CN101074064A - 用于集装箱的安全监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于集装箱的安全监测装置及系统，包括安全监测装置，固定设备，手持设备和远程管理中心服务器；所述安全监测装置包括一壳体，以及置于该壳体内的通信控制模块、位移传感模块、天线、电源和卡紧装置，所述壳体采用有机材料进行防水和防冲击密封；所述位移传感模块可以检测出一扇门板相对于另一扇门板的位移量，并把与该位移量对应的电信号输出给通信控制处理模块；所述通信控制处理模块可经由天线以无线形式与外部设备进行通信。本装置及系统，安全性高、事件记录实时性强、可重用性好，系统可靠有效。

Description

用于集装箱的安全监测装置及系统

技术领域

本发明涉及集装箱，尤其涉及集装箱的安全监测装置及系统。

背景技术

随着国际贸易的不断发展和扩大，集装箱运输因其具有货运能力大、运输成本低等优点而已成为世界各国所广泛采用的重要货运手段。但是近年来，由于世界各国普遍提高了防范风险，防范恐怖活动的安全意识。各国对于集装箱在运输过程中的安全要求越来越高，其中较为重要的一项要求是对于进入本国的货运集装箱应有明确的保障措施，保证这些进入本国的集装箱从始发地封装后均处于安全状态，即不允许被非法开启。但是，如何及时了解、掌握并防止集装箱在运输和贮藏过程中的被非法开启情况是比较困难的事，以往是通过对集装箱各开启、连接、锁固等部件进行目测检查，判断是否发生过被非法破坏、替换等情况，这样检测是十分困难的，而且劳动强度大，同时也存在检测不出来的情况。

目前的集装箱的先进安全措施一般采用机电结合，如申请人在先前申请的中国专利CN200320102151.1公开了一种用于货物集装箱的隐蔽式安全装置，主要公开了一种对集装箱门打开状态进行捕获的机械结构，在该结构中可以设置电子系统以构建安全检测装置及系统，安装在货物集装箱左/右门板的内侧并卡在该门板的门竖梁上，包括电子处理系统、位移传感器、天线和卡紧装置，电子处理系统固定安装在左/右门板的内侧上，天线和卡紧装置的一端连接在一起形成一卡紧端，卡紧端固卡在左/右门板的门竖梁上，天线的一端与电子处理系统连接，天线形成卡紧端的一端绕过所述门竖梁暴露在所述门板外侧；位移传感器相对应于右/左门板的门竖梁的内侧固定安装在卡紧装置上，并与电子处理系统电连接，中国专利CN03268275.1公开了一种集装箱状态监控装置，并包括用来监测集装箱状态信息的监测系统和用来控制该监测系统的控制系统，所述监测系统包括用来监测集装箱状态信息的监测电路模块、与该监测电路模块连接的微处理器、用来存储集装箱状态信息的存储器、用来将该监测电路模块监测到的状态信息发送出去的无线发射模块以及与用来接收控制系统发出的工作命令的无线接收模块。美国专利US 6747558公开了一种用标记来提供集装箱安全的方法及装置，通过一栓和两空心线圈的位置变化来检测集装箱门的开启/关闭状态，美国专利申请US 20050179545公开了一种集装箱安全监测方法与系统，通过检测一传感器来检测集装箱一扇门的动作，并可以把传感信号发送出去。

虽然，现有技术已经从多方面努力以寻求对集装箱门的开启进行安全监测，但在安全性、事件记录实时性、可重用性及系统监测的实现等方面都仍然存在这样那样的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，而提供一种安全性高、事件记录实时性强、可重用性好的用于集装箱的安全监测装置及系统，其可以在集装箱箱门被非法打开时自动侦测并且记录信息，并通过有效监测系统将记录信息传送到管理中心数据库，为相关工作人员提供信息。

为了实现上述目的，本发明生产制造一种用于集装箱的安全监测装置，安装于集装箱一扇门板的内侧并卡在该门板的门竖梁上，该装置：

包括一壳体，以及置于该壳体内的通信控制模块、位移传感模块、天线、电源和卡紧装置，所述壳体采用有机材料进行防水和防冲击密封；

所述天线与卡紧装置的一端相连接而构成一固卡在所述门板的门竖梁上的卡紧端；

所述天线的形成卡紧端的一端绕过所述门竖梁曝露在门板外侧，而天线的另一端与所述通信控制处理模块电气连接；

所述位移传感模块固定安装在所述卡紧装置上；

所述位移传感模块可以检测出一扇门板相对于另一扇门板的位移量，并把与该位移量对应的电信号输出给通信控制处理模块；

所述通信控制处理模块可经由天线以无线形式与外部设备进行通信；

所述电源为通信控制模块和位移传感模块供电。

所述通信控制处理模块包括控制处理电路、信息存储电路、短距离UHF无线射频通信电路和扩展接口电路，可在休眠工作模式和无线射频监听工作模式之间周期性地自动切换。

所述通信控制处理模块的周期性地自动切换是通过一定时器，当定时时间到，唤醒控制处理电路，短距离UHF无线射频通信电路和位移传感模块中电路，并且保持一段时间，在此段保持时间内，所述控制处理电路对位移传感模块中电路给出的位移量对应的电信号进行采样，对采样值进行分析，并根据分析结果来决定是否对信息存储电路的写操作；

所述通信控制处理模块，若在所述保持时间段内没有收到来自外部设备的有效通信指令，则进入休眠周期，否则进入工作程序。

所述短距离UHF无线射频通信电路中，UHF无线射频指300MHz--2.5GHz频率范围内的ISM工作频率段。

所述位移传感模块包括磁场强度设定装置和霍尔传感电路，可检测的相对位移范围在5mm--80mm，精度不劣于0.1mm。

所述磁场强度设定装置包括一环形磁钢，而所述霍尔传感电路中的霍尔元件则位于环形磁钢中心处。

为更好的实现本发明目的，进一步地，本发明构建一种用于集装箱的安全监测系统，该系统：

包括安装于集装箱一扇门板的内侧并卡在该门板的门竖梁上的安全监测装置，固定设备，手持设备和远程管理中心服务器；

所述安全监测装置包括一壳体，以及置于该壳体内的通信控制模块、位移传感模块、天线、电源和卡紧装置，所述壳体采用有机材料进行防水和防冲击密封；

所述天线与卡紧装置的一端相连接而构成一固卡在所述门板的门竖梁上的卡紧端；

所述天线的形成卡紧端的一端绕过所述门竖梁曝露在门板外侧，而天线的另一端与所述通信控制处理模块电气连接；

所述位移传感模块固定安装在所述卡紧装置上；

所述位移传感模块可以检测出一扇门板相对于另一扇门板的位移量，并把与该位移量对应的电信号输出给通信控制处理模块；

所述通信控制处理模块可经由天线以无线形式与外部设备进行通信；

所述电源为通信控制模块和位移传感模块供电；

所述安全监测装置可利用短距离UHF无线射频，在有效范围内与固定设备和/或手持设备进行通信；

所述固定设备或手持设备可利用有线网络或无线网络与远程管理中心服务器进行通信。

所述固定设备，包括短距离UHF无线射频通信电路，有线通信电路，计算电路和天线，所述短距离UHF无线射频通信电路用以同安全监测装置通信，所述有线通信电路用以同远程管理中心服务器通信。

所述手持设备，包括短距离UHF无线射频通信电路，和具备无线通讯子模块的PDA或手机功能模块，所述短距离UHF无线射频通信电路用以同安全监测装置通信，所述PDA或手机功能模块上的无线通讯子模块则用以同远程管理中心服务器通信。

所述远程管理中心服务器，包括至少一台服务器，以及位于服务器上的内部中心数据库构成，用于管理安全监测装置的各种信息，为工作人员提供数据交换平台。

与现有技术相比，本发明的用于集装箱的安全监测装置及系统，安全性高、事件记录实时性强、可重用性好，系统可靠有效。

附图说明

图1是本发明的用于集装箱的安全监测系统的架构示意图；

图2是本发明的用于集装箱的安全监测装置的实际应用安装示意图；

图3是本发明的用于集装箱的安全监测装置的实施例结构示意图；

图4是本发明的用于集装箱的安全监测装置的实施例电路框图；

图5是现有技术的一种位移传感电路原理图；

图6是本发明所述控制处理电路实施例原理图；

图7是本发明所述UHF无线射频通信电路实施例原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的用于集装箱的安全监测装置3，如图1-7所示，包括通信控制模块8、位移传感模块7、电源9、天线4和卡紧装置5，并且各组成部分均嵌入在装置的壳体内部，采用一定韧度与强度的防水、防冲击的有机材料密封。

其中，通信控制模块8、电源9、位移传感模块7和天线4构成安全监测装置3的内部电子系统，所述通信控制模块8与电源9置于安全监测装置3的后端11，所述位移传感模块7固定安装在卡紧装置5上，并置于装置的前端。所述天线4和卡紧装置5的一端连接在一起形成一卡紧端51，所述卡紧端51固卡在门板的门竖梁上，所述天线形成卡紧端的那一端绕过门竖梁曝露在门板外侧。安全监测装置3还包括一连接固定板10的两端分别连接通信控制系统8和卡紧装置5，中间固定在门板竖梁上；凸形挡块6的底部固定安装在卡紧装置5上，该凸形挡块6的凸起部相对设置于两个门板竖梁之间的间隙内，防止非法分子破坏、切断传感器、天线与通信控制模块的电连接。

如图2所示，安全监测装置3安装在集装箱左门板的内侧并卡在该门板的左门板竖梁11上。通信控制模块8固定安装在左门板的内侧上，天线4和卡紧装置5的一端连接在一起形成一卡紧端51，该卡紧端51固卡在左门板竖梁11上。该天线4为一L形薄弹性片，卡紧装置5为一带有两个沿相反方向垂直弯折的薄弹性片，该卡紧装置5在中间弯折处设置有一开口52，天线4穿过该开口52与卡紧装置5在端部弯折处形成卡紧端51，天线4形成卡紧端的一端绕过门竖梁曝露在门板外侧。位移传感模块7相对应于右门板竖梁11的内侧固定安装在卡紧装置5上。

如图3所示，安全监测装置3中的电子系统1的结构，包括通信控制模块2、位移传感模块12和电源9。

其中，所述位移传感模块12由磁场强度设定装置13与霍尔传感电路14构成，主要用于监测集装箱左右门之间的水平位移的大小变化，监测的位移范围5mm到80mm，精度0.1mm。磁场强度设定装置13是由一定强度的环形磁钢构成，在装置前端形成一定强度的磁场，霍尔元件位于环形磁钢中心处，在集装箱门的开关过程中，磁场强度发生会变化，导致霍尔元件产生较好的线性输出信号，较高的灵敏度。霍尔传感电路14由霍尔元件和信号处理电路构成，主要感应集装箱门在开关过程中磁场强度的变化，使所选用的霍尔元件产生相应的电压信号，该电压信号经过滤波等处理后送通信控制模块2，采用这种电路方式，相对如图5所示的采用运算集成电路直接处理线圈中的微弱感应信号而言，线性好、灵敏度高、抗干扰能力强，所述电压信号由通信控制模块2进行采样后，根据适当的算法，可以作出集装箱门开关状态的判断。所述位移传感模块12可以被周期性休眠，所谓周期性休眠指的是霍尔传感电路14周期性地进入低功耗的非正常工作状态，比如电路的工作电源受控切断。

其中，所述通信控制模块2是由控制处理电路16、信息存储电路18、短距离UHF无线射频通信电路20和扩展接口电路17等构成，实现的主要功能包括处理位移传感模块12的输出信号、各种事件信息存储与控制、与固定设备和/或手持设备进行无线数据传输、周期性休眠工作模式与无线射频监听工作模式的控制处理。所述控制处理电路16包括微处理器及其相关辅助电路，其一实施例如图6所示，用以实现数据处理、功能控制、系统程序存储和运行等功能，并且实现了周期性休眠的工作方式，即以一定时间为周期的唤醒微处理器、传感电路及射频监听功能并且保持一段时间，如果在此段时间内没有收到工作报文，也就是来自固定设备和/或手持设备的有效指令，电子系统进入休眠周期，反之进入工作程序。所述信息存储电路18包括一低电压可读写的串行存储集成电路，用于信息的存储。所述短距离UHF无线射频通信电路20，包括一半双工、低功耗的UHF无线射频通信集成电路和相关辅助电路，其一实施例如图7所示，用于同固定设备和/或手持设备进行无线数据通信，并且实现无线监听的工作方式，即在周期性唤醒中只进行低功耗的射频监听工作，当监听到射频工作命令报文时，电子系统进入工作程序，反之电子系统进入休眠。所述UHF无线射频采用ISM工作频率段，可以根据不同地区的监管要求选用315MHz、433MHz、915MHz和2.4GHz等频段。所述扩展接口电路则可以包括JTAG、UART和/或可扩展的传感接口，用于实现编程、调试、有线通信、扩展传感元件等功能。

其中，所述电源9包括一次性直流锂电池，为整个安全监测装置的电子系统提供工作电源。

本发明的用于集装箱的安全监测系统，如图1所示，包括安全监测装置3、固定设备32、手持设备33、管理中心服务器34及内部管理中心数据库。

其中，所述安全监测装置3如上所述，不再赘述；

所述固定设备32包括短距离UHF无线射频通信电路和有线通信电路，并可通过有线通信链路28连接到本地计算机35，可通过UHF无线射频通信链路30与所述安全监测装置3进行无线通信，而所述本地计算机35可通过有线网路25与远程管理中心服务器34进行通信；

所述手持设备33是包括短距离UHF无线射频通信电路和PDA或手机等功能模块，可通过UHF无线射频通信链路29与所述安全监测装置3进行无线通信，可通过无线网路27与远程管理中心服务器进行GPRS/CDMA方式的无线通信；

所述管理中心服务器34包括一台或几台服务器及位于服务器内部的中心数据库，用于管理安全监测装置的各种信息，可通过INTERNET网路26为工作人员31提供数据交换平台。

本发明的用于集装箱的安全监测系统的工作方式是：

所述安全监测装置3利用短距离UHF无线射频链路30和29在有效范围内可与固定设备32和/或手持设备33进行数据传输，同时固定设备32或手持设备33可以利用有线网络25或无线网络27与远程管理中心服务器34进行数据传输，为管理中心数据库提供信息，同时通过INTERNET网络26为工作人员31提供数据交换平台，实现了对货物集装箱的安全监测提高集装箱货物运输过程中的安全性。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种用于集装箱的安全监测装置，安装于集装箱一扇门板的内侧并卡在该门板的门竖梁上，其特征在于：

包括一壳体，以及置于该壳体内的通信控制模块、位移传感模块、天线、电源和卡紧装置，所述壳体采用有机材料进行防水和防冲击密封；

所述天线与卡紧装置的一端相连接而构成一固卡在所述门板的门竖梁上的卡紧端；

所述天线的形成卡紧端的一端绕过所述门竖梁曝露在门板外侧，而天线的另一端与所述通信控制处理模块电气连接；

所述位移传感模块固定安装在所述卡紧装置上；

所述位移传感模块可以检测出一扇门板相对于另一扇门板的位移量，并把与该位移量对应的电信号输出给通信控制处理模块；

所述通信控制处理模块可经由天线以无线形式与外部设备进行通信；

所述电源为通信控制模块和位移传感模块供电。

2、如权利要求1所述的用于集装箱的安全监测装置，其特征在于：

所述通信控制处理模块包括控制处理电路、信息存储电路、短距离UHF无线射频通信电路和扩展接口电路，可在休眠工作模式和无线射频监听工作模式之间周期性地自动切换。

3、如权利要求2所述的用于集装箱的安全监测装置，其特征在于：

所述通信控制处理模块的周期性地自动切换是通过一定时器，当定时时间到，唤醒控制处理电路，短距离UHF无线射频通信电路和位移传感模块中电路，并且保持一段时间，在此段保持时间内，所述控制处理电路对位移传感模块中电路给出的位移量对应的电信号进行采样，对采样值进行分析，并根据分析结果来决定是否对信息存储电路的写操作；

所述通信控制处理模块，若在所述保持时间段内没有收到来自外部设备的有效通信指令，则进入休眠周期，否则进入工作程序。

4、如权利要求2或3所述的用于集装箱的安全监测装置，其特征在于：

所述短距离UHF无线射频通信电路中，UHF无线射频指300MHz--2.5GHz频率范围内的ISM工作频率段。

5、如权利要求1所述的用于集装箱的安全监测装置，其特征在于：

所述位移传感模块包括磁场强度设定装置和霍尔传感电路，可检测的相对位移范围在5mm--80mm，精度不劣于0.1mm。

6、如权利要求5所述的用于集装箱的安全监测装置，其特征在于：

所述磁场强度设定装置包括一环形磁钢，而所述霍尔传感电路中的霍尔元件则位于环形磁钢中心处。

7、一种用于集装箱的安全监测系统，其特征在于：

包括安装于集装箱一扇门板的内侧并卡在该门板的门竖梁上的安全监测装置，固定设备，手持设备和远程管理中心服务器；

所述安全监测装置包括一壳体，以及置于该壳体内的通信控制模块、位移传感模块、天线、电源和卡紧装置，所述壳体采用有机材料进行防水和防冲击密封；

所述天线与卡紧装置的一端相连接而构成一固卡在所述门板的门竖梁上的卡紧端；

所述天线的形成卡紧端的一端绕过所述门竖梁曝露在门板外侧，而天线的另一端与所述通信控制处理模块电气连接；

所述位移传感模块固定安装在所述卡紧装置上；

所述位移传感模块可以检测出一扇门板相对于另一扇门板的位移量，并把与该位移量对应的电信号输出给通信控制处理模块；

所述通信控制处理模块可经由天线以无线形式与外部设备进行通信；

所述电源为通信控制模块和位移传感模块供电；

所述安全监测装置可利用短距离UHF无线射频，在有效范围内与固定设备和/或手持设备进行通信；

所述固定设备或手持设备可利用有线网络或无线网络与远程管理中心服务器进行通信。

8、如权利要求7所述的用于集装箱的安全监测系统，其特征在于：

所述固定设备，包括短距离UHF无线射频通信电路，有线通信电路，计算电路和天线，所述短距离UHF无线射频通信电路用以同安全监测装置通信，所述有线通信电路用以同远程管理中心服务器通信。

9、如权利要求7所述的用于集装箱的安全监测系统，其特征在于：

所述手持设备，包括短距离UHF无线射频通信电路，和具备无线通讯子模块的PDA或手机功能模块，所述短距离UHF无线射频通信电路用以同安全监测装置通信，所述PDA或手机功能模块上的无线通讯子模块则用以同远程管理中心服务器通信。

10、如权利要求7所述的用于集装箱的安全监测系统，其特征在于：

所述远程管理中心服务器，包括至少一台服务器，以及位于服务器上的内部中心数据库构成，用于管理安全监测装置的各种信息，为工作人员提供数据交换平台。

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