CN107703832A - 一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,包括参数采集单元、车厢开合检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元;参数采集单元包括电子标签和读写器。本发明采用先进的电子标签技术、GPS定位技术、通信技术及传感器技术,实现冷链运输过程中将货品温湿度变化记录在电子标签上,将货品温湿度和运输车辆车厢门开合状态等数据标注地理位置信息后实时上传到监控中心,从而掌控货品的运输在途参数,能在必要时及时触发预警,有效降低了货品冷链运输过程中的损耗,保证了在途货品的质量和安全,有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及物流运输监控技术领域,特别涉及一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置。
背景技术
冷链运输是指在运输全过程中,无论是装卸搬运、变更运输方式、更换包装设备等环节,都使所运输货物始终保持一定温度的运输。冷链运输方式可以是公路运输、水路运输、铁路运输、航空运输,也可以是多种运输方式组成的综合运输方式。冷链运输是冷链物流的一个重要环节。冷链运输的对象主要有:医药品如疫苗、血液制品等,保鲜食品如速冻食品、肉类、冷饮、蔬菜、水果、水产品等。
对于冷链运输,传统的监控方式是采用温湿度检测记录仪来测量并记录整个车厢的温湿度,即每台冷链运输车辆放一台或者多台温湿度检测记录仪来测量并记录运输过程中车厢内的温湿度,当货物到达运输目的地后,将温湿度检测记录仪与电脑通过有线连接的方式将数据导入,再进行数据统计与分析,例如找出最大值、最小值以及曲线趋势等。传统的温湿度检测记录仪价格昂贵,体积庞大,无法对单个箱体进行测温,无法自动识别货品信息以及需要有线连接和人工干预才能导出数据,公司和客户无法动态检测到冷链运输车辆的过程状态,降低了监控中心监测的准确性和实时性,无法满足现代冷链运输行业温湿度监控的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题,本发明提供了一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,电子标签有效降低了车载监控装置能耗,免除了跟踪过程中的人工干预,无线通信单元使得用户无需另外组网,为客户节省了宝贵时间和维护费用,监控中心实时监测冷链运输车辆的在途信息,用户也可以通过移动终端进行查询。
(二)技术方案
一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,包括参数采集单元、车厢开合检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元;
所述参数采集单元包括电子标签和读写器,所述电子标签贴于运输货品上,采集货品的温湿度参数,所述电子标签与所述读写器通过微波射频进行数据传输,所述读写器读取的数据送入所述控制器单元;
所述车厢开合检测单元安装于运输车辆车厢口,检测运输车辆车厢的开合状态,输出送入所述控制器单元;
所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文,送入所述控制器单元进行解析提取;
所述控制器单元分别通过UART1口、UART2口和UART3口与所述读写器、所述GPS定位单元和所述无线通信单元进行数据交换,所述控制器单元通过所述无线通信单元与监控中心的上位机和用户的移动终端建立通信连接;
所述电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
进一步的,所述电子标签包括温湿度传感器和射频天线,所述温湿度传感器选用SHT1X系列数字温湿度传感器,所述读写器选用RI-R6C-001A射频读写芯片。
进一步的,所述车厢开合检测单元包括开关状态传感器和第一电阻,其中所述开关状态传感器选用霍尔开关TP4913。
进一步的,所述控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232。
进一步的,所述GPS定位单元包括GPS模块、电感、第二电阻和第一电容,其中所述GPS模块选用24pin Ublox NEO 5Q。
进一步的,所述无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡,其中所述GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。
进一步的,所述电源管理单元包括锂电池、充电管理芯片、稳压芯片、连接器、第一和第二发光二极管、第二~第六电容和第三~第七电阻,其中所述充电管理芯片选用8pinCN3063,所述稳压芯片选用低功耗LDO稳压器TLV70033,所述第六电容为电解电容。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,采用先进的电子标签技术、GPS定位技术、通信技术及传感器技术,实现冷链运输过程中将货品温湿度变化记录在电子标签上,将货品温湿度和运输车辆车厢门开合状态等数据标注地理位置信息后实时上传到监控中心,从而掌控货品的运输在途参数,能在必要时及时触发预警,有效降低了货品冷链运输过程中的损耗,保证了在途货品的质量和安全,有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题,***具有成本低、功耗低、检测精度高、实时性和扩展性良好的特点,提高了冷链运输车辆的实时监测能力,在提高货品运输品质的同时,降低了货品损耗和供应链的投资成本。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置的***结构框图。
图2为本发明所涉及的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置的车厢开合检测单元电路原理图。
图3为本发明所涉及的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置的GPS定位单元电路原理图。
图4为本发明所涉及的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置的电源管理单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。
如图1所示,一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,包括参数采集单元、车厢开合检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元;参数采集单元包括电子标签和读写器,电子标签贴于运输货品上,采集货品的温湿度参数,电子标签与读写器通过微波射频进行数据传输,读写器读取的数据送入控制器单元;车厢开合检测单元安装于运输车辆车厢口,检测运输车辆车厢的开合状态,输出送入控制器单元;GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文,送入控制器单元进行解析提取;控制器单元分别通过UART1口、UART2口和UART3口与读写器、GPS定位单元和无线通信单元进行数据交换,控制器单元通过无线通信单元与监控中心的上位机和用户的移动终端建立通信连接;电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
参数采集单元是整个车载监控装置的重要组成部分,包括电子标签和读写器,电子标签包括温湿度传感器和射频天线,温湿度传感器选用SHT1X系列数字温湿度传感器,读写器选用RI-R6C-001A射频读写芯片。电子标签贴于运输货品上,采集货品的动态温湿度数据并处理转换成电信号,通过2.45GHz微波射频通信将信息传输给读写器。电子标签选用有源主动式,工作状态下通信距离可达30~50m,休眠状态功耗极地,低频唤醒距离在0.5~7m之间准确可控。读写器选用全向式RI-R6C-001A射频读写芯片,通信距离达15~50m,内置存储器可用于暂存温湿度数据,先进的时隙ALOAH防碰撞算法支持读写器同时读写200各电子标签,可以组建一个无线局域网,实现多点采集货品的温湿度。温湿度传感器采用SHT1X系列数字温湿度传感器,此传感器电阻温度系数大,感应灵敏,电阻值随温度变化基本呈线性关系。因此电子标签测温范围为-40~+123℃,测温精度为±0.5℃,湿度测量范围为0~100%RH,测湿精度为±2%RH。采用电子标签及时解决了冷链物流人工干预、能耗高的固有缺点,而且电子标签体积小、易拆卸、可重复利用,有效降低了物流成本。
如图2所示,车厢开合检测模块包括开关状态传感器U1和电阻R1,其中开关状态传感器U1选用霍尔开关TP4913。TP4913是一款CMOS无极性高灵敏度微功耗霍尔开关,能够提供准确而稳定的磁开关点,抗机械应力强。在TP4913的VCC引脚和Q引脚连接上拉电阻R1,输出数字信号TP1直接送入控制器单元的单片机。
控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232。装置采用意法半导体(ST)的基于ARM Contex_M3内核的RISC 32位单片机STM32F103RBT6,其CPU处理速度快,工作频率最高可达72MHz,定点运算速率达到每秒9×107条指令,片内128KBFlash,20KB SRAM,拥有强大的程序和数据存储能力,资源丰富,***连通性好,拥有9个通信接口(3个UART、2个I2C、2个SPI、1个CAN和1个USB2.0),***设备丰富,多达80个快速I/O端口扩展,7通道DMA控制器,7个定时器,2个12位A/D转换器,支持JTAG/SWD接口的调试下载及IAP(在应用可编程),无需专用的编程器/仿真器,具有睡眠、停机和待机模式,体积小,性能高,可满足车载终端设备低功耗与多串口的需求。单片机STM32F103RBT6的UART1口连接读写器RI-R6C-001A,UART2口通过MAX3232芯片连接GPS定位单元的串口,UART3通过MAX3232芯片连接无线通信单元。
如图3所示,GPS定位单元包括GPS模块U2、电感L1、电阻R2和电容C1,其中GPS模块U2选用24pin Ublox NEO 5Q。该模块支持NEMA0183 V3.0协议标准输出,TTL电平接口,不能直接与单片机STM32F103RBT6相连接,必须先通过MAX3232将TTL电平转换成RS232电平后,才能连接到单片机STM32F103RBT6的接口。Ublox NEO 5Q引脚20(TxD1)和引脚21(RxD1)分别通过MAX3232与STM32F103RBT6的引脚15(STM_TX2)和引脚16(STM_RX2)相连。定位精度小于2.5m,限制运行速率高达1000节,相当于515m/s,具有50通道卫星接收功能,工作电压2.7~3.6V,启动时间短,功耗低,全速模式135mW,定位快速,提供多种接口,便于扩展。模块上电工作时,与STM32F103RBT6进行通信,通过初始化设置定时输出GPS卫星导航电文,STM32F103RBT6对GPS卫星导航电文进行解析,提取出日期、时间、经纬度和车载速度等有用信息作为监控中心监测的基本数据。装置上电工作时,GPS模块Ublox NEO 5Q每隔一段时间就把接收到的GPS卫星导航电文通过串口传输给STM32F103RBT6,STM32F103RBT6编程控制读取导航电文的时间间隔,以降低功耗和节约通信费用。
无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡,其中GSM/GPRS模块选用68pinSIM900。SIM900为工业级四频段GSM/GPRS模块,体积小,功耗低,可以快速安全可靠地实现短信消息服务和GPRS数据无线传输。SIM900内嵌PPP拨号协议和TCP/IP协议栈,模块工作电压为3.4~4.5V,可工作在850/900/1800/1900MHz四个频段。STM32F103RBT6通过UART3与SIM900进行通信,SIM900的引脚9(TXD_O)和引脚10(RXD_I)需要通过MAX3232芯片电平转换后才能与STM32F103RBT6的引脚29(STM_TX3)和引脚30(STM_RX3)相连。SIM900与STM32F103RBT6的通信协议是AT命令集,STM32F103RBT6通过发送AT指令可以对SIM900进行控制,设置工作模式,传输速率设置为115200b/s。SIM900模块内置SIM卡进行通信,通过GPRS数据分组接入互联网。为增强***的安全性和可靠性,防止恶意短信查询和骚扰,移动终端用户进行短信查询时需要进行身份和口令的双重确认,STM32F103RBT6内置电话簿,非电话簿用户短信均被当作垃圾短信处理。
如图4所示,电源管理单元包括锂电池E1、充电管理芯片U3、稳压芯片U4、连接器J1、发光二极管LED1和LED2、电容C2~C6和电阻R3~R7,其中充电管理芯片U3选用8pinCN3063,稳压芯片U4选用低功耗LDO稳压器TLV70033。CN3063是可以用太阳能电池供电的单节锂电池充电管理芯片,内部集成功率晶体管,应用时不需要外接电流检测电阻和阻流二极管,内部的8位A/D转换器能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流,还提供输入电压过低锁存、自动再充电、电池温度监控及充电状态指示灯功能。由于单片机STM32F103RBT6及装置中其他芯片的工作电压均为3.3V,电源经过低功耗LDO稳压芯片TLV70033转为3.3V供电。
车载监控装置内的电子标签和读写器承担着货品标签信息和温湿度数据采集与读取任务,霍尔开关TP4913检测车厢门是否被非正常开启,GPS模块Ublox NEO 5Q接收GPS卫星传来的导航电文,单片机STM32F103RBT6将电子标签采集的温湿度数据和霍尔开关采集的车厢门开合状态进行分析和预处理,同时对GPS定位数据进行解析和封装。监控装置通过GSM/GPRS模块SIM900定时向监控中心发送当前温湿度、车厢门状态、经纬度、车载速度和日期时间等信息。监控中心无线接收和处理车载在途信息,将当前温湿度显示在监测界面上,并通过Goggle Earth实时显示车辆位置。STM32F103RBT6内置电话簿,当温湿度、车载速度超过设定的相应阈值或者车厢门被非正常开启,就通过SIM900发送短信给用户的移动终端报警。用户也可以用移动终端通过短信以AT指令形式查询货物在途参数。
本发明提供了一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,采用先进的电子标签技术、GPS定位技术、通信技术及传感器技术,实现冷链运输过程中将货品温湿度变化记录在电子标签上,将货品温湿度和运输车辆车厢门开合状态等数据标注地理位置信息后实时上传到监控中心,从而掌控货品的运输在途参数,能在必要时及时触发预警,有效降低了货品冷链运输过程中的损耗,保证了在途货品的质量和安全,有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题,***具有成本低、功耗低、检测精度高、实时性和扩展性良好的特点,提高了冷链运输车辆的实时监测能力,在提高货品运输品质的同时,降低了货品损耗和供应链的投资成本。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下,本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入到本发明的保护范围,本发明请求保护的技术内容,已经全部记载在权利要求书中。
Claims (7)
1.一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:包括参数采集单元、车厢开合检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元;
所述参数采集单元包括电子标签和读写器,所述电子标签贴于运输货品上,采集货品的温湿度参数,所述电子标签与所述读写器通过微波射频进行数据传输,所述读写器读取的数据送入所述控制器单元;
所述车厢开合检测单元安装于运输车辆车厢口,检测运输车辆车厢的开合状态,输出送入所述控制器单元;
所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文,送入所述控制器单元进行解析提取;
所述控制器单元分别通过UART1口、UART2口和UART3口与所述读写器、所述GPS定位单元和所述无线通信单元进行数据交换,所述控制器单元通过所述无线通信单元与监控中心的上位机和用户的移动终端建立通信连接;
所述电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述电子标签包括温湿度传感器和射频天线,所述温湿度传感器选用SHT1X系列数字温湿度传感器,所述读写器选用RI-R6C-001A射频读写芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述车厢开合检测单元包括开关状态传感器和第一电阻,其中所述开关状态传感器选用霍尔开关TP4913。
4.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232。
5.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述GPS定位单元包括GPS模块、电感、第二电阻和第一电容,其中所述GPS模块选用24pinUblox NEO 5Q。
6.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡,其中所述GSM/GPRS模块选用68pinSIM900。
7.根据权利要求1所述的一种基于电子标签的冷链物流运输监控装置,其特征在于:所述电源管理单元包括锂电池、充电管理芯片、稳压芯片、连接器、第一和第二发光二极管、第二~第六电容和第三~第七电阻,其中所述充电管理芯片选用8pin CN3063,所述稳压芯片选用低功耗LDO稳压器TLV70033,所述第六电容为电解电容。
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