地，结合图5，所述NB-IoT通信的电路包括SIM7030芯片U2、 SIM-Bas-8P第一卡座B1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、 第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第四 电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第 十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第一稳压二极管T1、第二天线Y2、 第三三极管U3、第四三极管U4；所述SIM7030芯片U2的引脚12与第四电阻R4、第 八电容C8的一端相连，第四电阻R4的另一端与SIM-Bas-8P第一卡座B1的RST引脚 相连；SIM7030芯片U2的引脚13与第五电阻R5、第九电容C9的一端相连，第五电 阻R5的另一端与SIM-Bas-8P第一卡座B1的CLK引脚相连；SIM7030芯片U2的引脚14与第六电阻R6、第十电容C10的一端相连，第六电阻R6的另一端与SIM-Bas-8P第 一卡座B1的DATA引脚相连；SIM7030芯片U2的引脚15与SIM-Bas-8P第一卡座B1 的VCC引脚、第七电容C7的一端相连；第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、 第十电容C10的另一端、SIM-Bas-8P第一卡座B1的GND引脚均接地；SIM7030芯片 U2的引脚17与STM32单片机引脚NB_RESET、第十一电容C11相连；SIM7030芯片 U2的引脚19与STM32单片机引脚NB_PWRCON、第十二电容C12相连；第十一电容 C11、第十二电容C12的另一端接地；SIM7030芯片U2的引脚20与第七电阻R7、第 八电阻R8、第十电阻R10的一端相连；第七电阻R7的另一端与第三三极管U3的基极 相连，第三三极管U3的集电极与第十电阻R10的另一端、SIM7030芯片U2的引脚10 相连，第三三极管U3的发射极与第九电阻R9的一端、STM32单片机引脚NB_RXD相 连，第九电阻R9的另一端连接3.3V电压；第八电阻R8的另一端与第四三极管U4的 基极、第十一电阻R11的一端相连，第四三极管U4的发射极与第十一电阻R11的另一 端、SIM7030芯片U2的引脚9相连，第四三极管U4的集电极与第十二电阻R12的一 端、STM32单片机引脚NB_TXD相连，第十二电阻R12的另一端连接3.3V电压； SIM7030芯片U2的引脚21与STM32单片机引脚NB_Signal相连；SIM7030芯片U2 的引脚22、引脚23、引脚25、引脚26均接地；SIM7030芯片U2的引脚27与第二天 线Y2相连；SIM7030芯片U2的引脚28、引脚29、引脚30均接地，并与第四电容C4、 第五电容C5、第六电容C6的一端相连；SIM7030芯片U2的引脚31、引脚32连接3.3V 电压，并与第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6的另一端、第一稳压二极管T1的 负极相连，第一稳压二极管T1的正极接地。
进一步地，在其中一个实施例中，所述卫星定位模块采用GNSS和LBS双模定位 技术。
这里，示例性优选地，结合图6，所述GNSS通信的电路包括u-blox M8芯片U1、 第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、 第一电感H1、第一天线Y1；所述u-blox M8芯片U1的引脚1、引脚10、引脚12、引 脚15均接地；u-blox M8芯片U1的引脚2与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的 另一端与STM32单片机引脚M8_TXD相连；u-blox M8芯片U1的引脚3与第二电阻 R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与STM32单片机引脚M8_RXD相连；u-blox M8 芯片U1的引脚5与STM32单片机引脚EXTINT相连；u-bloxM8芯片U1的引脚6、 引脚7、引脚8连接3.3V电压，并与第一电容C1、第二电容C2的一端相连，第一电 容C1、第二电容C2的另一端接地；u-blox M8芯片U1的引脚14与第三电阻R3的一 端相连，第三电阻R3的另一端与第一电感H1、第三电容C3的一端相连，第一电感H1 的另一端与u-blox M8芯片U1的引脚11、第一天线Y1相连，第三电容C3的另一端接 地。
这里，结合图13，所述定位程序流程如下：主控芯片在完成GNSS模块的初始化 配置后(包括串口配置、数据接收频率以及数据接收格式)，等待GNSS模块传送接收的 数据。在有定位信息由串口传来的时候，首先判断帧头是否为“$GPRMC”，然后判断 数据长度是否符合预期以及校验是否正确。若都满足条件，则认为这帧数据是正确的， 系统将此数据转存到其他地方供解析函数调用。不论数据正确与否，最终都会清空缓冲 区，等待下一条数据的到来。
进一步地，在其中一个实施例中，所述第一近程通信模块、第二近程通信模块均采用ZigBee模块。这里优选地，ZigBee模块使用CC2530集成芯片，可有效降低系统功 耗并确保该系统的稳定性。
在一个实施例中，结合图10，提供了一种基于物联网技术的便携受控箱定位监控方 法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，监测开机信号，在监测到该信号时，启动监控系统，初始化受控终端中的各个模块(监测配置文件是否齐全，若缺少配置文件则等待配置，否则正常运行)，执 行下一步；
步骤2，实时监测受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息；
步骤3，使用加密算法对所述状态信息进行加密；
步骤4，通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心；
在上述步骤2至步骤4的过程中，报警触发及响应模块实时监测报警信号，在出现异常时及时报警；同时实时监测关机信号，在监测到该信号时，关闭监控系统。
结合图11，受控终端软件主要由参数配置、数据采集、数据管理和控制输出4个部分组成。其中数据采集部分主要包含远程通信程序、定位程序等；数据管理部分主要包 含数据加密算法、数据传输机制和数据缓存机制。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤3中所述加密采用SM4算法的ECB模式来 对通信数据进行加密，SM4是一种对称分组密码算法，其分组长度和密钥长度都为 128bit。结合图14，所述SM4加密算法流程如下：SM4的轮函数将输入数据拆分为4 个长度为32bit的数据段，其输出结果也由4个长32bit的数据段组成。在每轮运算中， 首先将后3组数据都左移一个数据段长度，即32bit，作为结果的前3组数据；同时， 将这三组数据与轮密钥异或后的结果进行非线性τ运算和线性L运算，并将运算后的结 果和第一组数据异或作为结果的最后一组数据；最后将该结果作为下一轮运算的输入数 据继续执行。如此循环往复32轮，即所有数据都左移了8次，将其中的混乱因素不断 扩散至每个bit位中。在最后一轮运算结束后，将所得的4组数据反序置放即可。在这 个过程中，SM4算法采用密钥扩展函数来生成轮密钥RKi，以进一步提高加密的安全性。 SM4算法的解密变换与加密变换结构相同，在解密时仅需将加密过程轮密钥的使用顺序 颠倒即可。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图12，步骤4所述通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心，具体过程包括：
假设预先对信号强度的分类为：第一等级c1≤p≤c2，第二等级c2＜p≤c3，第三等级c3＜p≤c4，第四等级c4＜p≤c5；其中p表示信号强度值，c1～c5均为正数， c5＞c4＞c3＞c2＞c1；这里示例性地，信号强度值范围为0-31，根据该值可将信号强度分 为4类，信号较差：2-9；信号一般：10-14；信号良好：15-19；信号优秀：20-31。在 信号较差的情况下，会影响语音质量和数据吞吐量，也会导致TCP分组的重传。
步骤4-1，启动GPRS模块；
步骤4-2，(利用AT+CSQ指令)检测GPRS模块的信号强度值，若GPRS模块的 信号强度值处于第四等级，则由GPRS模块进行数据发送，令NB-IoT模块进入睡眠状 态；若GPRS模块的信号强度值处于第二等级和第三等级，启动NB-IoT模块进入待工 作状态，由GPRS模块进行数据发送；若GPRS模块的信号强度值处于第一等级，则启 动NB-IoT模块，执行下一步；
步骤4-3，检测NB-IoT模块的信号强度，若该信号强度也处于第一等级，则第一主控模块先将待发送数据缓存；重新返回步骤4-2。
这里，结合图15，数据缓存机制为：整个缓存空间类似一个循环队列，发送的数据从队列头部取，新来的数据存放在队列尾部。当新数据到来但缓存空间已满时，系统将 从已缓存的信息中每隔一条数据删除一条数据，然后将剩余数据拷贝到合适的位置，最 后在队列尾部插入新数据。这种抽样方法可以稀释较为久远的历史数据量，使得越新信 息的数量所占比重越大，从而在有限的存储空间中存储尽可能多的信息量，同时又不完 全覆盖更早的数据。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤4还包括：
在发送加密的受控终端状态信息数据的过程中，随机发送加密的混淆数据，该混淆 数据由随机的ASCII码构成，与受控终端状态信息数据的帧头相同，数据长度一致。
这里，在信息传输过程中，加入混淆信息可以干扰窃听者思维。
这里优选地，在发送Num(整数，通常在10以内)次真实数据之后会发送一条混 淆数据。
本发明具有多模定位、双模远程通信、数据加密、超距报警等多种功能，为用户对涉密或特殊价值物品的携带、递送提供了一种全新的技术监控手段。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了 解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等 效物界定。

Claims (10)

1.基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述系统包括受控终端和手持监控器；
所述受控终端，用于提供物品存储空间，还用于实时监测自身的状态信息，并将该信息实时传输至远程监控中心；所述状态信息包括定位、报警信息；
所述手持监控器，用于与受控终端进行近程通信，控制受控终端工作并监控受控终端的状态信息。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述受控终端包括受控箱、第一主控模块、远程通信模块、卫星定位模块、第一近程通信模块、报警触发及响应模块和电源管理模块；
所述受控箱，用于提供物品存储空间；
所述第一主控模块，用于协调其他各个模块运作；
所述远程通信模块，用于实现受控终端与远程监控中心的实时通信；
所述卫星定位模块，用于实时定位受控终端的位置信息；
所述第一近程通信模块，用于实现手持监控器与受控终端的实时通信；
所述报警触发及响应模块，用于触发报警机制进行报警；
所述电源管理模块，用于为其他模块供电。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述手持监控器包括第二主控模块、第二近程通信模块和操控及显示模块；
所述第二主控模块，用于协调其他各个模块运作；
所述第二近程通信模块，用于协同第一近程通信模块实现受控终端与远程监控中心的实时通信；
所述操控及显示模块，用于控制受控终端工作，包括开关机、开关受控箱，还用于显示受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息。
4.根据权利要求3所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述电源管理模块，包括：
供电单元，用于为其他模块供电；
充电管理单元，用于为所述供电单元充电；
所述报警触发及响应模块，包括：
低电报警单元，用于实时监测供电单元的电量信息，在电量低于预设报警阈值时进行低电量报警；
超距报警单元，用于实时监测受控终端与手持监控器之间的距离信息，在该距离信大于预设距离阈值时，进行超距报警；
非法开箱报警单元，用于实时监测受控箱开关箱状态，以及受控终端与手持监控器之间的距离信息，若检测到受控箱处于开箱状态时所述距离信息大于预设距离阈值，则进行非法开箱报警。
5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述第一主控模块主控芯片采用STM32单片机，所述操控及显示模块控制受控终端开关机的电路包括系统启动按钮(J4)、开机按钮(J5)、第十二三极管(U12)、第十四三极管(U14)、第三二极管(D3)、第三稳压二极管(T3)、第三十五电容(C35)、第三十三电阻(R33)、第三十五电阻(R35)、第四十电阻(R40)、第四十二电阻(R42)、第四十五电阻(R45)、第四十六电阻(R46)和第四十八电阻(R48)；所述系统启动按钮(J4)的引脚1与第三十五电阻(R35)的一端相连，系统启动按钮(J4)的引脚2与第四十二电阻(R42)的一端、第三十五电容(C35)的一端、第三稳压二极管(T3)的负极、第三二极管(D3)的正极相连；第四十二电阻(R42)的另一端、第三十五电容(C35)的另一端、第三稳压二极管(T3)的正极均接地；第三二极管(D3)的负极与开机按钮(J5)的引脚2、第四十五电阻(R45)的一端、第十四三极管(U14)的集电极相连，第四十五电阻(R45)的另一端连接3.3V电压；开机按钮(J5)的引脚1与第十二三极管(U12)的基极、第四十电阻(R40)的一端相连；第十二三极管(U12)的发射极、第四十电阻(R40)的另一端接地；第十二三极管(U12)的集电极与第三十三电阻(R33)的一端、STM32单片机引脚Power_Con相连；第三十三电阻(R33)、第三十五电阻(R35)的另一端与充电管理单元相连；第十四三极管(U14)的基极与第四十六电阻(R46)的一端相连，第四十六电阻(R46)的另一端与第四十八电阻(R48)的一端、STM32单片机引脚ShutDown相连；第四十八电阻(R48)的另一端、第十四三极管(U14)的发射极接地；
所述供电单元的电路包括IRF7416芯片(U11)、LP38502芯片(U10)、第二十六电阻(R26)、第二十七电阻(R27)、第三十电阻(R30)、第四十五电容(C45)、第四十六电容(C46)、第一发光二极管(D1)；所述IRF7416芯片(U11)的引脚G与STM32单片机的引脚Power_Con相连，IRF7416芯片(U11)的三个引脚S与充电管理单元、LP38502芯片(U10)的EN2引脚相连；IRF7416芯片(U11)的四个引脚D与第四十五电容(C45)的一端、LP38502芯片(U10)的引脚IN3、引脚IN4相连；LP38502芯片(U10)的引脚OUT5、引脚OUT6、引脚OUT7与第三十电阻(R30)、第四十六电容(C46)的一端、第一发光二极管(D1)的正极相连；第三十电阻(R30)的另一端与LP38502芯片(U10)的引脚ADJ、第二十七电阻(R27)的一端相连；第一发光二极管(D1)的负极与第二十六电阻(R26)的一端相连；第四十五电容(C45)、第二十七电阻(R27)、第四十六电容(C46)、第二十六电阻(R26)的另一端、LP38502芯片(U10)的引脚GND均接地。
6.根据权利要求3所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述远程通信模块采用GPRS和NB-IoT双模通信技术，通过与第一主控模块中主控芯片的串口连接以进行数据传送；
所述卫星定位模块采用GNSS和LBS双模定位技术；
所述第一近程通信模块、第二近程通信模块均采用ZigBee模块。
7.根据权利要求6所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统，其特征在于，所述GPRS通信的电路包括SIM800C芯片(U26)、SIM-Bas-8P第三卡座(B3)、第七十二电阻(R72)、第七十四电阻(R74)、第七十六电阻(R76)、第七十七电阻(R77)、第七十八电阻(R78)、第一百电阻(R100)、第五十七电容(C57)、第五十八电容(C58)、第五十九电容(C59)、第六十电容(C60)、第六十四电容(C64)、第六十五电容(C65)、第六十六电容(C66)、第六十七电容(C67)、第二稳压二极管(T2)、第八天线(Y8)；所述SIM800C芯片(U26)的引脚1与STM32单片机引脚2G_TXD相连；SIM800C芯片(U26)的引脚2与第七十二电阻(R72)、第七十四电阻(R74)的一端相连，第七十二电阻(R72)的另一端与STM32单片机引脚2G_RXD相连，第七十四电阻(R74)的另一端接地；SIM800C芯片(U26)的引脚8、引脚13、引脚19、引脚21、引脚27、引脚30、引脚31、引脚33、引脚36、引脚37均接地；SIM800C芯片(U26)的引脚15与第七十六电阻(R76)、第六十六电容(C66)的一端相连，第七十六电阻(R76)的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座(B3)的DATA引脚相连；SIM800C芯片(U26)的引脚16与第七十七电阻(R77)、第六十五电容(C65)的一端相连，第七十七电阻(R77)的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座(B3)的CLK引脚相连；SIM800C芯片(U26)的引脚17与第七十八电阻(R78)、第六十四电容(C64)的一端相连，第七十八电阻(R78) 的另一端与SIM-Bas-8P第三卡座(B3)的RST引脚相连；SIM800C芯片(U26)的引脚18与SIM-Bas-8P第三卡座(B3)的VCC引脚、第六十七电容(C67)的一端相连；第六十四电容(C64)、第六十五电容(C65)、第六十六电容(C66)、第六十七电容(C67)的另一端、SIM-Bas-8P第三卡座(B3)的GND引脚均接地；SIM800C芯片(U26)的引脚32与第八天线(Y8)相连；SIM800C芯片(U26)的引脚34、引脚35与直流电源输入(DC_INPUT)，以及第五十七电容(C57)、第五十八电容(C58)、第五十九电容(C59)、第六十电容(C60)的一端、第二稳压二极管(T2)的负极相连；第五十七电容(C57)、第五十八电容(C58)、第五十九电容(C59)、第六十电容(C60)的另一端、第二稳压二极管(T2)的正极均接地；SIM800C芯片(U26)的引脚39与第一百电阻(R100)的一端、STM32单片机引脚2G_PWRCON相连，第一百电阻(R100)的另一端接地；SIM800C芯片(U26)的引脚41与STM32单片机引脚2G_Signal相连；
所述NB-IoT通信的电路包括SIM7030芯片(U2)、SIM-Bas-8P第一卡座(B1)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第一稳压二极管(T1)、第二天线(Y2)、第三三极管(U3)、第四三极管(U4)；所述SIM7030芯片(U2)的引脚12与第四电阻(R4)、第八电容(C8)的一端相连，第四电阻(R4)的另一端与SIM-Bas-8P第一卡座(B1)的RST引脚相连；SIM7030芯片(U2)的引脚13与第五电阻(R5)、第九电容(C9)的一端相连，第五电阻(R5)的另一端与SIM-Bas-8P第一卡座(B1)的CLK引脚相连；SIM7030芯片(U2)的引脚14与第六电阻(R6)、第十电容(C10)的一端相连，第六电阻(R6)的另一端与SIM-Bas-8P第一卡座(B1)的DATA引脚相连；SIM7030芯片(U2)的引脚15与SIM-Bas-8P第一卡座(B1)的VCC引脚、第七电容(C7)的一端相连；第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C10)的另一端、SIM-Bas-8P第一卡座(B1)的GND引脚均接地；SIM7030芯片(U2)的引脚17与STM32单片机引脚NB_RESET、第十一电容(C11)相连；SIM7030芯片(U2)的引脚19与STM32单片机引脚NB_PWRCON、第十二电容(C12)相连；第十一电容(C11)、第十二电容(C12)的另一端接地；SIM7030芯片(U2)的引脚20与第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第十电阻(R10)的一端相连；第七电阻(R7)的另一端与第三三极管(U3)的基极相连，第三三极管(U3)的集电极与第十电阻(R10)的另一端、SIM7030芯片(U2)的引脚10相连，第三三极管(U3)的发射极与第九电阻(R9)的一端、STM32单片机引脚NB_RXD相连，第九电阻(R9)的另一端连接3.3V电压；第八电阻(R8)的另一端与第四三极管(U4)的基极、第十一电阻(R11)的一端相连，第四三极管(U4)的发射极与第十一电阻(R11)的另一端、SIM7030芯片(U2)的引脚9相连，第四三极管(U4)的集电极与第十二电阻(R12)的一端、STM32单片机引脚NB_TXD相连，第十二电阻(R12)的另一端连接3.3V电压；SIM7030芯片(U2)的引脚21与STM32单片机引脚NB_Signal相连；SIM7030芯片(U2)的引脚22、引脚23、引脚25、引脚26均接地；SIM7030芯片(U2)的引脚27与第二天线(Y2)相连；SIM7030芯片(U2)的引脚28、引脚29、引脚30均接地，并与第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)的一端相连；SIM7030芯片(U2)的引脚31、引脚32连接3.3V电压，并与第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)的另一端、第一稳压二极管(T1)的负极相连，第一稳压二极管(T1)的正极接地；
所述GNSS通信的电路包括u-blox M8芯片(U1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一电感(H1)、第一天线(Y1)；所述u-blox M8芯片(U1)的引脚1、引脚10、引脚12、引脚15均接地；u-blox M8芯片(U1)的引脚2与第一电阻(R1)的一端相连，第一电阻(R1)的另一端与STM32单片机引脚M8_TXD相连；u-blox M8芯片(U1)的引脚3与第二电阻(R2)的一端相连，第二电阻(R2)的另一端与STM32单片机引脚M8_RXD相连；u-blox M8芯片(U1)的引脚5与STM32单片机引脚EXTINT相连；u-bloxM8芯片(U1)的引脚6、引脚7、引脚8连接3.3V电压，并与第一电容(C1)、第二电容(C2)的一端相连，第一电容(C1)、第二电容(C2)的另一端接地；u-blox M8芯片(U1)的引脚14与第三电阻(R3)的一端相连，第三电阻(R3)的另一端与第一电感(H1)、第三电容(C3)的一端相连，第一电感(H1)的另一端与u-blox M8芯片(U1)的引脚11、第一天线(Y1)相连，第三电容(C3)的另一端接地。
8.基于权利要求1至7任意一项所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控系统的监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，监测开机信号，在监测到该信号时，启动监控系统，初始化受控终端中的各个模块，执行下一步；
步骤2，实时监测受控终端的状态信息，包括定位信息、电量信息以及报警信息；
步骤3，使用加密算法对所述状态信息进行加密；
步骤4，通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心；
在上述步骤2至步骤4的过程中，报警触发及响应模块实时监测报警信号，在出现异常时及时报警；同时实时监测关机信号，在监测到该信号时，关闭监控系统。
9.根据权利要求8所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控方法，其特征在于，步骤4所述通过远程通信模块将已加密数据发送至远程监控中心，具体过程包括：
假设预先对信号强度的分类为：第一等级c1≤p≤c2，第二等级c2＜p≤c3，第三等级c3＜p≤c4，第四等级c4＜p≤c5；其中p表示信号强度值，c1～c5均为正数，c5＞c4＞c3＞c2＞c1；
步骤4-1，启动GPRS模块；
步骤4-2，检测GPRS模块的信号强度值，若GPRS模块的信号强度值处于第四等级，则由GPRS模块进行数据发送，令NB-IoT模块进入睡眠状态；若GPRS模块的信号强度值处于第二等级和第三等级，启动NB-IoT模块进入待工作状态，由GPRS模块进行数据发送；若GPRS模块的信号强度值处于第一等级，则启动NB-IoT模块，执行下一步；
步骤4-3，检测NB-IoT模块的信号强度，若该信号强度也处于第一等级，则第一主控模块先将待发送数据缓存；重新返回步骤4-2。
10.根据权利要求9所述的基于物联网技术的便携受控箱定位监控方法，其特征在于，步骤4还包括：
在发送加密的受控终端状态信息数据的过程中，随机发送加密的混淆数据，该混淆数据由随机的ASCII码构成，与受控终端状态信息数据的帧头相同，数据长度一致。
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