1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 北仑现代港口物流集运电子关锁与 GPS 途中监管系统研究 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - - 1 - 摘 要 本文以海关物流监控系统为研究背景，开展智能化的电子关锁的研究，以高性能的嵌入式微处理器为核心，采用 卫星定位技术、无线通信技术，采取合理的信息安全策略，设计一种电子关锁，应用于北仑现代港口物流集运电子关锁与GPS 途中监管系统。根据电子关锁的设计需求，研究了电子关锁的总体技术方案，综合应用 GPS 技术、 GSM/GPRS 技术和 RED 技术，使其具有准确定位、远程通信
2、、快速身份识别的功能。以嵌入式处理器 ARM 为核心，实现电子关锁的硬件系统。完成了硬件平台、定位模块、通信模块、存储电路、马达驱动电路等的设计。综合考虑电子关锁应用的具体背景，提出了电子关锁软件设计的总体思路，设计了应用层的通信协议。结合多任务操作系统的 多线程、消息队列、信号量等思想，设计了数据采集、数据通信、数据存储、命令处理等各个软件功能模块。开展电子关锁的信息安全性研究。从安全性和加解密速度方面综合考虑，选择了一种适合于电子关锁软硬件条件的加密算法。通过对 GSM 网络本身的安全机制的分析，提出了一种将 GSM 网络安全性与加密算法相结合的信息安全策略。针对提出的安全策略，分析了电子
3、关锁的抗攻击性。实际测试和使用表明，电子关锁能够适应海关物流监控系统的需要，实现对海关物流过程的动态、实时监控，具有较高的信息安全性能，工作稳定，满足了设计要求。该设计方案还可应 用于相关的系统设计中。 关键词： 物流监控，电子关锁，无线通信，信息安全，海关 - 2 - - 2 - Abstract In this paper, customs logistics monitoring system for the research background, to carry out intelligent electronic lock off studies to high-performa
4、nce embedded microprocessor core, using satellite positioning technology, wireless communication technology, to take reasonable information security policy, design a e-locked, they used modern port logistics Cargo Beilun Electronic shut way with the GPS monitoring system. According to the design req
5、uirements of electronic shut, shut of the overall electronic technology program, comprehensive application of GPS technology, GSM / GPRS technology and the RED technique, it has the accurate positioning, remote communications, rapid identification of the function. ARM embedded processor core, the ha
6、rdware realization of electronic lock off system. Complete hardware platform, positioning module, communication module, memory circuits, motor drive circuit design. Considering the application of electronic customs lock the specific context, electronic shut proposed the general idea of software desi
7、gn, the design of the application layer communication protocol. Multitasking operating system with multi-threaded, message queues, semaphores and other ideas, designed the data acquisition, data communications, data storage, order processing and other software modules. To carry out electronic lockin
8、g of information security related research. Decryption from the security and processing speed into account, choose a suitable electronic lock hardware and software related conditions encryption algorithm. GSM network itself through the analysis of security mechanisms, a network security and the GSM
9、encryption algorithm combines the information security policy. In response to the security policy of the anti-lock electronic attack off. Actual testing and use that to adapt to the customs electronic shut the needs of the logistics control system, customs logistics process to achieve dynamic, real-
10、time - 3 - - 3 - monitoring, information security has a high performance, stable and meet the design requirements. The design can also be applied to related systems design. Key Words: logistics surveillance, electronic was shut up, wireless communication, information security, customs-house - 4 - -
11、4 - 目录 1 引言 . 7 2 总体设计 . 8 2.1 GPS 定位 . 10 2.2 GPRS 的运营 . 10 2.3 FRID 技术原理以及应用 . 10 2.4 海关物流监控系统 . 11 3 电子关锁的硬件设计 . 11 3.1 主控器及外围电路 . 11 3.1.1 LPC2132 的概述 . 11 3.1.2 LPC2132 的外围电路设计 . 12 3.2 GPRS 模块选择和接口电路设计 . 12 3.3 GPS 模块与接口电路设计 . 16 3.4 存储器接口电路设计 . 18 3.5 马达驱动电路设计 . 20 3.6 NRF2401 的接口电路的设计 . 22 3
12、.7 本章小结 .25 4 电子关锁的软件设计 . 26 4.1 NRF2401 通信 . 26 4.2 GPRS 命令接收 . 28 4.3 命令处理 . 29 4.4 本章小结 . 30 5 结论 . 31 - 5 - - 5 - 参考文献 . 33 1 引言 随着我国经济的发展和国际贸易的增加，进出海关口岸的物流量迅速增加。在国务院“大通关”战略的指导下，海关部门探索出了“货物转关运输”、“建立物流中心和口岸之间的绿色通道”等新的通关模式，这些模式简化了海关手续的办理，加快了口岸货物的疏运速度，同时也对海关的物流监控工作提 出了更高的要求。 现行海关转关货物监管主要采用传统的一次性铅封方
13、式，以人工操作、肉眼识别等方式对集装箱进行机械施封、验封、解封，运行成本高、安全性低，更关键的是这种监管方式运行效率低，远远不能满足海关大密度、高强度业务流量的监管要求。 近年来，全球定位技术，无限通信技术以及嵌入式技术发展迅速，许多行业已经来世利用这些新技术来实现远程监控，取得了不错的效果。以远程监控系统的角度看，电子关锁属于监控系统中的远程终端，终端在远程监控系统着关键的作用，它的实现是整个监控系统实现的基础。 近年来 长 三角经济发展势头良好， 进出口贸易量持续增长，外贸一直保持高速增长态势，从而使进出口集装箱的生成量稳定增长。在新形势下，全社会尤其是陆路货运对进出口物流效率提出更高的要
14、求。为了适应物流业的飞速发展，海关在监管技术和通关模式方面不断进行改革和创新，推出了区港联动、港区间转驳、关区内简易转关等一系列通关改革措施，营造良好的货运通关环境。关区内陆路转关、途中监管改革措施的实施将有效地提高通关效率，缩短集装箱堆存期，提高堆场利用率， 加强码头、园区之间的协作配合 ,降低企业成本，为物流园区发展创造良好的软件环境，成为吸引货源的优势之一。 此 项研究，是很有必要，很有价值的。 - 6 - - 6 - 2 总体设计 为保障口岸 -特殊区域之间陆路转关途中监管安全，必须依靠高科技手段对货物和车辆进行严密监控，在保证高效、高速货物运输的同时保证严密监管，及时发现并警示非法行
15、为，为海关监管部门处理提供有力的数据依据和佐证，同时对违法犯罪企图起到强大的威慑作用。 有关电子关锁实体如图图 1-1 所示。 图 1-1 电子关锁实体平面图 建立关区内转关货物运输途中全程监管模式： 建立关区内口岸至特殊区域陆路转关电子关锁 GPS 全程监管模式，充分发挥科技优势，实现两点一线全程- 7 - - 7 - 监管，对车辆和货物进行途中监管，实现货物全程监控、实时报警，保障陆路转关货物和车辆的监管安全性，同时提高物流效率，简化海关业务环节。 建设监管场区卡口车辆自动验放系统：通过电子车牌等卡口识别设备与电子关锁系统联动，在监管场卡口实现电子数据自动对碰、智能处理， 简化人工处理手续
16、，通道卡口实现无人值守，联网自动控制对进出场货物实施自动快速验放。 建设区内转关电子关锁监控管理信息平台系统：建立区内转关电子关锁信息平台系统，将监管车辆业务信息进行预采集和预处理，与监管场区卡口自动验放系统互联互通，实现监管车 辆、货物等业务信息与电子关锁途中监管的物流信息相结合，为海关监管部门提供更加全面、严密的监控手段，真正达到科技强关的目的。 电子关锁网络如图图 1-2 所示。 图 1-2 电子关锁网络示意图 - 8 - - 8 - 2.1 GPS 定位 GPS 的基本定位原理是：卫星不简短的发送自身的星历参数和时间信息，用户接受到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向和运
17、动速度，时间信息。 将 GPS 模块集成在电子关锁中，让电子关锁能够接受 GPS 定位消息的功能，通过电子管所中的微处理器对接受的定位信息进行帅选和处理，就能够随时得 到物流车辆所在的位置，运行速度等信息。 2.2 GPRS 的运营 GPRS 采用的是信号捆绑和增强数据速率改进实现高速介入。当前 GPRS的设计可以在一个载频或者八个信道中实现捆绑，把每个信道的传输速率提到14.4Kbps。 GPRS 模块， GPS 模块，微处理器以及相关的检测电路和执行结构相结合，能使监控中心随时涨或我留车辆所在的位置和状态，从而实现海关对物流过程的动态实时监控。 2.3 FRID 技术原理以及应用 射频识别技术 FRID 是自动识别技术的一种，是通过无限射频方式进行接触双向数据通信对目标加以识别 。 一个基本的射频识别系统是由读写器和应答器组成，如图 2-1 所示。 - 9 - - 9 - 图 2-1 FRID 的系统结构图 2.4 海关物流监控系统总体结构图如下图 2-2 所示 。 图 2-2 海关物流监控系统总体结构图
