CN104459742A - 北斗差分定位集装箱追踪器及其方法 - Google Patents

北斗差分定位集装箱追踪器及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了北斗差分定位集装箱追踪器，包括ARM嵌入式处理器、RF射频模块、霍尔传感器、北斗定位模块、GPRS无线通讯模块、及电源转换模块。本发明还公开了北斗差分定位集装箱追踪器的追踪定位方法。本发明能够长时间持续对集装箱进行追踪监测，能够适应铁路运输恶劣的现场环境，为铁路集装箱追踪提供更加可靠和具有实效性的手段，提高铁路集装箱追踪的效率和准确度，满足铁路集装箱长距离运输追踪的需要。

Description

北斗差分定位集装箱追踪器及其方法
技术领域
本发明涉及集装箱追踪技术领域，特别涉及北斗差分定位集装箱追踪器及其方法。
背景技术
我国很多关系到国家安全的重要场合还是采用GPS作为主导航手段和授时手段。GPS虽然能对集装箱进行长距离的追踪，但是存在以下三点不足：第一，仅使用单卫星系统(GPS)进行定位，定位安全受制于美国；第二，没有锁体报警装置，不能对箱门的异常开启进行报警；第三，采用外置式有源天线，安装较为繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种北斗差分定位集装箱追踪器及其方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种北斗差分定位集装箱追踪器，包括ARM嵌入式处理器、RF射频模块、霍尔传感器、北斗定位模块、GPRS无线通讯模块、及电源转换模块；所述ARM嵌入式处理器，用于对外部数据进行处理并且反馈，对所述RF射频模块、北斗定位模块、GPRS无线通讯模块及电源转换模块进行控制和管理；所述RF射频模块，用于输入人员、货物及车辆信息，进行信息匹配；所述霍尔传感器贯穿于锁杆，用于锁杆与锁头的连接检测；所述北斗定位模块，通过接收北斗卫星的载波信号进行解析，对外输出标准语句；所述GPRS无线通讯模块负责接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息；所述电源转换模块负责转换锂离子充电电池电压给ARM嵌入式处理器及各个功能模块；大容量高性能锂离子电池，能够为系统提供较长的续航时间。
进一步地，所述北斗定位模块还设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块还用于对GPS卫星的载波信号进行解析。
进一步地，所述北斗定位模块内置有源一体式北斗/GPRS天线，用于接收北斗/GPS卫星信号和连接移动网络。
进一步地，还包括与所述ARM嵌入式处理器连接的安装了所述霍尔传感器的锁杆。
进一步地，所述ARM嵌入式处理器进一步用于通过串口接收所述北斗定位模块发送的NEMA语句，从中解析出相关信息然后再结合所述霍尔传感器的开关检测量组成完整的追踪和报警信息包，最后通过所述GPRS无线通讯模块进行信息的发送，通过所述GPRS无线通讯模块的返回值得知发送完成后，控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
进一步地，还包括具有防水、防震及防尘功能的铝合金外壳，所述铝合金外壳将所述北斗差分定位集装箱追踪器包裹在内。
根据本发明的另一个方面，还提供一种北斗差分定位集装箱追踪器的追踪定位方法，包括：
通过所述RF射频模块输入相关人员、货物和车辆的信息；
在追踪器大休眠周期结束后,首先唤醒所述北斗定位模块，接着唤醒所述GPRS无线通讯模块进行网络连接，接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息；
所述北斗定位模块在接收到稳定卫星信号和伪距差分定位信息后，将解算出差分后的定位信息传送给所述ARM嵌入式处理器进行处理；
所述霍尔传感器在其检测量发生变化就立即形成报警记录，并将报警记录信息发送给所述ARM嵌入式处理器；
通过所述ARM嵌入式处理器整合需要传送的定位和报警信息组成数据包后再次控制所述GPRS无线通讯模块进行数据发送。
进一步地，还包括在集装箱运输过程中，由于受到遮蔽物，从而影响北斗和GPRS的无线信号传输质量时，通过以下步骤保证追踪器的正常运转：首先唤醒所述北斗定位模块，进行搜星定位，当遇到遮蔽物影响时，无法使用所述北斗定位模块对集装箱进行定位时，需要重复定位至少3次；
当定位成功后获取所述霍尔传感器检测的信息，当无法获取所述霍尔传感器检测的信息后，需要重复获取至少3次；
当获取到所述霍尔传感器检测的信息后，尝试连接GSM网络，如果无法连接GSM网络，尝试至少3次不成功后直接进入自主搜星进程，避免不必要的挂网连接浪费电能；
当连接GSM网络成功后，通过GSM网络发送所述ARM嵌入式处理器整合的定位和报警信息组成的数据包，当无法通过所述GSM网络发送所述数据包时，尝试重复发送至少3次，如果依然不能成功发送，则将所述定位和报警信息组成的数据包暂时存于所述ARM嵌入式处理器的ROM缓存中，等待下一个循环周期再发送。
进一步地，还包括控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
进一步地，所述控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期包括：
通过所述ARM嵌入式处理器接收所述北斗定位模块发送的NEMA语句，从中解析出相关信息然后再结合所述霍尔传感器的开关检测量组成完整的追踪和报警信息包；
通过所述GPRS无线通讯模块进行信息的发送，通过所述GPRS无线通讯模块的返回值得知发送完成后，控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
本发明提供的北斗差分定位集装箱追踪器及其方法，能够长时间持续对集装箱进行追踪监测，能够适应铁路运输恶劣的现场环境，为铁路集装箱追踪提供更加可靠和具有实效性的手段，提高铁路集装箱追踪的效率和准确度，满足铁路集装箱长距离运输追踪的需要。由于采用了低功耗集成芯片，及采用了热启动、联合定位、差分定位和远程自动休眠控制策略，从而实现了低能耗、长时间定位追踪的目的。由于在锁杆集成了霍尔传感器，能够对锁杆破坏时发送报警信息，从而对箱门异常开启进行警示。另外还将外置天线改为内置式有源天线，使整个追踪器成为一体式设计，方便安装使用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的北斗差分定位集装箱追踪器的结构框图；
图2为本发明实施例提供的基于图1提供的北斗差分定位集装箱追踪器进行追踪的方法。
图3为本发明实施例提供的北斗差分定位集装箱追踪器连接北斗和GPRS的无线信号的流程示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种北斗差分定位集装箱追踪器包括ARM嵌入式处理器1、RF射频模块4、北斗定位模块5、霍尔传感器6、GPRS无线通讯模块3及电源转换模块7。ARM嵌入式处理器1用于对外部数据进行处理并且反馈，对RF射频模块4、北斗定位模块5、GPRS无线通讯模块3及电源转换模块7进行控制和管理。ARM嵌入式处理器1与北斗定位模块5、RF射频模块4、霍尔传感器6、GPRS无线通讯模块3之间通过USART串口进行通讯，控制北斗定位模块5以及GPRS无线通讯模块3的供电、复位和初始化。该ARM嵌入式处理器1最高可达72MHz的工作频率，具有128KB的ROM，20KB的RAM，内带校准的40KMZ的RC振荡器，并且内置看门狗定时器和CRC计算单元，低功耗，支持睡眠、停机和待机功能。支持USART、I2C、USB等多种接口。ARM嵌入式处理器具体可以用STM32f103xB。RF射频模块4用于输入人员、货物及车辆信息，进行信息匹配。RF无线射频模块4主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的频段。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。其最高工作速率可达50kbps，采用高效GFSK调制，抗干扰能力强，并且采用低功耗设计，工作电压可在1.9—3.6V工作，待机模式下状态仅为2.5uA。RF无线射频模块4具体可以用Nordic公司的nRF905。霍尔传感器6贯穿于锁杆，用于锁杆与锁头的连接检测。霍尔传感器6不但体积小巧且采用低功耗设计，供电电压为4～10VDC，最高输出电流能力为10mA—20mA，最低消耗电流可达4mA，适合电池供电，另外该传感器具有很宽的磁场适应性，即使在N极或S极也可以正常工作。霍尔传感器6具体可以用honeywell的SS49/SS19霍尔位置传感器。北斗定位模块5用于接收北斗卫星的载波信号进行解析，对外输出标准语句。北斗定位模块5还设置有GPS定位模块，用于对GPS卫星的载波信号进行解析。为了接收北斗/GPS卫星信号和连接移动网络，北斗定位模块5还内置有源一体式北斗/GPRS天线。有源一体式北斗/GPRS天线用于接收北斗/GPS卫星信号和连接移动网络。北斗定位模块包含了并行双32个通道的卫星搜索引擎，跟踪灵敏度达到-160dBm，低功耗，支持快速热启动，支持差分定位、1Hz定位更新速率，支持USART接口及LVTTL电平。北斗定位模块具体可以用东方联星的CC50D-BG。GPRS无线通讯模块3负责接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息。GPRS无线通讯模块为全功能四频无线通信芯片，支持class10标准和TCP/IP协议栈，灵敏度达到-109dBm，能耗低，支持待机电流<1.6mA，具有USART、I2C、USB等多种接口。GPRS无线通讯模块具体可以用U-blox的LEON-G100。电源转换模块7负责转换锂离子8充电电池电压给ARM嵌入式处理器1及各个功能模块；大容量高性能锂离子电池8，能够为系统提供较长的续航时间。以上北斗差分定位集装箱追踪器还包括与ARM嵌入式处理器连接的安装了霍尔传感器的锁杆。以上北斗差分定位集装箱追踪器还包括具有防水、防震及防尘功能的铝合金外壳。铝合金外壳将北斗差分定位集装箱追踪器包裹在内。
ARM嵌入式处理器1控制北斗定位模块5以及GPRS无线通讯模块3的供电、复位和初始化，北斗定位模块5上电后开始通过内置有源一体式北斗/GPRS天线定位搜星同时接收差分定位数据，在差分定位成功后，霍尔传感器6同时检测锁杆的完整性，并与ARM嵌入式处理器1实时相连，ARM嵌入式处理器1通过串口接收北斗定位模块5发送的NEMA语句，从中解析出相关信息然后再结合霍尔传感器6的开关检测量组成完整的追踪和报警信息包，最后通过GPRS无线通讯模块3进行信息的发送，通过GPRS无线通讯模块3的返回值得知发送完成后，ARM嵌入式处理器1控制北斗定位模块及GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。本发明实施例提供的北斗差分定位集装箱追踪器最大的特点就是不但采用了低功耗集成芯片，而且采用了热启动、联合定位、差分定位和远程自动休眠控制策略，从而实现了低能耗、长时间定位追踪的目的。
参见图2所示，根据本发明的另一个方面，还提供一种北斗差分定位集装箱追踪器的追踪定位方法，包括：
步骤101、通过RF射频模块4输入相关人员、货物和车辆的信息；
步骤102、在追踪器大休眠周期结束后,首先唤醒北斗定位模块5，接着唤醒GPRS无线通讯模块进行网络连接，接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息；
步骤103、北斗定位模块5在接收到稳定卫星信号和伪距差分定位信息后，将解算出差分后的定位信息传送给ARM嵌入式处理器进行处理；霍尔传感器在其检测量发生变化就立即形成报警记录，并将报警记录信息发送给ARM嵌入式处理器；
步骤104、通过ARM嵌入式处理器1整合需要传送的定位和报警信息组成数据包后再次控制GPRS无线通讯模块3进行数据发送。
由于集装箱运输过程中会受到隧道或车站等遮蔽物的影响，从而影响到北斗和GPRS的无线信号传输质量，因此需要进行良好的策略控制才能保证追踪器的正常运转，参见图3，本追踪器主要针对以下三种情况进行了处理。
一、在隧道或车站等遮蔽物影响时，无法卫星导航对集装箱进行定位
处理方式：重复定位3次(规定间隔)，如果依然不能成功定位，则等待下一个循环周期再定位。
二、GPRS在公众移动网络信号不良地段，无法连接网络
处理方式：尝试3次不成功后直接进入自主搜星进程，避免不必要的挂网连接浪费电能。
三、GPRS在公众移动网络信号不良地段，无法通过网络进行数据发送
处理方式：重复发送3次(规定间隔)，如果依然不能成功发送，则将定位数据暂时存于ARM嵌入式处理器1的ROM缓存中，等待下一个循环周期再发送。
本发明实施例提供的北斗差分定位集装箱追踪器及其方法，具备了通过RF射频输入相关人、货和车辆息；嵌入式控制北斗定位和/或GPS定位系统定位、间隔休眠唤醒策略；高精度伪距差分定位；霍尔传感器监测锁杆等众多功能，由于定位和报警功能强大，且能够长时间持续对集装箱进行追踪监测，能够适应铁路运输恶劣的现场环境，为铁路集装箱追踪提供更加可靠和具有实效性的手段，提高铁路集装箱追踪的效率和准确度，满足铁路集装箱长距离运输追踪的需要。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，包括：
ARM嵌入式处理器、RF射频模块、霍尔传感器、北斗定位模块、GPRS无线通讯模块、及电源转换模块；
所述ARM嵌入式处理器，用于对外部数据进行处理并且反馈，对所述RF射频模块、北斗定位模块、GPRS无线通讯模块及电源转换模块进行控制和管理；
所述RF射频模块，用于输入人员、货物及车辆信息，进行信息匹配；
所述霍尔传感器贯穿于锁杆，用于锁杆与锁头的连接检测；
所述北斗定位模块，通过接收北斗卫星的载波信号进行解析，对外输出标准语句；
所述GPRS无线通讯模块负责接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息；
所述电源转换模块负责转换锂离子充电电池电压给ARM嵌入式处理器及各个功能模块。
2.根据权利要求1所述的北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，所述北斗定位模块还设置有GPS定位模块，所述GPS定位模块还用于对GPS卫星的载波信号进行解析。
3.根据权利要求2所述的北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，所述北斗定位模块内置有源一体式北斗/GPRS天线，用于接收北斗/GPS卫星信号和连接移动网络。
4.根据权利要求1所述的北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，还包括与所述ARM嵌入式处理器连接的安装了所述霍尔传感器的锁杆。
5.根据权利要求1所述的北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，所述ARM嵌入式处理器进一步用于通过串口接收所述北斗定位模块发送的NEMA语句，从中解析出相关信息然后再结合所述霍尔传感器的开关检测量组成完整的追踪和报警信息包，最后通过所述GPRS无线通讯模块进行信息的发送，通过所述GPRS无线通讯模块的返回值得知发送完成后，控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
6.根据权利要求1-5任一项所述的北斗差分定位集装箱追踪器，其特征在于，还包括具有防水、防震及防尘功能的铝合金外壳，所述铝合金外壳将所述北斗差分定位集装箱追踪器包裹在内。
7.基于权利要求1-6任一项所述的北斗差分定位集装箱追踪器的追踪定位方法，其特征在于，包括：
通过所述RF射频模块输入相关人员、货物和车辆的信息；
在追踪器大休眠周期结束后,首先唤醒所述北斗定位模块，接着唤醒所述GPRS无线通讯模块进行网络连接，接收伪距差分定位信息、远程控制指令和发送定位信息；
所述北斗定位模块在接收到稳定卫星信号和伪距差分定位信息后，将解算出差分后的定位信息传送给所述ARM嵌入式处理器进行处理；
所述霍尔传感器在其检测量发生变化就立即形成报警记录，并将报警记录信息发送给所述ARM嵌入式处理器；
通过所述ARM嵌入式处理器整合需要传送的定位和报警信息组成数据包后再次控制所述GPRS无线通讯模块进行数据发送。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在集装箱运输过程中，由于受到遮蔽物，从而影响北斗和GPRS的无线信号传输质量时，通过以下步骤保证追踪器的正常运转：
首先唤醒所述北斗定位模块，进行搜星定位，当遇到遮蔽物影响时，无法使用所述北斗定位模块对集装箱进行定位时，需要重复定位至少3次；
当定位成功后获取所述霍尔传感器检测的信息，当无法获取所述霍尔传感器检测的信息后，需要重复获取至少3次；
当获取到所述霍尔传感器检测的信息后，尝试连接GSM网络，如果无法连接GSM网络，尝试至少3次不成功后直接进入自主搜星进程，避免不必要的挂网连接浪费电能；
当连接GSM网络成功后，通过GSM网络发送所述ARM嵌入式处理器整合的定位和报警信息组成的数据包，当无法通过所述GSM网络发送所述数据包时，尝试重复发送至少3次，如果依然不能成功发送，则将所述定位和报警信息组成的数据包暂时存于所述ARM嵌入式处理器的ROM缓存中，等待下一个循环周期再发送。
9.根据权利要求7或8任一项所述的方法，其特征在于，还包括控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期包括：
通过所述ARM嵌入式处理器接收所述北斗定位模块发送的NEMA语句，从中解析出相关信息然后再结合所述霍尔传感器的开关检测量组成完整的追踪和报警信息包；
通过所述GPRS无线通讯模块进行信息的发送，通过所述GPRS无线通讯模块的返回值得知发送完成后，控制所述北斗定位模块及所述GPRS无线通讯模块进入设定休眠周期。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106444528A (zh) * 2016-10-28 2017-02-22 宁波中物东方光电技术有限公司 北斗定位系统的控制方法
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