CN107705081A - 一种集装箱分布式智能安全运输*** - Google Patents

一种集装箱分布式智能安全运输*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集装箱分布式智能安全运输***，包括安装于物流车辆上的车载终端、设置于物流车辆行驶线路上的若干监测节点和位于远程的监控中心。本发明将先进的通信技术、自动控制技术和计算机技术等相结合，对物流车辆实现全方位的实时、准确、高效的综合管理和控制，有效监控物流车辆的运行轨迹和集装箱内货物的状态，并且货物状态信息可通过移动网络传输到用户移动终端，其结构简单，体积小巧，成本低廉，检测精度高，抗干扰能力强，响应快，稳定性和可靠性好，现场调试方便，使用灵活，具有很好的可扩展性，既能满足物流车辆监管***长期发展的需要，又能适应信息技术的快速发展，具有较高的经济性和实用性。

Description

一种集装箱分布式智能安全运输***
技术领域
本发明涉及智能物流运输技术领域，特别涉及一种集装箱分布式智能安全运输***。
背景技术
集装箱是全球物流运输的核心装备，全球国际货运90％以上都是通过集装箱完成。集装箱主要包括普通货物集装箱、罐式集装箱和冷藏集装箱。集装箱的智能化和信息化是影响现代物流的一个关键因素，由于集装箱作为物流核心装备没有智能化，导致整个供应链的信息孤立，整个供应链的信息流的不畅通，是影响现代物流效率的一个关键因素。此外，罐式集装箱主要运输液态物品和危险化学品，罐式集装箱涉及到危险化学品的运输和仓储的安全，国际社会迫切需要智能化的罐式集装箱来实时监测本身的状态和出现异常时进行主动控制，确保运输和仓储的危险化学品的安全。对于冷藏集装箱，主要运输食品、药品等冷链物品，在发达国家为确保食品安全，基本都是通过冷藏集装箱来完成。中国使用冷藏集装箱实现冷链运输的趋势也越来越明显，但集装箱在冷链下要确保可监测和可监控，才可确保冷链食品药品等物品的运输安全和在途安全，才可确保食品药品等除生产和销售环节安全外，运输和仓储环节的安全。
因此，作为物流运输装备核心的集装箱，在现代快速物流、货物安全、货运监管、国际反恐和智能供应链的行业需求下，迫切需要智能化、信息化，即实现集装箱在供应链和物联网下的可视、可监测和可控制。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明提供了一种集装箱分布式智能安全运输***，将先进的通信技术、自动控制技术和计算机技术等相结合，对物流车辆实现全方位的实时、准确、高效的综合管理和控制，有效监控物流车辆的运行轨迹和集装箱内货物的状态。
(二)技术方案
一种集装箱分布式智能安全运输***，包括安装于物流车辆上的车载终端、设置于物流车辆行驶线路上的若干监测节点和位于远程的监控中心；
所述车载终端包括信号采集单元、子MCU单元、GPS定位单元和子射频收发单元；所述信号采集单元实时采集集装箱内货物的温湿度数据和车辆的行驶速度，所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，上述数据经所述子MCU单元处理后通过所述子射频收发单元传输至射频网络；
所述监测节点包括主射频收发单元、主MCU单元、显示单元和报警单元；所述主射频单元接收所述射频网络中的数据，经所述主MCU单元处理后由所述显示单元进行实时显示，所述报警单元对异常数据报警提醒，所述主MCU单元将处理好的数据和报警电文通过射频网络发送给所述监控中心，所述主MCU还通过所述射频网络发送应答信号给所述车载终端；
所述监控中心包括无线路由器、上位机和GPRS通信单元；所述无线路由器将处于以太网中的所述上位机接入所述射频网络，接收所述监测节点发送的数据和报警电文，并通过所述射频网络反馈指令给所述监测节点，所述上位机通过所述GPRS通信单元与用户移动终端进行数据交互。
进一步的，所述信号采集单元包括温湿度传感器和车速传感器，其中所述温湿度传感器选用DHT21数字温湿度传感器。
进一步的，所述子MCU单元和所述主MCU单元均选用STM32F103RBT6微控制器。
进一步的，所述GPS定位单元选用GPS模块Ublox NEO 5Q。
进一步的，所述子射频收发单元和所述主射频收发单元电路结构相同，包括ZigBee模块、射频天线、连接器、JTAG接头、第一和第二晶振、第一和第二电感、第一～第十三电容和第一电阻，其中所述ZigBee模块选用CC2530。
进一步的，所述显示单元选用NOKIA5110LCD液晶屏。
进一步的，所述GPRS通信单元包括GPRS模块、SIM卡和RS232接口转换芯片，其中所述GPRS模块选用SIM300D，所述RS232接口转换芯片选用MAX232。
(三)有益效果
本发明提供了一种集装箱分布式智能安全运输***，将先进的通信技术、自动控制技术和计算机技术等相结合，对物流车辆实现全方位的实时、准确、高效的综合管理和控制，有效监控物流车辆的运行轨迹和集装箱内货物的状态，并且货物状态信息可通过移动网络传输到用户移动终端，其结构简单，体积小巧，成本低廉，检测精度高，抗干扰能力强，响应快，稳定性和可靠性好，现场调试方便，使用灵活，具有很好的可扩展性，既能满足物流车辆监管***长期发展的需要，又能适应信息技术的快速发展，具有较高的经济性和实用性。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种集装箱分布式智能安全运输***的结构框图。
图2为本发明所涉及的一种集装箱分布式智能安全运输***的射频收发单元电路原理图。
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，一种集装箱分布式智能安全运输***，包括安装于物流车辆上的车载终端、设置于物流车辆行驶线路上的若干监测节点和位于远程的监控中心；车载终端包括信号采集单元、子MCU单元、GPS定位单元和子射频收发单元；信号采集单元实时采集集装箱内货物的温湿度数据和车辆的行驶速度，GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，上述数据经子MCU单元处理后通过子射频收发单元传输至射频网络；监测节点包括主射频收发单元、主MCU单元、显示单元和报警单元；主射频单元接收所述射频网络中的数据，经主MCU单元处理后由显示单元进行实时显示，报警单元对异常数据报警提醒，主MCU单元将处理好的数据和报警电文通过射频网络发送给监控中心，主MCU还通过射频网络发送应答信号给车载终端；监控中心包括无线路由器、上位机和GPRS通信单元；无线路由器将处于以太网中的上位机接入射频网络，接收监测节点发送的数据和报警电文，并通过射频网络反馈指令给监测节点，上位机通过GPRS通信单元与用户移动终端进行数据交互。
信号采集单元包括温湿度传感器和车速传感器，其中温湿度传感器选用DHT21数字温湿度传感器。DHT21是一款已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。DHT21包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、响应快、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT21传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，校准系数以程序的形式存储在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口使***集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。
温湿度传感器DHT21采集到的集装箱内货物的温湿度数据是数字信号，通过跟内部单片机串口通讯将当前的温湿度数据传送给子射频收发单元，而车速传感器采集的车辆行驶速度是模拟信号，需送入子MCU单元的ADC输入通道进行模数转换为数字信号才能发送至射频网络。
GPS定位单元选用GPS模块Ublox NEO 5Q，该模块支持NEMA0183 V3.0协议标准输出，TTL电平接口，不能直接与子MCU单元相连接，必须先通过MAX3232将TTL电平转换成RS232电平后，才能连接到子MCU单元的接口。Ublox NEO 5Q引脚20(TxD1)和引脚21(RxD1)分别通过MAX3232与子MCU单元相连。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，与子MCU单元进行通信，通过初始化设置定时输出GPS卫星导航电文，子MCU单元对GPS卫星导航电文进行解析，提取出日期、时间和经纬度等有用信息作为监测节点监测的基本数据。车载终端上电工作时，GPS模块UbloxNEO 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子MCU单元，子MCU单元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。
子MCU单元和主MCU单元均选用STM32F103RBT6微控制器，基于ARM Contex_M3内核的RISC 32位微控制器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128KB Flash，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，可满足车载终端及监测节点设备低功耗与多串口的需求。
子射频收发单元和主射频收发单元电路结构相同，包括ZigBee模块U1、射频天线E1、连接器J1、JTAG接头J2、晶振X1和X2、电感L1和L2、电容C1～C13和电阻R1，其中ZigBee模块U1选用CC2530。CC2530是一种兼容IEEE802.15.4的真正的片上***，支持专有的802.15.4市场以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE标准，工作在免费的2.4G频段。CC2530提供了101dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，以及一套广泛的外设集，包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO，以及更多可扩展功能口。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，32/64/128KB的***内可编程内存，8KB RAM，较宽的供电范围2.0～3.6V，具有捕获功能的32KHz睡眠定时器，在供电模式1时仅24mA的流耗，4us就能唤醒***，在睡眠定时器运行时仅1uA的流耗，在供电模式3时仅0.4uA的流耗，外部中断能唤醒***。
在物流车辆的行驶路线上设置若干监测节点，当物流车辆行驶至监测节点的监测范围内，远程的监控中心通过射频网络发送控制命令给该监测节点，使其发送应答信号给物流车辆上的车载终端。车载终端的温湿度传感器实时采集集装箱内货物的温湿度数据，车速传感器实时采集车辆行驶速度，GPS模块解析当前车辆位置等信息，上述数据通过车载终端的CC2530发送给该监测节点。监测节点的CC2530接收上述数据，并送入STM32F103RBT6进行分析处理，通过PA口向NOKIA5110液晶屏写入显示数据进行实时显示，当上述数据出现异常情况或者应答信号超过给定时间没有答复，报警单元进行报警提醒。监测节点通过射频网络将处理好的数据和报警电文发送给监控中心。监控中心的上位机通过无线路由器从以太网接入射频网络，接收监测节点发送的数据和报警电文，上位机对数据存储和实时显示，并进行曲线拟合，可动态直观察看集装箱内货物的温湿度走势和物流车辆的行驶轨迹。上位机根据报警电文向监测节点发送相应的指令，对物流车辆进行及时检查。若车载终端发送的数据正常，则监测节点的报警单元不工作，监测节点将数据发送给监控中心，监控中心向下一监测节点发送待命指令。
GPRS通信单元包括GPRS模块、SIM卡和RS232接口转换芯片，GPRS模块选用SIM300D，RS232接口转换芯片选用MAX232。移动无线网络信号覆盖范围广，数据传输可靠，保证了***的工作性能。SIM300D芯片外形小巧，内部集成了TCP/IP协议，具有射频天线、本地SIM卡连接及RS232串口等接口，可采用内部扩展的AT指令进行操作，功能强大且开发简单。上位机串口为标准RS232电平，而SIM300D兼容的高电平范围为2.05～3.23V，若要实现两种芯片之间的数据交换，需要经过MAX232进行接口电平转换。SIM300D借助SIM卡才能连接到网络进行数据传输，通过SPI通信方式对SIM卡进行读写操作，通过GPRS通信方式实现与移动网络的无缝连接。用户可以通过移动终端向监控中心发送查询短信，监控中心会将当前的集装箱内货物的温湿度数据以及集装箱稳定情况和车辆当前位置发回到用户的移动终端，这样用户可以在任何时候任何地点查询集装箱的具体情况，进行远程的实时监控。
本发明提供了一种集装箱分布式智能安全运输***，将先进的通信技术、自动控制技术和计算机技术等相结合，对物流车辆实现全方位的实时、准确、高效的综合管理和控制，有效监控物流车辆的运行轨迹和集装箱内货物的状态，并且货物状态信息可通过移动网络传输到用户移动终端，其结构简单，体积小巧，成本低廉，检测精度高，抗干扰能力强，响应快，稳定性和可靠性好，现场调试方便，使用灵活，具有很好的可扩展性，既能满足物流车辆监管***长期发展的需要，又能适应信息技术的快速发展，具有较高的经济性和实用性。
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)

1.一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：包括安装于物流车辆上的车载终端、设置于物流车辆行驶线路上的若干监测节点和位于远程的监控中心；
所述车载终端包括信号采集单元、子MCU单元、GPS定位单元和子射频收发单元；所述信号采集单元实时采集集装箱内货物的温湿度数据和车辆的行驶速度，所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，上述数据经所述子MCU单元处理后通过所述子射频收发单元传输至射频网络；
所述监测节点包括主射频收发单元、主MCU单元、显示单元和报警单元；所述主射频单元接收所述射频网络中的数据，经所述主MCU单元处理后由所述显示单元进行实时显示，所述报警单元对异常数据报警提醒，所述主MCU单元将处理好的数据和报警电文通过射频网络发送给所述监控中心，所述主MCU还通过所述射频网络发送应答信号给所述车载终端；
所述监控中心包括无线路由器、上位机和GPRS通信单元；所述无线路由器将处于以太网中的所述上位机接入所述射频网络，接收所述监测节点发送的数据和报警电文，并通过所述射频网络反馈指令给所述监测节点，所述上位机通过所述GPRS通信单元与用户移动终端进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述信号采集单元包括温湿度传感器和车速传感器，其中所述温湿度传感器选用DHT21数字温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述子MCU单元和所述主MCU单元均选用STM32F103RBT6微控制器。
4.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述GPS定位单元选用GPS模块Ublox NEO 5Q。
5.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述子射频收发单元和所述主射频收发单元电路结构相同，包括ZigBee模块、射频天线、连接器、JTAG接头、第一和第二晶振、第一和第二电感、第一～第十三电容和第一电阻，其中所述ZigBee模块选用CC2530。
6.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述显示单元选用NOKIA5110LCD液晶屏。
7.根据权利要求1所述的一种集装箱分布式智能安全运输***，其特征在于：所述GPRS通信单元包括GPRS模块、SIM卡和RS232接口转换芯片，其中所述GPRS模块选用SIM300D，所述RS232接口转换芯片选用MAX232。
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