本实用新型涉及窄带物联网通信技术领域，特别是涉及一种基于窄带物联网的通信设备。
背景技术：
窄带物联网(narrowbandinternetofthings，nb-iot)通信技术经过这几年的发展已经非常成熟，几大运营商，中国移动，中国电信等都支持nb通信。终端(比如带nb通信功能的户用仪表)可以把数据上传到运营商的平台，比如中国移动的onenet平台和中国电信的coap平台，然后运营商的平台再把数据推送到用户的管理系统；反之，用户管理系统的数据也可以下达到终端，完成双向数据通信。nb终端通信需要使用两个硬件，nb模组和nb卡，这个类似我们使用的手机(nb模组)和sim卡(nb卡)，nb模组加上nb卡，和手机加上sim卡一样，完成通讯功能。为了保证通信数据的安全，很多终端设备在进行nb数据通信前会用嵌入式安全控制模块(embeddedsecureaccessmodule，esam)对通讯的数据加密和解密，esam使用的加密和解密算法一般为sm4加密和解密算法。例如，上传数据1122334455667788，通过esam安全模块加密后，变成aabbccddeeffaabbcc密文上传。即为了nb通信过程和通信数据安全，终端设备上有nb模组、nb卡和具有sm4加密和解密算法的esam安全芯片。而现在的技术中终端使用esam时需要设计额外的电路，占用终端微控制单元(microcontrollerunit，mcu)的硬件资源，增加硬件成本和终端故障率，使得数据通信效率降低。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种基于窄带物联网的通信设备，解决现有技术中为了保证通信数据安全而造成硬件成本和终端故障率增高的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种基于窄带物联网的通信设备，包括：单片机、窄带物联网通信模组和窄带物联网卡模块；
所述单片机与所述窄带物联网通信模组连接，所述窄带物联网通信模组与所述窄带物联网卡模块连接；
所述窄带物联网卡模块包括窄带物联网卡和嵌入式安全控制芯片，所述窄带物联网卡与所述嵌入式安全控制芯片连接。
可选的，所述单片机的型号为shc16lc32lq64。
可选的，还包括供电模块；
所述供电模块的供电端连接所述单片机的电源接口，所述单片机的电源接口、所述窄带物联网通信模组的电源接口和所述窄带物联网卡模块的电源接口串联。
可选的，所述单片机的输出端连接至所述窄带物联网通信模组的接收数据端口，所述窄带物联网通信模组的数据输入输出端口与所述窄带物联网卡的数据输入输出端口连接，所述窄带物联网卡的主输出从输入接口连接至所述嵌入式安全控制芯片的输入端；
所述嵌入式安全控制芯片的输出端连接至所述窄带物联网卡的主输入从输出接口，所述窄带物联网通信模组的发送数据端口连接至所述单片机的接收端；
所述嵌入式安全控制芯片用于对所述单片机输出的待加密的数据进行加密，并将加密后的数据传输至所述单片机。
可选的，所述单片机通过所述窄带物联网通信模组的复位端口与所述窄带物联网通信模组的连接；所述单片机用于复位所述窄带物联网通信模组；
所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的复位端口与所述窄带物联网卡连接；所述窄带物联网通信模组用于复位所述窄带物联网。
可选的，所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的时钟端口与所述所述窄带物联网卡连接；所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的时钟端口向所述窄带物联网卡发送时钟信号；
所述窄带物联网卡通过所述嵌入式安全控制芯片的时钟端口与所述嵌入式安全控制芯片连接；所述窄带物联网卡通过所述嵌入式安全控制芯片的时钟端口向所述嵌入式安全控制芯片发送时钟信号。
可选的，所述嵌入式安全控制芯片搭载sm4加密和解密算法。
可选的，还包括窄带物联网卡座，所述窄带物联网卡模块固定于所述窄带物联网卡座上。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备，通过将窄带物联网卡和嵌入式安全控制芯片集成到一起，使得窄带物联网卡成为具有加密和解密算法的窄带物联网卡，提高了完成通信数据加密和解密的效率；并且，通过在窄带物联网卡通电的时候，嵌入式安全控制芯片也通电，避免了额外为嵌入式安全控制芯片提供电源，避免了占用单片机的硬件资源，减少了硬件成本和终端故障率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中窄带物联网通信模组与窄带物联网卡原理示意图。
图2为嵌入式安全控制芯片的原理示意图；
图3为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备的结构示意图；
图4为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备原理示意图；
图5为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种基于窄带物联网的通信设备，解决现有技术中为了保证通信数据安全而造成硬件成本和终端故障率增高的问题。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
窄带物联网是万物互联网络的一个重要分支。nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，降低了部署成本、实现平滑升级。nb终端通信需要使用两个硬件，nb模组和nb卡；图1为现有技术中窄带物联网通信模组与窄带物联网卡原理示意图，如图1所示，mcu通过nb-rst(nb通信模组复位)，nb-rxd(nb通信模组发送端口)，nb-txd(nb通信模组接收端口)和nb通信模组通讯。nb-rst用于复位nb通信模组，mcu通过nb-rxd向nb通信模组发送数据，并通过nb-txd接收nb通信模组的数据。nb通信模组和nb卡通过sim-vdd(nb卡电源端口)，sim-gnd(nb卡接地端口)，sim-rst(nb卡复位端口)，sim-io(nb卡数据输入输出)，sim-clk(nb卡时钟端口)完成通讯。sim-vdd和sim-gnd给nb卡供电。sim-rst用于复位nb卡。sim-clk给nb卡提供时钟，sim-io用于nb模组和nb卡的双向数据通讯。
esam是dip或者sop芯片封装的cpu卡芯片，最早被用于ic卡电表中做为钱包使用，存储充值及消费金额，以及其他一些重要的参数，同时具有身份识别功能，与外部卡片进行双向身份认证。随着终端安全的日益被重视，目前被广泛应用于各种嵌入式终端实现数据的安全存储，数据的加解密，终端身份的识别与认证，嵌入式软件的版权保护等功能。esam使用的加解密算法主要有aes，sm2，sm3，sm4，rsa等。其中，图2为嵌入式安全控制芯片的原理示意图，如图2所示，mcu通过esam-pwr(esam电源端口)给esam安全芯片供电，通过esam-rst(esam复位端口)完成esam上电复位，通过esam-clk(esam时钟端口)给esam提供时钟，通过esam-io(esam数据输入输出端口)在iso7816标准的基础上和esam安全芯片做数据交互，完成数据的加密和解密。
mcu是把中央处理器(centralprocessunit；cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、pc外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到mcu的身影。
iso7816标准，规定了卡用塑料的一些物理特性，包括温差范围、弹性、电子触点的位置以及内置微芯片和外界进行信息交换的方式等。
协处理器(coprocessor)，一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务。协处理器，这是一种协助中央处理器完成其无法执行或执行效率、效果低下的处理工作而开发和应用的处理器。这种中央处理器无法执行的工作有很多，比如设备间的信号传输、接入设备的管理等；而执行效率、效果低下的有图形处理、声频处理等。
图3为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备的结构示意图，图4为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备电路图，结合图3和图4所示，本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备包括单片机1、窄带物联网通信模组2和窄带物联网卡模块3。所述单片机1与窄带物联网通信模组2连接，所述窄带物联网通信模组2与所述窄带物联网卡模块3连接。所述窄带物联网卡模块3包括窄带物联网卡4和嵌入式安全控制芯片5，所述窄带物联网卡4与所述嵌入式安全控制芯片5连接。
本实用新型将esam和nb卡集成为一个芯片，让nb卡在具备通信功能的同时，也具备使用esam进行数据加解密的功能。
在具体的实施例中，所述单片机1的型号为shc16lc32lq64。
做为另一个实施例，本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备还包括供电模块。
所述供电模块的供电端连接所述单片机1的电源接口，所述单片机1的电源接口、所述窄带物联网通信模组2的电源接口和所述窄带物联网卡模块3的电源接口串联。
所述单片机1的输出端连接至所述窄带物联网通信模组2的接收数据端口，所述窄带物联网通信模组2的数据输入输出端口与所述窄带物联网卡4的数据输入输出端口连接，所述窄带物联网卡4的主输出从输入接口连接至所述嵌入式安全控制芯片5的输入端。
所述嵌入式安全控制芯片5的输出端连接至所述窄带物联网卡4的主输入从输出接口，所述窄带物联网通信模组2的发送数据端口连接至所述单片机1的接收端。
所述嵌入式安全控制芯片5用于对所述单片机1输出的待加密的数据进行加密，并将加密后的数据传输至所述单片机1。
所述单片机1通过所述窄带物联网通信模组2的复位端口与所述窄带物联网通信模组2的连接；所述单片机1用于复位所述窄带物联网通信模组2。
所述窄带物联网通信模组2通过所述窄带物联网卡4的复位端口与所述窄带物联网卡4连接；所述窄带物联网通信模组2用于复位所述窄带物联网。
所述窄带物联网通信模组2通过所述窄带物联网卡4的时钟端口与所述所述窄带物联网卡4连接；所述窄带物联网通信模组2通过所述窄带物联网卡4的时钟端口向所述窄带物联网卡4发送时钟信号；
所述窄带物联网卡4通过所述嵌入式安全控制芯片5的时钟端口与所述嵌入式安全控制芯片5连接；所述窄带物联网卡4通过所述嵌入式安全控制芯片5的时钟端口向所述嵌入式安全控制芯片5发送时钟信号。
对应图3，图5为本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备工作示意图，如图5所示，mcu通过nb-rst、nb-rxd、nb-txd和nb模组通讯。nb-rst用于复位nb模组，mcu通过nb-rxd向nb模组发送数据，通过nb-txd接收nb模组的数据。
nb模组和nb卡通过sim-vdd、sim-gnd、sim-rst、sim-io、sim-clk完成通讯。sim-vdd和sim-gnd给nb卡供电。sim-rst用于复位nb卡。sim-clk给nb卡提供时钟，sim-io用于nb模组和nb卡的双向数据通讯。
nb卡和esam安全芯片通过mosi(nb卡的主输出从输入接口)、miso(nb卡的主输入从输出接口)、clk、vcc、gnd连接；nb卡通过clk向esam安全芯片发送时钟，通过mosi向esam安全芯片发送数据，通过miso接收esam安全芯片发出的数据，通过vcc和gnd为esam安全芯片提供电源。
根据具体的连接关系，本申请所提供的的一种基于窄带物联网的通信设备的信号的传送过程具体为：
mcu通过特殊的at命令来判断是进行数据通讯还是进行数据加解密工作，如果数据需要加密，mcu通过nb-rxd向nb模组发送数据，nb模组通过sim-io传输给nb卡；nb卡通过mosi将数据发送给esam安全芯片进行加密；加密完成后esam安全芯片通过miso将加密后的数据传输给nb卡，nb卡通过sim-io传输给nb模组，nb模组通过nb-txd传输给mcu。
其中，at命令为attention，at指令集是从终端设备(terminalequipment，te)或数据终端设备(dataterminalequipment，dte)向终端适配器(terminaladapter，ta)或数据电路终端设备(datacircuitterminalequipment，dce)发送的命令帧。通过ta，te发送at指令来控制移动台(mobilestation，ms)的功能，与gsm网络业务进行交互。用户可以通过at指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。
at命令“at cgla＝1，34，"01a404000ca0000000034549453494d01"”中的“at cgla＝1”表示当mcu把这条命令送给nb通信模组后，nb通信模组送给nb卡，nb卡通过mosi把esamcos命令”01a404000ca0000000034549453494d01”发送给esam安全芯片，esam安全芯片处理完命令后，把esamcos命令返回的数据送给nb卡，nb卡送给nb模组，nb模组送给mcu，完成esamcos命令处理。
在一个具体的实施例中，所述嵌入式安全控制芯片5搭载sm4加密和解密算法。
sm4：sm4.0(原名sms4.0)是中华人民共和国政府采用的一种分组密码标准，由国家密码管理局于2012年3月发布，sm是“商密”的缩写。sm4算法公开，分组长度与密钥长度均为128bit，加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构，s盒为固定的8比特输入8比特输出。
进一步的，本实用新型所提供的一种基于窄带物联网的通信设备还包括窄带物联网卡座，所述窄带物联网卡模块3固定于所述窄带物联网卡4座上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
1.一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，包括：单片机、窄带物联网通信模组和窄带物联网卡模块；
所述单片机与窄带物联网通信模组连接，所述窄带物联网通信模组与所述窄带物联网卡模块连接；
所述窄带物联网卡模块包括窄带物联网卡和嵌入式安全控制芯片，所述窄带物联网卡与所述嵌入式安全控制芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，所述单片机的型号为shc16lc32lq64。
3.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，还包括供电模块；
所述供电模块的供电端连接所述单片机的电源接口，所述单片机的电源接口、所述窄带物联网通信模组的电源接口和所述窄带物联网卡模块的电源接口串联。
4.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，所述单片机的输出端连接至所述窄带物联网通信模组的接收数据端口，所述窄带物联网通信模组的数据输入输出端口与所述窄带物联网卡的数据输入输出端口连接，所述窄带物联网卡的主输出从输入接口连接至所述嵌入式安全控制芯片的输入端；
所述嵌入式安全控制芯片的输出端连接至所述窄带物联网卡的主输入从输出接口，所述窄带物联网通信模组的发送数据端口连接至所述单片机的接收端；
所述嵌入式安全控制芯片用于对所述单片机输出的待加密的数据进行加密，并将加密后的数据传输至所述单片机。
5.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，所述单片机通过所述窄带物联网通信模组的复位端口与所述窄带物联网通信模组的连接；所述单片机用于复位所述窄带物联网通信模组；
所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的复位端口与所述窄带物联网卡连接；所述窄带物联网通信模组用于复位所述窄带物联网。
6.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，
所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的时钟端口与所述窄带物联网卡连接；所述窄带物联网通信模组通过所述窄带物联网卡的时钟端口向所述窄带物联网卡发送时钟信号；
所述窄带物联网卡通过所述嵌入式安全控制芯片的时钟端口与所述嵌入式安全控制芯片连接；所述窄带物联网卡通过所述嵌入式安全控制芯片的时钟端口向所述嵌入式安全控制芯片发送时钟信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，所述嵌入式安全控制芯片搭载sm4加密和解密算法。
8.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网的通信设备，其特征在于，还包括窄带物联网卡座，所述窄带物联网卡模块固定于所述窄带物联网卡座上。
技术总结