一种在线式电子封记系统

摘要

本发明属于核材料管制技术领域，具体涉及一种在线式电子封记系统。本发明包括电子封记管理平台、若干个电子封记主机、若干个电子封记和网络设备；电子封记管理平台通过有线的网络设备与若干个电子封记主机通信连接，实现报警信息实时上传、封记状态和电池电量显示、电子封记区域分布图显示、报警记录和开关记录调阅、电子封记参数配置、电阻丝校准的功能；每一个电子封记主机同时与若干个电子封记通信连接，负责给电子封记供电和数据中转。本发明既可以实现实时报警功能，又满足现场不能使用无线传输的保密要求；能够支持在线供电运行，又能支持离线独立工作；能够提高设备的防篆改、防伪造能力，同时解决光纤接头无法穿过小孔径铅封孔的问题。

说明书

技术领域

本发明属于核材料管制技术领域，具体涉及一种在线式电子封记系统。

背景技术

在核材料管制领域，部分行业大厂核材料容器仍然采用传统的一次性机械锁式铅封方式进行封签管理。这种方法存在工作效率低、防伪能力差、不能记录开关时间、不能重复使用、不能形成电子化数据等缺点。而后面出现了钢丝封签，虽然解决了传统铅封的部分问题，但是仍然未能解决防伪造问题。

《一种低功耗光纤电子封记》(专利号：CN103905121B)介绍了低功耗光纤电子封记内部结构及信号传送路径为所述光纤发出的光信号通过所述光收发模块转变成电信号输入所述主控制器，所述光纤连接器与所述光收发模块相连接，当所述光纤打开或关闭时，所述光收发模块的引脚向所述主控制器发出所述电信号，所述主控制器随即读入所述计时单元中的瞬时时间，并将日期、时间和所述光纤的状态存入所述数据存储器中。

虽然解决了防伪造问题，但又因为光纤接头直径比较大，不能穿过小于1毫米的铅封孔，且光纤丝不能大幅度弯折，在运输过程中容易折断，待机续航时间比较短，不能实时报警的问题。为了解决以上问题，本发明设计了一款支持实时报警、能防伪造、可任意弯曲，可穿过小孔径铅封孔的一款电子封记。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种在线式电子封记系统，既可以实现实时报警功能，又满足现场不能使用无线传输的保密要求；能够提高设备的防篆改、防伪造能力，同时解决光纤接头无法穿过小孔径铅封孔的问题。

本发明采用的技术方案：

一种在线式电子封记系统，包括电子封记管理平台、若干个电子封记主机、若干个电子封记和网络设备；电子封记管理平台通过有线的网络设备与若干个电子封记主机通信连接，实现报警信息实时上传、封记状态和电池电量显示、电子封记区域分布图显示、报警记录和开关记录调阅、电子封记参数配置、电阻丝校准的功能；每一个电子封记主机同时与若干个电子封记通信连接，负责给电子封记供电和数据中转。

所述电子封记主机包括微控制器单元、网络模块、外置存储单元、串口总线供电单元，微控制器单元与网络模块相互通信连接；微控制器单元与外置存储单元相互通信连接；微控制器单元与串口总线供电单元相互通信连接。

所述微控制器单元采用国产MCU GD32F407VGT6，外置存储单元为SD NAND Flash用于存储断网或掉电时的临时数据。

所述微控制器单元给网络模块RMII发送信号，实现网络数据上行功能，网络模块给微控制器单元RMII接收信号，实现网络数据下行功能；所述微控制器单元给外置存储单元SDIO写信号，实现在指定地址上存储数据功能，外置存储单元给微控制器单元SDIO读信号，实现在指定地址读取数据功能；所述微控制器单元给串口总线供电单元串口USART发送信号，实现电子封记主机数据发送功能，通信供电单元给微控制器单元串口USART接收信号，实现电子封记主机数据接收功能。

所述电子封记包括微控制器单元、电阻丝检测单元、通信受电单元、储能单元、时钟单元、存储单元、整流模块，电阻丝检测单元与微控制器单元通信连接，电阻丝检测单元给微控制器单元AD电压信号，实现电阻丝的AD电压采集，从而计算得出当前电阻丝的阻值；微控制器单元与通信受电单元相互通信连接，微控制器单元给通信受电单元串口USART发送信号，实现电子封记向电子封记主机发送数据功能，通信受电单元给微控制器单元串口USART接收信号，实现电子封记接收电子封记主机数据功能；微控制器单元与时钟单元相互通信连接，微控制器单元给时钟单元I2C发送信号，实现电子封记时钟设定功能，时钟单元给微控制器单元I2C接收信号，实现电子封记读取时钟功能；微控制器单元与存储单元相互通信连接，微控制器单元给存储单元FLASH写信号，实现电子封记数据存储功能，存储单元给微控制器单元FLASH读信号，实现电子封记数据读取功能；储能单元与微控制器单元通信连接，储能单元给微控制器单元AD电压信号，实现电池电压采集，从而监测电池电量信息；整流模块与通信受电单元物理连接，整流模块给通信受电单元整流过后的正电压，实现输入电压不用区分正负的功能。

所述微控制器单元采用国产MCU FM33LC045N，时钟单元采用PCF8563时钟芯片，存储单元使用MCU内置FLASH进行存储，储能单元采用400mAh锂电池，并设计了带充电管理电路，整流模块使用四个二极管和一个TVS二极管构成整流模块。

所述电阻丝检测单元包括测量电阻丝、参比电阻丝、分压电路、放大电路、测量电压跟随器、参比电压跟随器，其中测量电阻丝、分压电路、放大电路、测量电压跟随器依次物理相连，最后输出给微控制器进行测量AD采集，构成测量电阻丝AD采集部分；参比电阻丝、参比电阻丝、分压电路、放大电路、参比电压跟随器依次物理相连，最后输出给微控制器进行参比AD采集，构成参比电阻丝AD采集部分。

所述测量电阻丝和参比电阻丝的材料和直径相同，材料为0Cr25Al5，直径为0.4mm，阻值随长度增加线性增大，电阻特性为12.18Ω/m。

所述参比电阻丝是一根固定长度的电阻丝，安装于电子封记外壳内部，用于辅助测量电阻丝做环境参数的测量补偿，抵消环境参数对测量电阻丝的影响，从而提高测量精度，降低电子封记的误报率；测量电阻丝的长度根据铅封时实际需要的长度来裁剪。

所述通信供电单元通过下行电压,上行电流环的方式，实现电源供电和串口通信一体，用两根线解决供电、通信、充电问题；整流模块将负电压整流成正电压，通信受电接口不分极性，实现无极性接线，任意拓扑挂接电子封记。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种在线式电子封记系统，当电子封记有异常报警时，能实时把报警信息传送到电子封记管理平台，电子封记管理平台能显示是哪一个封记出现异常，解决现有的电子封记终端在涉密场所使用时不支持实时监控和上传报警功能；

(2)本发明提供的一种在线式电子封记系统，采用电阻丝封签，可识别出任意位置的短接，达到了防伪造、防篆改的目的；

(3)本发明提供的一种在线式电子封记系统，解决现有光纤封记的接头直径太大，无法穿过部分容器铅封孔(穿孔直径<0.8mm)的问题，同时电子封记主机通过两线串口供电总线的方式给多个电子封记终端从机供电和通信，一个电子封记主机最多可以支持给50个电子封记同时供电和通信，供电和通信线不分正负极性，可任意拓扑连接，布线灵活，使用简单方便；

(4)本发明提供的一种在线式电子封记系统，电子封记内置400mA的锂电池，在线时会自动给电池充电，无需考虑电池续航时间，电子封记掉线后，自动切换到低功耗工作模式，仍能记录和监测报警，上线后自动续传报警。

附图说明

图1为本发明提供的在线式电子封记系统结构示意图；

图2为电子封记主机结构示意图；

图3为电子封记内部结构示意图；

图4为电阻丝检测单元结构示意图；

图中：1—微控制器单元、2—电阻丝检测单元、3—通信受电单元、4—储能单元、5—时钟单元、6—存储单元、7—整流模块、8—微控制器单元、9—网络模块、10—外置存储单元、11—通信供电单元、12—测量电阻丝、13—参比电阻丝、14—分压电路、15—放大电路、16—测量电压跟随器、17—参比电压跟随器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供的一种在线式电子封记系统，包括电子封记管理平台、若干个电子封记主机、若干个电子封记和网络设备；电子封记管理平台通过有线的网络设备与若干个电子封记主机通信连接，实现报警信息实时上传、封记状态和电池电量显示、电子封记区域分布图显示、报警记录和开关记录调阅、电子封记参数配置、电阻丝校准等功能；每一个电子封记主机同时与若干个电子封记通信连接，负责给电子封记供电和数据中转。

如图2所示，所述电子封记主机包括微控制器单元8、网络模块9、外置存储单元10、串口总线供电单元11。微控制器单元8采用国产MCU GD32F407VGT6，微控制器单元8与网络模块9相互通信连接，微控制器单元8给网络模块9RMII发送信号，实现网络数据上行功能，网络模块9给微控制器单元8RMII接收信号，实现网络数据下行功能；外置存储单元10为SDNAND Flash用于存储断网或掉电时的临时数据，微控制器单元8与外置存储单元10相互通信连接，微控制器单元8给外置存储单元10SDIO写信号，实现在指定地址上存储数据功能，外置存储单元10给微控制器单元8SDIO读信号，实现在指定地址读取数据功能；串口总线供电单元11用于电子封记主机与若干电子封记通信，同时给若干电子封记供电，微控制器单元8与串口总线供电单元11相互通信连接，微控制器单元8给串口总线供电单元11串口USART发送信号，实现电子封记主机数据发送功能，通信供电单元11给微控制器单元8串口USART接收信号，实现电子封记主机数据接收功能。

如图3所示，所述电子封记包括微控制器单元1、电阻丝检测单元2、通信受电单元3、储能单元4、时钟单元5、存储单元6、整流模块7。微控制器单元1采用国产MCUFM33LC045N，电阻丝检测单元2与微控制器单元1通信连接，电阻丝检测单元2给微控制器单元1AD电压信号，实现电阻丝的AD电压采集，从而计算得出当前电阻丝的阻值；微控制器单元1与通信受电单元3相互通信连接，微控制器单元1给通信受电单元3串口USART发送信号，实现电子封记向电子封记主机发送数据功能，通信受电单元3给微控制器单元1串口USART接收信号，实现电子封记接收电子封记主机数据功能；时钟单元5采用PCF8563时钟芯片，微控制器单元1与时钟单元5相互通信连接，微控制器单元1给时钟单元5I2C发送信号，实现电子封记时钟设定功能，时钟单元5给微控制器单元1I2C接收信号，实现电子封记读取时钟功能；存储单元6使用MCU内置FLASH进行存储，微控制器单元1与存储单元6相互通信连接，微控制器单元1给存储单元6FLASH写信号，实现电子封记数据存储功能，存储单元6给微控制器单元1FLASH读信号，实现电子封记数据读取功能；储能单元4采用400mAh锂电池，并设计了带充电管理电路，储能单元4与微控制器单元1通信连接，储能单元4给微控制器单元1AD电压信号，实现电池电压采集，从而监测电池电量信息；整流模块7使用4个二极管和1个TVS二极管构成整流模块，整流模块7与通信受电单元3物理连接，整流模块7给通信受电单元3整流过后的正电压，实现输入电压不用区分正负的功能。

电阻丝检测单元2为电子封记终端的核心部分。如图4所示，电阻丝检测单元2包括测量电阻丝AD采集和参比电阻丝AD采集两部分。所述电阻丝检测单元2包括测量电阻丝12、参比电阻丝13、分压电路14、放大电路15、测量电压跟随器16、参比电压跟随器17。其中测量电阻丝12、分压电路14、放大电路15、测量电压跟随器16依次物理相连，最后输出给微控制器1进行测量AD采集，构成测量电阻丝AD采集部分；参比电阻丝12、参比电阻丝13、分压电路14、放大电路15、参比电压跟随器16依次物理相连，最后输出给微控制器1进行参比AD采集，构成参比电阻丝AD采集部分。本发明使用的测量电阻丝12和参比电阻丝13的材料和直径相同，只是长度不一样。电阻丝的材料为0Cr25Al5，直径为0.4mm，阻值随长度增加线性增大，电阻特性为12.18Ω/m。参比电阻丝13是一根固定长度的电阻丝(10cm)，安装于电子封记外壳内部，使用过程中是见不到的，主要用于辅助测量电阻丝做环境参数的测量补偿，抵消环境参数对测量电阻丝的影响，从而提高测量精度，降低电子封记的误报率。而测量电阻丝12是一根长度不定的电阻丝，根据铅封时实际需要的长度来裁剪，一旦长度确定下来之后，需要通过电子封记管理软件完成一次电阻丝校准才能正常使用。进行电阻丝校准前，需要把测量电阻丝12在电子封记上连接好，启动电阻丝校准时，电子封记会分别启动一次测量电阻丝AD采集和参比电阻丝AD采集，并把计算还原出来的测量电阻丝阻值和参比电阻丝阻值存在存储单元6中，后面进行测量电阻丝检测计算时会使用到这两个参数。测量电阻丝12与分压电路14相连接，分压电阻的供电电压为3.3V，分压电阻采用高精密电阻，阻值不适合选用太小的，否则分压电阻会消耗较大的电流，不利于做低功耗设计，分压电路可以实现将电阻值转换成微控制器1可识别的电信号。由于测量电阻丝12的阻值与分压电路14相比要小很多，分压出来的电压比较小，微控制器1很难辨别出来，因此分压之后需要增加放大电路15，放大电路选用高精度，低功耗的运放芯片，需要根据测量电阻丝12的使用长度范围和微控制器1的AD采集电压范围选择一个合适的放大倍数。放大电路15出来后与电压跟随器16相连接，可以提高电压的稳定性，从而提高AD采集的精度，电压跟随器16出来的信号就可以直接和微控制器1的AD口直接相连。参比电阻丝13的AD采集原理与测量电阻丝12相同。已完成电阻丝校准的电子封记，在测量时，分别采集一次测量电阻丝12和参比电阻丝13的AD电压，然后根据放大电路15的放大倍数把原始电压计算还原出来，再根据分压电路的阻值可以分别计算出测量电阻丝12和参比电阻丝13的当前阻值，最后把参比电阻丝13的当前值和校准值做差值运算，并代入参比电阻丝的长度可以计算得出本次测量的补偿值，把测量电阻丝12的当前阻值加上补偿值得到最终的测量电阻丝阻值。通过判断测量电阻丝的阻值范围可以判断电子封记铅封丝断开、正常连接、非法短接三种状态。为了兼顾设备低功耗和检测稳定性，采用这样一种AD采集策略：微控制器1每隔100ms自动唤醒做一次采集和计算，然后快速进入休眠状态，需要连续3次采样的状态相同才认为是一次有效的采样，从而提高AD采集的稳定性，降低设备功耗。

通信供电单元3是电子封记的一个重要组成部分。通过下行电压,上行电流环的方式，实现电源供电和串口通信一体，用两根线解决供电、通信、充电问题，可以简化现场布线，节约成本。由于整流模块7能将负电压整流成正电压，通信受电接口可以不分极性，可以实现无极性接线，任意拓扑挂接电子封记。

电子封记系统主要由电子封记、电子封记主机、电子封记管理平台组成实现。电子封记负责前端数据采集；电子封记主机主要由微控制器、网络模块、串口总线供电模块组成，通过两线串口供电总线的方式同时给多个电子封记终端从机供电和通信；当电子封记发现异常报警时，能通过电子封记主机实时把报警信息传送到电子封记管理平台，并且电子封记管理平台能及时显示是哪一个封记出现异常。

本发明已经完成实际样机的制作和测试。在功能测试中，已经实现了电子封记在线实时报警、防短接、防伪造、防篆改、支持小孔径容器的铅封、在离线自动切换等功能；在性能测试中，设备在0℃～50℃温度范围内都能正常识别电阻丝的任意短接，没有误判情况发生。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。