CN107329426A - 弹药储运环境应力监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹药储运环境应力监测***，涉及环境监测装置技术领域。包括采集器、手持式读写器、固定式读写器、中继器以及数据终端，采集器用于采集、存储、传输所述弹药包装箱、包装笼、集装箱或托盘在储存、运输等勤务处理过程中所经历的环境应力数据，并接收数据终端传来的指令和信息；手持式读写器以及中继器通过远距离无线通信网络与数据终端连接，实现手持式读写器以及中继器与数据终端间的双向通讯；固定式读写器通过远距离有线通信总线与中继器连接。所述***能够对弹药在储存、运输等勤务处理过程中所经历的环境应力数据按照设定规则进行监测，并及时将超警戒环境数据上报；也可按规定权限由数据终端向采集器发出指令和写入信息。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测装置技术领域，尤其涉及一种弹药储运环境应力监测***。
背景技术
弹药从出厂到使用，要经历仓库储存及勤务，长距离运输、装卸、野战储存两大阶段，期间，由于环境因素（温度、相对湿度、冲击、振动、气体等）的变化，弹药及其部件、材料的物理、化学性能会随之变化，影响战术技术性能发挥，甚至会产生重大事故。因此，如何对弹药在两大阶段所经受的环境应力按照进行定期监测，保证弹药可靠作用和安全使用，是目前弹药质量监控中一个非常重要的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在设定工作规则下对弹药储存、运输等勤务处理过程中所经历的环境应力数据进行监测，并及时将超警戒环境数据上报的弹药储运环境应力监测***。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种弹药储运环境应力监测***，其特征在于：包括采集器、手持式读写器、固定式读写器、中继器以及数据终端，所述采集器固定在弹药包装箱、包装笼、集装箱或托盘上，用于按设定工作规则采集、存储、传输所述弹药包装箱、包装笼、集装箱或托盘在储存、运输处理过程中所经受的环境应力数据；所述采集器通过近距离无线网络或USB接口与所述手持式读写器连接，实现与手持式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给手持式读写器，或由手持式读写器向采集器发出指令和写入信息；所述手持式读写器通过远距离无线通信网络与数据终端连接，实现与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息；所述采集器通过近距离无线网络与固定式读写器连接，实现与固定式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给固定式读写器，或由固定式读写器向采集器发出指令和写入信息；固定式读写器通过远距离有线通信总线与所述中继器连接，实现固定式读写器与中继器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给中继器，或将中继器接收到的指令和信息传送给固定式读写器；中继器通过远距离无线通信网络与所述数据终端连接，实现中继器与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息。
进一步的技术方案在于：所述采集器包括微处理器，温度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集弹药储运环境中的温度数据；湿度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集弹药储运环境中的湿度数据；三轴振动/冲击传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于实时采集所述包装箱/包装笼/集装箱/托盘在装卸、搬运处理过程中经历的振动和冲击环境数据；电磁传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集所述弹药储运环境中的电磁环境数据；气体传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集所述弹药储运环境中的气体类型、浓度数据；无线通信模块与所述微处理器双向连接，用于通过无线网络将所述装置采集的环境应力数据上传至手持式读写器或固定式读写器，或分别将数据终端发出的指令和信息经由手持式读写器或固定式读写器传送给采集器和写入采集器；扩展接口模块与所述微处理器双向连接，用于扩展传感器类型、数量；USB通信接口与所述微处理器双向连接，用于将采集的环境应力数据通过有线网络传输至手持式读写器，或分别将数据终端发出的指令和信息传送给采集器和写入采集器；数据存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储采集到的环境应力数据和数据终端传来的由固定式读写器或手持式读写器写入的数据和指令；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的环境应力数据；电源模块与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。
进一步的技术方案在于：所述采集器还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在环境应力超阈值、电池电压低于阈值或传感器故障时，在所述微处理器的控制下发出声光报警信号。
进一步的技术方案在于：所述无线通信模块使用ZigBee模块。
进一步的技术方案在于：所述电源模块包括主电池、备电池、切换电路和电压检测器，所述主电池的电源输出端与所述切换电路的一个输入端连接，所述备电池的电源输出端与所述切换电路的另一个输入端连接，所述切换电路的输出端分为两路，第一路为所述电源模块的电源输出端，第二路与所述电压检测器的采样输入端连接，所述电压检测器的控制信号输出端与所述切换电路的控制端连接。
进一步的技术方案在于：所述中继器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的环境应力数据通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端发出的指令和信息传递给采集器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，传递采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；出库检测模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测是否有弹药接收和发出事件，并将接收和发出事件、涉及弹药的数量和履历信息等传递给数据终端；报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在环境应力超阈值、电池电压低于阈值或传感器故障时，在所述微处理器的控制下发出声光报警信号；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码、用户数据、弹药履历信息、采集到的环境应力数据以及由数据终端传来的指令和信息；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的环境应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或将经授权的指令传给采集器和经授权的信息写入采集器；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
进一步的技术方案在于：所述中继器内置软件***，所述软件***包括图形显示模块、自动读取模块、采集器指令模块、通讯卫星通信模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述图像显示模块包括图像界面子模块以及库内概览视表子模块；所述采集器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据上传子模块以及数据写入子模块；所述通讯卫星通信模块包括数据加密子模块以及通讯卫星通信子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
进一步的技术方案在于：所述手持式读写器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的环境应力数据通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端发出的指令和信息传递给采集器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码、用户数据、弹药履历信息、采集到的环境应力数据以及数据终端或手持式读写器写入的信息；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的环境应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或将经授权的指令传给采集器和经授权的信息写入采集器；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
进一步的技术方案在于：所述手持式读写器内置软件***，所述软件***包括数据操作模块、图形界面模块、读写器指令模块、通讯卫星通信模块、数据管理模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述读写器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据转移及拷贝子模块以及数据上传子模块；所述数据管理模块包括数据加解密子模块以及数据转换子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
进一步的技术方案在于：所述数据终端包括PC机和通讯卫星通信模块，所述通讯卫星通信模块与所述PC机双向连接，用于与所述手持式读写器以及中继器通过通讯卫星网络进行数据交互。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述***具有三种工作模式：
第一种：“采集”工作方式。“采集”工作方式下，所述采集器将执行如下工作：按照设置周期采集并记录一次环境参数信息，当采集到的环境参数信息超过设定阈值时开启无线通讯功能上报超限事件。内置三轴振动/冲击传感器实时监测弹药存储包装振动/冲击状态，当监测到振动/冲击幅度超过设定阈值后，所述装置将自动唤醒并记录振动/冲击事件。超限事件以及振动/冲击事件可通过手持式读写器和中继器上传至数据终端。
第二种：“有线通讯”工作方式。若所述采集器通过USB通讯接口与手持式读写器或中继器相连时所述采集器将自动进入“有线通讯”工作方式，在该工作方式下，用户可通过手持式读写器或中继器回读所述采集器的记录数据，写入维修履历信息，同时实现对所述采集器的参数配置、状态控制等操作。当断开USB通讯接口与所述采集器之间的连接后，所述采集器将退出“有线通讯”工作方式，重新进入“采集”工作方式。
第三种：“无线通讯”工作方式。若环境参数信息采集周期完成或采集到的环境参数信息超过设定阈值时或接收到无线指令时，所述采集器将自动进入“无线通讯”工作方式，在该工作方式下，所述采集器将通过中继器或手持式读写器向数据终端上传超限事件信息。超限事件上报完毕后，所述采集器将退出“无线通讯”工作方式，重新进入“采集”工作方式。此外，当所述采集器通过USB通讯接口与手持式读写器相连时，采集器将退出“无线通讯”工作方式，进入“有线通讯”工作方式。
通过以上工作模式可以得知，所述***可通过采集器对弹药在储存、运输等勤务处理过程中所处环境的温度、湿度、电磁以及气体信息进行定时采集，而对冲击和振动信号进行实时采集，且当采集的任意一个信息超过预设的阈值时，所述采集器发出报警声光信号并将报警信息上传至数据终端，使数据终端用户尽快做出响应，防止意外事故的发生。
附图说明
图1是本发明实施例所述***的原理框图；
图2是本发明实施例所述***中采集器的原理框图；
图3是本发明实施例所述采集器中电源模块的原理框图；
图4是本发明实施例所述***中中继器的原理框图；
图5是本发明实施例所述***中中继器的软件功能框图；
图6是本发明实施例所述***中手持式读写器的原理框图；
图7是本发明实施例所述***中手持式读写器的软件功能框图。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所述，本发明实施例公开了一种弹药储运环境应力监测***，包括采集器、手持式读写器、固定式读写器、中继器以及数据终端，所述采集器固定在弹药包装箱/包装笼/集装箱/托盘上，用于按设定工作规则采集、存储、传输所述弹药包装箱/包装笼/集装箱/托盘在储存、运输等勤务处理过程中所经受的环境应力数据，或接收由数据终端发出经由中继器、固定式读写器或手持式读写传送的指令和信息；所述采集器通过近距离无线网络或USB接口与所述手持式读写器连接，实现与手持式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给手持式读写器，或由手持式读写器向采集器发出指令和写入信息；所述手持式读写器通过远距离无线通信网络与数据终端连接，实现与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息；所述采集器通过近距离无线网络与固定式读写器连接，实现与固定式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给固定式读写器，或由固定式读写器向采集器发出指令和写入信息；固定式读写器通过远距离有线通信总线与所述中继器连接，实现固定式读写器与中继器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给中继器，或将中继器接收到的指令和信息传送给固定式读写器；中继器通过远距离无线通信网络与所述数据终端连接，实现中继器与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息。
环境信息通讯分发功能由固定式读写器、中继器和手持式读写器共同完成：固定式读写器安装在仓库内固定地点，用以无线方式（Zigbee）读取应力采集器采集的数据，或写入设定信息。固定式读写器自动读取数据的频率、写入信息和手动读取数据的时机均受数据终端并经由中继器控制；中继器安装在仓库站台，与仓库内的固定式读写器采用RS485总线进行连接，用以按规定方式操作固定式读写器，将固定式读写器送来的数据进行存储，并通过通讯卫星发送给数据终端，或通过通讯卫星接收数据终端发出的指令、信息，并通过固定式读写器传递给采集器；当弹药在库外或者运输途中时，采用手持读写器对应力采集器采集的数据进行无线（Zigbee）和有线（USB）方式的读取或写入数据，手持读写器同时可根据需求将读取的信息通过通讯卫星发送到数据终端。数据终端主要完成通讯卫星信息接收，按预定规则和权限向手持式读写器或中继器发出指令和信息，并根据接收的信息完成弹药数质量管理决策支持功能。
如图2所示，所述采集器包括微处理器，温度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集弹药储运环境的温度数据；湿度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集弹药储运环境的湿度数据；三轴振动/冲击传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集所述包装在储运环境中所经历的振动/冲击数据；电磁传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集所述弹药存储环境中的电磁环境数据；气体检测传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于采集所述所述弹药储运环境的气体信息；无线通信模块与所述微处理器双向连接，用于通过无线网络将所述装置采集的储运环境上传至手持式读写器或固定式读写器，或将数据终端发出的指令、信息经由手持式读写器或固定式读写器传递给微处理器；扩展接口模块与所述微处理器双向连接，用于扩展传感器类型；USB通信接口与所述微处理器双向连接，用于将采集的储运环境信息通过有线网络传输至手持式读写器；数据存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储采集到的环境应力数据和数据终端传来的由固定式读写器或手持式读写器写入的数据和指令；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令、写入数据并显示；电源模块与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。
微处理器：考虑到采集器工作环境、采集通道数和能耗等方面的要求，采用ST公司基于Cortex-M4内核的高性能低功耗工业级芯片STM32L476作为核心MCU。STM32L476工作温度范围可达-40℃~105℃，时钟频率高达80MHz，峰值电流为5mA，休眠电流仅为0.05uA。假设STM32L476每天全负荷工作4小时，且采用容量40Ah的高能电池供电，理论上可以工作约5.4年，如果电池再采用冗余设计的话，时间至少还可延长2倍。STM32L476具备高效的电源管理功能，包括7种电源管理模式（运行、低功耗运行、睡眠、低功耗睡眠、停止1、停止2、待机、关闭），并且可为设定外设和I/O管理独立电源。STM32L476同时具有丰富的片上资源，包括114个可自由配置IO管脚、24个12位模数转换通道、11个16位定时/计数器、3个SPI接口、3个I2C接口、1个全速USB接口、1个SDMMC接口，足以满足应力采集的要求。
传感器：考虑到供电和功耗问题，选用ADI、TI等公司的MEMS传感器作为应力采集之用。MEMS传感器具有小尺寸、高精度、低功耗、高灵敏度等特点，其工作电流通常为10uA级别，休眠电流为uA级别。并且许多MEMS传感器具有阈值设定和超阈值触发等功能，可省略触发电路设计，为用户带来极大便利。采集的数据通过调理电路进行降噪、滤波和特征信号提前等方面的预处理，最终以模拟量、I2C、SPI三种数据形式发送至MCU。
如图3所示，所述电源模块包括主电池、备电池、切换电路和电压检测器，所述主电池的电源输出端与所述切换电路的一个输入端连接，所述备电池的电源输出端与所述切换电路的另一个输入端连接，所述切换电路的输出端分为两路，第一路为所述电源模块的电源输出端，第二路与所述电压检测器的采样输入端连接，所述电压检测器的控制信号输出端与所述切换电路的控制端连接。
切换电路主要由MOS管和JK触发器组成，可接收外部控制信号以进行通路切换。电压检测器选用高精度低功耗的S-808系列芯片。S-808系列芯片预设固定参考电压，当其输入端高于参考电压时输出高电平，低于参考电压时输出低电平，利用该特点将其输出端反馈到切换电路，进行切换控制。
初始时工作阶段，默认由主电池供电，切换电路开通主电池通路，电压检测器输出高电平。一旦主电池电量消耗过大，电压低于预定值时，电压检测器则立即检测到该变化并输出低电平至切换电路，切换电路即开通备电池通路，由备电池进行供电。由此形成双电池的主备切换供电，延长采集器的工作寿命。
电池的选取上，采用Electrochem公司生产的EI高能电池。EI高能电池可在高温（最高200℃）或低温（最低-55℃）以及大振动、冲击等恶劣环境中安全、可靠的使用，其最大容量可达40Ah，最大额定电流可达4A，电流释放启动快、供电均匀，满足采集器长时间安全可靠供电的要求。
采集器存储的数据内容主要分为三种，第一种包括：生产基本信息（弹药种类、整弹及部件或诸元生产装配批-年-厂，部件类型、材料情况），部件及全弹初始质量信息，其他与储运管相关要求的文字信息；第二种为采集到的环境应力数据；第三种为由数据终端发出并经由固定式读写器或手持式读写器的指令和信息。存储模块存储的应力数据为长期的历史数据。采集器存储的数据直接以16进制数的形式存储在设定的存储区域，提高存储的效率和安全性。
考虑到储存器的读写是功耗的一大因素，采用铁电存储器（FRAM）作为采集器的存储介质。铁电存储器是目前最先进的存储器，具有低功耗、高速、长读写寿命、高可靠性等特点。通常的铁电存储器峰值写入电流为100uA级别，一个完整读写操作时间为100ns级别，功耗水平是EEPROM和FLASH的几千分之一；读写寿命理论上可达1012次以上，是EEPROM和FLASH的几十万倍。
时钟模块：为实现定时采集功能并知道每次唤醒采集间隔的确切时间，在电路中增加一个日历时钟芯片。该芯片选用PHILIPS公司的PCF8563，该芯片是一种工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，PCF8563 的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务。典型工作电流为0.25uA，运行功耗低。PCF8563共有四种报警方式，分别为小时报警（每小时的同一分钟时刻报警）、日报警（每天的同一小时时刻报警）、月报警（每月的同一天时刻报警）和星期报警（每星期的同一天时刻报警），可使用小时报警功能实现每12小时唤醒睡眠中的MCU进行数据采集。
考虑到短距离通讯的距离应大于10米，采用Zigbee作为采集器与固定式读写器、手持读写器的无线通讯协议。采集器和读写器均内置Zigbee模块，通过Zigbee模块读写器可对采集器进行数据的读写，并可发送控制指令以指示读写器完成相应操作。
Zigbee最早主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，是一种近距离、低功耗、低成本、低复杂度、低间歇性、大容量、高可靠性和安全性的双向无线通讯技术，目前广泛应用于工业自动化控制、电力设备、物联网、仓储物流管理、矿井地下定位等领域。
采集器的Zigbee模块拟采用TI公司的CC25XX系列收发芯片，使用2.4G Hz频段，穿透力和抗干扰性强，发送电流约为20mA，休眠电流约为0.4 uA，单对传输距离大于30米（组网后可达数公里），传输速率为250Kbps；数据传输时采用载波检测多址访问和talk-when-ready碰撞避免机制，可与确认和数据检验等措施相结合，保证数据的可靠传输；在数据传输中提供了三级安全机制，支持鉴权和认证，最高安全级别采用AES-128加密算法，保证了数据传输的安全性。
USB模块：USB模块是手持读写器与采集器通讯的另一接口，该模块仅作为USB从设备使用。手持读写器可结合定制的应用软件，通过USB接口对采集器进行数据读写；手持读写器还可通过USB接口向采集器发送设定操作指令，采集器根据指令要求，完成所要求的动作。手持式读写器只能通过USB接口读取采集器存储的长期应力历史数据。
优选的，所述采集器还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在环境应力超阈值、电池电压低于阈值或传感器故障时，在所述微处理器的控制下发出声光报警信号，并将报警信息传递给数据终端。
报警采用蜂鸣器、预警指示灯和数码管三种方式，其中数码管采用16进制数字显示，指示***出现问题的相关模块或器件。报警模块主要包括3部分功能：过激应力报警：用于在采集器检测到过激环境应力时进行报警，报警方式为本地报警，当检测到过激应力时，采集器将过激应力数据进行记录，并驱动蜂鸣器发声、预警指示灯闪烁以进行现场警示，通知值守人员。低压报警：当电池的电压低于设定阈值时进行报警，并向终端进行提示。自检报警：当传感器出现问题时进行报警，通知进行维修或更换。
固定式读写器可以进行一对多的数据读写，根据仓库的大小以及装备位置分布的不同，安装布置在仓库内的不同位置，其与库房外的中继器采用RS485总线进行连接，与应力采集器采用无线方式（Zigbee）进行通讯。固定式读写器可根据要求自动对应力采集器采集的数据进行读取，并上传至中继器；也可由数据终端并通过中继器，向采集器写入数据；还可由数据终端并通过中继器，向采集器发送动作指令。固定式读写器可根据读写速率、读写距离、功耗等具体要求，选用市场现有的产品。
如图4所示，所述中继器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的信息通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端的指令、信息通过通讯卫星传递给所述中继器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络接收所述采集器采集的信息，或将由数据终端发出的指令、信息通过中继器和固定式读写器传递给采集器；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，接收采集器采集的信息，或将中继器接收到的数据终端的指令、信息传递给固定式读写器；出库检测模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测是否有弹药接收和发出事件，并将接收和发出事件、涉及弹药的数量和履历信息等传递给数据终端；报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在所述微处理器的控制下发出声光报警信号；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码、用户数据、弹药履历信息、采集到的环境应力数据以及数据终端或手持式读写器写入的信息；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的环境应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或将经授权的指令传给采集器和经授权的信息写入采集器；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
中继器的核心处理器采用基于高性能低功耗Cortex-A系列内核的工业级芯片。Cortex-A系列处理器频率最高可达2.5GHz，采用了Thumb2指令集、Neon单指令多数据单元、ARMtrustZone安全扩展、Jazelle-RCT Java加速等新技术，使得运算速度、多媒体处理、信号处理性能得到更有效的提高，功耗水平进一步降低，提供了更多的软件库支持，可高效且灵活应用于具有高计算要求、运行丰富操作***、提供图形界面和交互媒体的各种应用领域。
通讯卫星通信模块：考虑到远距离无线通讯的数据量和数据传输速率，采用通讯卫星通信模块作为远距离无线通讯之用。通过该模块，中继器可以通过通讯卫星与远程数据终端进行通信，将应力数据、异地报警等信息发送到数据终端，接收数据终端发送的指令、信息。通讯卫星通信***目前主要应用于军事和航空航天领域，相对北斗卫星通信而言，具有可传输数据量大、传输速率高、成本低等优点。（通讯卫星通信模块具体参数因涉密，根据生产厂家要求不在此具体说明，如有需要可进行进一步交流）
RS485模块：中继器的RS485模块是***RS485总线的主控制器，提供RS485总线的物理接口，使得中继器可以方便的对RS485总线进行访问和操作，从而对采集器进行数据读写和指令操作。
Zigbee模块：Zigbee模块用于在有装备出入库时，向其采集器里读取或写入生产、质量和储运等基本信息。Zigbee模块拟采用TI公司的CC25XX作为收发芯片，并根据需要设置全向外置天线，增加读写距离、提高抗干扰性和穿透能力。
出入库检测模块：出入库检测模块采用红外传感器或地埋式压力传感器，与Zigbee模块配合使用，进行弹药出入库的检测，出入库种类、数量、生产诸元等读取。
报警模块：报警模块采用大功率声光报警器，用于在监测到环境应力超出设定阈值或异常出入库情况时进行本地的声光报警，通知相关值守人员，并将报警信息传递给数据终端。
存储模块：存储模块采用大容量、高速的FLASH芯片作为存储介质，主要用于存储操作***、程序代码、用户数据等内容。中继器存储模块存储的是仓库内所有应力采集器采集的长期的环境应力历史数据，以某种格式的文件形式进行存储。
USB模块：USB模块此处为USB主设备，主要用于将中继器汇聚的各采集器采集的应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或预定权限向采集器发出指令或写入信息。
人机交互模块：人机交互模块包括液晶屏、触摸屏和定制按键等几个部分，为使用者提供灵活、高效和可靠的信息输入和图形输出。
中继器上根据需要运行Android或Linux操作***，并安装经专门定制的应用软件，应用软件采用VC++进行开发，应用软件直接面对用户的主要业务功能包括7个部分，即图形显示、自动读取、采集器指令、通讯卫星通信、用户管理、参数设置和操作日志，功能结构如图5所示。
中继器中的软件***包括图形显示模块、自动读取模块、采集器指令模块、通讯卫星通信模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述图像显示模块包括图像界面子模块以及库内概览视表子模块；所述采集器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据上传子模块以及信息写入子模块；所述通讯卫星通信模块包括数据加密子模块以及通讯卫星通信子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
图形显示模块：包括图形界面和库内概览视表两部分。图形界面提供软件输入和输出的接口和软件的操作界面。库内概览视表提供轻量级的库存管理功能，以图表的形式提供单元弹药或包装的库内准确定位，以及库房内弹药种类、批次、数量的准确统计。
自动读取模块：可设置中继器通过RS485总线自动读取采集器应力数据的周期、已读数据的存储格式、存储位置、开启或关闭自动读取功能，并按预设的要求进行采集器应力数据的自动读取。
采集器指令模块：通过该功能，中继器可按照数据终端赋予的权限操作固定式读写器，选择对各采集器发送指令，进行手动的传感器选择及并启动数据采集、对采集器各个传感器自动采集的周期进行设置、将采集器数据上传、向采集器写入设定信息等操作。
通讯卫星通信模块：包括数据加解密和通讯卫星通信两部分。数据加解密是在数据发送之前进行加密处理，或对收到的已加密数据进行解密。通讯卫星通信主要是将数据按照通讯卫星通信的要求进行组帧和打包并发送出去；或者是接收通讯卫星数据并将其进行解包处理，转换成本地数据。
用户管理模块：可通过该功能设置整个软件的操作权限及数据访问权限，添加、删除用户，为用户设置进入的密码等内容。
参数配置模块：可对软件的一些默认参数进行设置，例如报警阈值、报警方式、出入库检测功能等。
操作日志模块：对手持读写器的每次操作进行记录，并可根据操作内容、操作日期、操作者等关键词对历史操作进行查询和显示。
手持读写器用于在弹药处于非储存状态时读写采集器存储的应力数据，将数据转换成符合标准的格式，并根据需要通过通讯卫星发送至数据终端。读写方式分有线读写和无线读写两种，有线读写通过USB口进行，无线读写通过Zigbee接口进行。
手持读写器的内部硬件结构如图6所示：所述手持式读写器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的信息通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端发出的指令、信息通过通讯卫星传给采集器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络接收所述采集器采集的信息，或将数据终端发出的指令、信息通过通讯卫星传给采集器；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，接收采集器采集的信息，或将数据终端发出的指令、信息经由中继器、固定式读写器传给采集器；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码以及用户数据；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的应力数据转移或拷贝至外部移动存储；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
微处理器：手持读写器的核心处理器亦采用基于高性能低功耗Cortex-A系列内核的工业级芯片，满足高运算速度、多媒体处理、快速信号处理和丰富软件库支持移动平台的要求，进行各种高效灵活的应用开发。
Zigbee模块：Zigbee模块用于无线读取采集器存储的应力数据。Zigbee模块同时也是手持读写器向采集器发送操作指令的无线接口，读写器可通过Zigbee模块指示采集器完成指定的操作。手持读写器的Zigbee模块拟采用TiTI公司的CC25XX系列芯片作为核心。
USB模块：USB主要具备两方面的功能：作为USB主设备，与USB移动存储连接，实现对外来USB移动存储的访问和控制等操作；作为手持读写器向采集器发送操作指令的有线接口，通过USB总线指示采集器完成指定操作。
通讯卫星通信模块：主要用于将手持读写器通过通讯卫星与远程数据终端进行通信，将应力数据、异地报警等信息发送到数据终端，并接收数据终端发送的信息。
存储模块：存储模块采用大容量、高速的FLASH芯片作为存储介质，主要用于存储操作***、程序代码、用户数据等内容。
人机交互模块：人机交互模块包括液晶屏、触摸屏和定制按键等几个部分，为使用者提供灵活、高效和可靠的信息输入和图形输出。
手持式读写器上运行Android或Linux操作***，并安装经专门定制的应用软件，应用软件采用VC++开发，主要的业务功能与中继器大致一致，具体的功能有所差别，软件功能模块如图7所示：
所述手持式读写器内置软件***，所述软件***包括数据操作模块、图形界面模块、读写器指令模块、通讯卫星通信模块、数据管理模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述读写器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据转移及拷贝子模块以及数据上传子模块；所述数据管理模块包括数据加解密子模块以及数据转换子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
数据操作模块：主要用于对采集器进行数据读写，可对读写的方式（有限线或无线）、读写内容（文字信息或应力数据）、读写长度、存储格式进行设置或选择。
图形界面模块：提供软件输入输出的接口和界面，并可通过该功能修改整个软件界面的主题、风格、视图等。
采集器指令模块：通过该功能，手持读写器可对采集器发送指令，进行手动的传感器选择及数据采集、对采集器各个传感器自动采集的周期进行设置、将采集器数据上传等操作。
通讯卫星通信模块：将数据封装成符合要求的帧格式，并通过通讯卫星发送至数据终端；接收通讯卫星传来的信息，并解析成读写器可识别的数据。
数据管理模块：将收到的应力数据转换成规定的数据格式，并根据需要进行加密和解密处理。
用户管理模块：可通过该功能设置整个软件的操作权限及数据访问权限，添加、删除用户，为用户设置进入的密码等内容。
参数配置模块：可对软件的一些默认参数进行设置。
操作日志模块：对手持读写器的每次操作进行记录，并可根据操作内容、操作日期、操作者等关键词对历史操作进行查询和显示。
数据终端主要由PC机（或军用平板）和通讯卫星通信模块组成。通讯卫星通信模块接收手持读写器和中继器经由通讯卫星发来的数据，在进行解密和数据转换之后发送给PC机。PC机上安装管理和决策支持软件，对收到的数据进行分析、处理，对弹药进行管理，为决策提供支持。PC机端的管理和决策支持软件主要功能如下：（1）自动物流管理：a. 各种运输方式下，各运输装卸节点上单元弹药或包装精确定位；b. 各种运输方式下，各运输装卸节点单元DY弹药或包装流向上报。（2）自动库存管理：a.对单元弹药或弹药包装的库存位置进行精确定位；b.对每个库房内各种弹药的数量进行精确统计；c.对弹药储存环境变化情况、规律进行详细分析；d.对弹药库存状态下的勤务处理活动进行详细统计。（3）自动质量管理：a.弹药全寿命环境信息实时采集、处理、存储与通讯；b.弹药安全状态、服役状态实时确定与查询，实时提出库存管理、使用、技术处理辅助决策。
Claims (10)
1.一种弹药储运环境应力监测***，其特征在于：包括采集器、手持式读写器、固定式读写器、中继器以及数据终端，所述采集器固定在弹药包装箱、包装笼、集装箱或托盘上，用于按设定工作规则采集、存储、传输所述弹药包装箱、包装笼、集装箱或托盘在储存、运输处理过程中所经受的环境应力数据；所述采集器通过近距离无线网络或USB接口与所述手持式读写器连接，实现与手持式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给手持式读写器，或由手持式读写器向采集器发出指令和写入信息；所述手持式读写器通过远距离无线通信网络与数据终端连接，实现与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息；所述采集器通过近距离无线网络与固定式读写器连接，实现与固定式读写器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给固定式读写器，或由固定式读写器向采集器发出指令和写入信息；固定式读写器通过远距离有线通信总线与所述中继器连接，实现固定式读写器与中继器间的双向通讯，将采集的环境应力数据传送给中继器，或将中继器接收到的指令和信息传送给固定式读写器；中继器通过远距离无线通信网络与所述数据终端连接，实现中继器与数据终端间的双向通讯，将收到的环境应力数据传输至数据终端，或接收数据终端发出的指令和信息。
2.如权利要求1所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述采集器包括微处理器，温度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集弹药储运环境中的温度数据；湿度传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集弹药储运环境中的湿度数据；三轴振动/冲击传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于实时采集所述包装箱/包装笼/集装箱/托盘在装卸、搬运处理过程中经历的振动和冲击环境数据；电磁传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集所述弹药储运环境中的电磁环境数据；气体传感器与所述微处理器的信号输入端连接，用于按设定工作规则采集所述弹药储运环境中的气体类型、浓度数据；无线通信模块与所述微处理器双向连接，用于通过无线网络将所述装置采集的环境应力数据上传至手持式读写器或中继器，或将数据终端发出的指令和信息传给采集器；扩展接口模块与所述微处理器双向连接，用于扩展传感器类型、数量；USB通信接口与所述微处理器双向连接，用于将采集的环境应力数据通过有线网络传输至手持式读写器，或向采集器发出指令和写入信息；数据存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储采集到的环境应力数据和数据终端传来的由固定式读写器或手持式读写器写入的数据和指令；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的环境应力数据；电源模块与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。
3.如权利要求2所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述采集器还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在环境应力超阈值、电池电压低于阈值或传感器故障时，在所述微处理器的控制下发出声光报警信号。
4.如权利要求2所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述无线通信模块使用ZigBee模块。
5.如权利要求1所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述电源模块包括主电池、备电池、切换电路和电压检测器，所述主电池的电源输出端与所述切换电路的一个输入端连接，所述备电池的电源输出端与所述切换电路的另一个输入端连接，所述切换电路的输出端分为两路，第一路为所述电源模块的电源输出端，第二路与所述电压检测器的采样输入端连接，所述电压检测器的控制信号输出端与所述切换电路的控制端连接。
6.如权利要求1所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述中继器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的环境应力数据通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端发出的指令和信息传递给采集器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，传递采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；出库检测模块与所述微处理器的信号输入端连接，用于检测是否有弹药接收和发出事件，并将接收和发出事件、涉及弹药的数量和履历信息等传递给数据终端；报警模块与所述微处理器的信号输出端连接，用于在环境应力超阈值、电池电压低于阈值或传感器故障时，在所述微处理器的控制下发出声光报警信号；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码、用户数据、弹药履历信息、采集到的环境应力数据以及数据终端或手持式读写器写入的信息；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的环境应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或将指令传给采集器和将信息写入采集器；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
7.如权利要求6所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述中继器内置软件***，所述软件***包括图形显示模块、自动读取模块、采集器指令模块、通讯卫星通信模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述图像显示模块包括图像界面子模块以及库内概览视表子模块；所述采集器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据上传子模块以及数据写入子模块；所述通讯卫星通信模块包括数据加密子模块以及通讯卫星通信子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
8.如权利要求1所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述手持式读写器包括微处理器，通讯卫星通信模块与所述微处理器双向连接，用于将所述采集器采集的环境应力数据通过通讯卫星传输至数据终端，或将数据终端发出的指令和信息传递给采集器；ZigBee模块与所述微处理器双向连接，用于通过近距离无线网络传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；RS485模块与所述微处理器双向连接，用于通过串行总线与所述采集器连接，传递所述采集器采集的环境应力数据，以及数据终端发出的指令和信息；存储模块与所述微处理器双向连接，用于存储操作***、程序代码、用户数据、弹药履历信息、采集到的环境应力数据以及数据终端或手持式读写器写入的信息；USB模块与所述微处理器双向连接，用于将中继器汇聚的各采集器采集的环境应力数据转移或拷贝至外部移动存储，或将经授权的指令传给采集器和经授权的信息写入采集器；人机交互模块与所述微处理器双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
9.如权利要求8所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述手持式读写器内置软件***，所述软件***包括数据操作模块、图形界面模块、读写器指令模块、通讯卫星通信模块、数据管理模块、用户管理模块、参数配置模块以及操作日志模块；所述读写器指令模块包括手动采集子模块、参数设置子模块、数据转移及拷贝子模块以及数据上传子模块；所述数据管理模块包括数据加解密子模块以及数据转换子模块；所述用户管理模块包括用户增减子模块、密码管理子模块以及用户权限子模块；所述操作日志包括操作记录子模块以及操作检索子模块。
10.如权利要求1所述的弹药储运环境应力监测***，其特征在于：所述数据终端包括PC机和通讯卫星通信模块，所述通讯卫星通信模块与所述PC机双向连接，用于与所述手持式读写器以及中继器通过通讯卫星网络进行数据交互。
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