CN1876523A - 集装箱货运安全系统 - Google Patents
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Abstract
一种集装箱货运安全系统，通过电子机械锁、产生异常后状态不可恢复的报警元件、密码随机生成、密码对加密操作者为伪码、密码的编码解码等五条核心机制，充分实现集装箱货运过程的高安全，有效规避集装箱货运运输过程中的风险，确保集装箱货运过程中发生的异常事件后的责任明确。密码在使用全过程均得到安全控制，在电子机械锁中生成随机密码，经编码后形成伪码发送给手持终端，手持终端将伪码上传给密码数据服务器，授权用户在密码数据服务器中得到经伪码解码后的真实密码，在手持终端中输入真实密码，在电子机械锁控制器中对真实密码进行校验。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于物体或物料贮存或运输的大型容器，例如集装箱，特别是涉及一种用于集装箱上在其运输和贮存过程中监测及保证货运安全的系统。
背景技术
众所周知，集装箱是一种多式联运的国际通用的标准运输工具，它能够层叠堆放，有利于存储和运输，从而降低运输和存储费用，提高效率。
但是，集装箱货物运输经常会发生运输过程中的货物丢失、调包等事件，给货主带来极大的损失。集装箱运输整个物流链涉及到诸多环节，如发货方、承运方、收货方等。
现有的集装箱货运安全基本是通过机械关封的完好性来判断，但机械关封很容易伪造，通过从机械关封外表的完整性判断并不能确保货物运输过程中没有发生风险事件。
为了解决集装箱运输的安全，目前也开始采用电子锁，通过输入密码的方式才能将锁打开。货物装填完成后电子锁将自动生成密码，货物运输到指定目的地以后才通过电话方式将密码告诉授权开锁人。但是，这种密码通过远程电话交互的方式依然存在高风险，同时这种模式只适合一些非常封闭的环境，必须确保电话通话双方的可信。
如何确保货物运输的安全，如何确定货物运输过程中的发生风险事件后的责任承担者，如何通过管理的配合来降低货运安全的风险，这些问题都有待有效地解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过机械、电子相结合的方式，采用密码开启箱门，且在运输全过程中实现密码的安全控制，来实现集装箱货运过程的安全，提升集装箱货物运输的安全性，避免运输过程中的货物运输风险的集装箱货运安全系统。
为了达到上述的目的，本发明的技术方案如下：
一种集装箱货运安全系统，至少包括：
一安装在集装箱箱门内侧的电子机械锁，该电子机械锁包括
锁合机械部件，
控制电路，该控制电路接收合锁指令并控制锁合机械部件的动作并随其合锁动作生成随机开锁密码并加密形成密码伪码向外发送，接收真实密码经校验后控制锁合机械部件进行开锁动作；
一手持终端，该手持终端与该电子机械锁之间为无线电信号连接，向该控制电路发送合锁指令，接收该电子机械锁中的控制电路发出的密码伪码并向外发送，输入真实密码后可向该电子机械锁中的控制电路发送真实密码；以及
一密码数据服务器，该密码数据服务器与该手持终端之间为电信号连接，接收该手持终端转发来的密码伪码并进行解密生成真实密码。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的电子机械锁中的控制电路至少包括：
一微处理器，该微处理器与该锁合机械部件连接控制其动作，该微处理器进行对随机密码进行编码生成密码伪码的操作；
一加密解密单元，与该微处理器连接，进行随机密码的生成和真实密码的校验等操作；
一数据存取单元，与该微处理器连接，存取数据；
一无线收发单元，与该微处理器连接，进行信号发送和接收的操作，其包括一天线，与无线收发单元连接并伸出装设在集装箱外侧；以及
一电源，为微处理器及各单元供电。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的锁合机械部件包括连接并连动的磁吸合开关和锁舌部件，该控制电路还包括一开关控制单元，该开关控制单元分别与微处理器和磁吸合开关连接，接收微处理器的指令控制磁吸合开关动作。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的微处理器、加密解密单元、数据存取单元和开关控制单元集成为一芯片。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的集成芯片采用单片机。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的电子机械锁还包括一报警元件，该报警元件装设在集装箱外部，与该控制电路的微处理器连接受其控制发出报警信号，该微处理器接收到真实密码控制该报警元件停止发出报警信号。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的控制电路还包括一数字式实时时钟单元，与该微处理器连接。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的控制电路还包括一复位与看门狗电路单元，与该加密解密单元连接。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的手持终端与该密码数据服务器为有线电信号连接。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的手持终端与该密码数据服务器为无线电信号连接。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的手持终端至少包括：
一微处理器；
一无线收发单元，与该微处理器连接，进行信号发送和接收的操作；
一数据存取单元，与该微处理器连接，存取数据；
一接口单元，与微处理器连接；以及
一电源，为微处理器及各单元供电。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的接口单元包括RS232接口和/或USB接口和/或TCP/IP接口和/或WLAN接口。
所述的集装箱货运安全系统，其中，所述的电子机械锁中的控制电路根据随机开锁密码、集装箱及电子机械锁的编号生成密码伪码并发送至该手持终端，该手持终端将密码伪码与集装箱及电子机械锁的编号形成一条数据集转发至该密码数据服务器，该密码数据服务器根据密码伪码与集装箱及电子机械锁的编号对密码伪码进行解码生成真实密码。
由于采用上述的方案，本发明所述的集装箱货运安全系统，通过电子机械锁、产生异常后状态不可恢复的报警元件、密码随机生成、密码对加密操作者为伪码、密码的编码解码等五条核心机制，充分实现集装箱货运过程的高安全，有效规避集装箱货运运输过程中的风险，确保集装箱货运过程中发生的异常事件后的责任明确。
密码在使用全过程均得到安全控制，在电子机械锁中生成随机密码，经编码后形成伪码发送给手持终端，手持终端将伪码上传给密码数据服务器，授权用户在密码数据服务器中得到经伪码解码后的密码，在手持终端中输入密码，在电子机械锁控制器中对密码进行校验。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1为本发明的集装箱货运安全系统的原理框图；
图2为本发明的电子机械锁在集装箱箱门内侧的安装示意图；
图3为本发明的集装箱货运安全系统中的密码传递流程图。
具体实施方式
为更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
如图1至图2所示，集装箱安全货运系统包括电子机械锁、手持终端和密码数据服务器。
电子机械锁1安装在集装箱箱门内侧，包括锁合机械部件和控制电路2。
锁合机械部件包括连接并连动的磁吸合开关和锁舌部件(如门销11)。
控制电路2包括微处理器、加密解密单元、复位与看门狗电路单元、数据存取单元、开关控制单元、无线收发单元、天线、报警元件、数字式实时时钟单元和电源管理单元；控制电路接收合锁指令并控制锁合机械部件的动作并随其合锁动作生成随机开锁密码并加密形成密码伪码向外发送，接收真实密码经校验后控制锁合机械部件进行开锁动作；
微处理器进行对随机密码进行编码生成密码伪码的操作以及对其它单元的控制；
加密解密单元与该微处理器连接，进行随机密码的生成和真实密码的校验等操作；复位与看门狗电路单元与加密解密单元连接，作为控制电路的看护装置，当控制电路运行发生错误时，看门狗电路可使控制电路复位到初始状态；
数据存取单元与微处理器连接，可采用芯片DS2432，用于存取数据，包括随机密码伪码、集装箱ID、电子机械锁ID、加密操作者资料，收、发、承运方资料、电子机械锁开合时间等；
开关控制单元分别与微处理器和磁吸合开关连接，接收微处理器的指令控制磁吸合开关动作；
微处理器、加密解密单元、数据存取单元和开关控制单元可集成为一芯片，采用单片机芯片P89C52RD1；
无线收发单元与微处理器连接，采用芯片nRF905，进行信号发送和接收的操作；天线21与无线收发单元连接并伸出装设在集装箱外侧；
报警元件22装设在集装箱外部可视，与微处理器连接受其控制发出报警信号，微处理器接收到真实密码控制该报警元件停止发出报警信号；报警元件可以为蜂鸣器、指示灯或信号发射装置等，直接在本地进行警告以及向异地发出警告信号；当侦测到集装箱存在非法开门时，强行开门动作会触发报警模块，报警模块并不是本发明的特征所在，此处并不论述，微处理器在得到报警信号后，生成一强电流或高电压给报警元件，在强电流或高电压下，报警元件会从正常状态转换为不可恢复的异常状态，当报警元件从正常状态变化到不可恢复的异常状态时，报警元件接口的电压从低电平转换为高电平，该高电平必须在通过手持终端对电子机械锁解密后才能由微处理器控制转换恢复到低电平，在异常状态下报警元件端口的高电平可以确保无法将报警元件从异常状态人为恢复为正常状态，从而避免了人为对集装箱安全状态进行伪装与欺骗；
数字式实时时钟单元与微处理器连接，采用DS2404芯片，保证在电子机械锁动作时会生成历史事件的时间记录；
电源管理单元微处理器及各单元供电，受微处理器控制和进行可用容量指示。
手持终端与该电子机械锁之间为无线电信号连接，向该控制电路发送合锁指令，接收该电子机械锁中的控制电路发出的密码伪码并向外发送，输入真实密码后可向该电子机械锁中的控制电路发送真实密码。手持终端包括微处理器以及分别与微处理器连接的无线收发单元、数据存取单元、接口单元和电源。接口单元可以为RS232接口、USB接口、TCP/IP接口或WLAN接口；授权的用户通过手持终端可以从电子机械锁的数据存取单元中读取到整个运输过程中的集装箱门开关事件历史记录，包括可能的非法开门的报警事件历史记录等。
密码数据服务器与该手持终端之间为无线或有线电信号连接，接收该手持终端转发来的密码伪码并进行解密生成真实密码；密码数据服务器对密码伪码和相关数据进行管理，密码伪码数据上传时，将根据集装箱运输的具体情况，上传到相对应的数据库中，在集装箱到达收货方，收货方授权人员可登录到密码数据服务器，输入集装箱ID和增强型电子机械锁ID，密码数据服务器中密码伪码解码算法对与之匹配的随机密码伪码进行解码生成真实密码。
电子机械锁位于集装箱内部，集装箱门关闭后通过手持终端发送合锁和加密指令，电子机械锁的控制电路将锁自动锁上并生成随机开锁密码，并把随机开锁密码、集装箱箱号、电子机械锁ID号等唯一特征信息作为输入，形成密码伪码发送给手持终端。持有手持终端的集装箱封箱和加密操作者通过此伪码不能再次打开集装箱。电子机械锁上锁成功后，报警元件显示集装箱处于正常状态，与该集装箱匹配的开锁密码伪码以及相关信息(如集装箱ID、电子机械锁ID、加密操作者资料，收、发、承运方资料、电子机械锁开合时间等)将存储在手持终端内部形成一条数据集。手持终端通过有线或无线的方式将该数据集上传到密码数据服务器。只有授权开箱者才可以从密码数据服务器中通过身份验证后，输入集装箱ID和电子机械锁ID，密码数据服务器上的密码解码算法基于伪码和集装箱相关唯一特征信息对伪码进行解码，得到电子机械锁开锁真实密码，对授权用户可读。授权用户从手持终端输入真实密码后，开锁真实密码通过手持终端发送给电子机械锁，电子机械锁对密码校验通过后，电子机械锁自动打开。只有在电子机械锁自动打开后，开箱操作者才能继续其它开箱动作。
如图2所示，在集装箱左、右门的内侧位置安装电子机械锁1。集装箱内货物装入完毕后，集装箱门关闭，当操作者通过手持终端对集装箱电子机械锁执行上锁操作后，电子机械锁将自动上锁，把集装箱门从内部锁上。上锁操作完成后，开锁随机密码将自动生成，报警元件处于正常状态。上锁后的电子机械锁必须在手持终端输入正确的密码，经控制电路验证后才能自动打开。如发生破坏性或非法开锁，电子机械锁的微处理器上面的报警元件产生报警，状态从正常转换为异常。而且，在输入正确密码通过电子机械锁验证前，报警元件的异常状态不可恢复，从而避免对集装箱安全状态进行的伪装与欺骗。
由于集装箱运输的恶劣环境，集装箱内部的电子机械锁1的配合门销11由于配合精度要求相对较高，配合门销11可通过加强的耦合刚片保护。集装箱门处于关闭位置时，先将集装箱右门32上的耦合刚片通过机械方式插入左门31的插槽中，该刚片的强度高，可以形成对电子机械锁配合门销的有效保护，并保证电子机械锁的有效动作。
密码安全控制流程如图3，随机密码在电子机械锁控制器中自动生成，经编码后形成伪码发送给手持终端，手持终端将伪码上传给密码数据管理服务器，授权用户在数据服务器中得到经伪码解码后的密码，在手持终端中输入密码，在电子机械锁控制器中对密码进行校验。
本发明并不仅限于使用在集装箱上，还可使用在其它车载箱等大型容器上。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (13)
1、一种集装箱货运安全系统，其特征在于：至少包括
一安装在集装箱箱门内侧的电子机械锁，该电子机械锁包括锁合机械部件，
控制电路，该控制电路接收合锁指令并控制锁合机械部件的动作并随其合锁动作生成随机开锁密码并加密形成密码伪码向外发送，接收真实密码经校验后控制锁合机械部件进行开锁动作；
一手持终端，该手持终端与该电子机械锁之间为无线电信号连接，向该控制电路发送合锁指令，接收该电子机械锁中的控制电路发出的密码伪码并向外发送，输入真实密码后可向该电子机械锁中的控制电路发送真实密码；以及
一密码数据服务器，该密码数据服务器与该手持终端之间为电信号连接，接收该手持终端转发来的密码伪码并进行解密生成真实密码。
2、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的电子机械锁中的控制电路至少包括：
一微处理器，该微处理器与该锁合机械部件连接控制其动作，该微处理器进行对随机密码进行编码生成密码伪码的操作；
一加密解密单元，与该微处理器连接，进行随机密码的生成和真实密码的校验等操作；
一数据存取单元，与该微处理器连接，存取数据；
一无线收发单元，与该微处理器连接，进行信号发送和接收的操作，其包括一天线，与无线收发单元连接并伸出装设在集装箱外侧；以及
一电源，为微处理器及各单元供电。
3、根据权利要求2所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的锁合机械部件包括连接并连动的磁吸合开关和锁舌部件，该控制电路还包括一开关控制单元，该开关控制单元分别与微处理器和磁吸合开关连接，接收微处理器的指令控制磁吸合开关动作。
4、根据权利要求3所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的微处理器、加密解密单元、数据存取单元和开关控制单元集成为一芯片。
5、根据权利要求4所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的集成芯片采用单片机。
6、根据权利要求2所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的电子机械锁还包括一报警元件，该报警元件装设在集装箱外部，与该控制电路的微处理器连接受其控制发出报警信号，该微处理器接收到真实密码控制该报警元件停止发出报警信号。
7、根据权利要求2所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的控制电路还包括一数字式实时时钟单元，与该微处理器连接。
8、根据权利要求2所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的控制电路还包括一复位与看门狗电路单元，与该加密解密单元连接。
9、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的手持终端与该密码数据服务器为有线电信号连接。
10、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的手持终端与该密码数据服务器为无线电信号连接。
11、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的手持终端至少包括：
一微处理器；
一无线收发单元，与微处理器连接，进行信号发送和接收的操作；
一数据存取单元，与该微处理器连接，存取数据；
一接口单元，与微处理器连接；以及
一电源，为微处理器及各单元供电。
12、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的接口单元包括RS232接口和/或USB接口和/或TCP/IP接口和/或WLAN接口。
13、根据权利要求1所述的集装箱货运安全系统，其特征在于，所述的电子机械锁中的控制电路根据随机开锁密码、集装箱及电子机械锁的编号生成密码伪码并发送至该手持终端，该手持终端将密码伪码与集装箱及电子机械锁的编号形成一条数据集转发至该密码数据服务器，该密码数据服务器根据密码伪码与集装箱及电子机械锁的编号对密码伪码进行解码生成真实密码。
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