CN104899712B - 基于ZigBee技术的冷链物流监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，包括至少一传感器节点模块、至少一手持终端以及至少一协调器节点模块；至少一传感器节点模块无线连接至一协调器节点模块，所述协调器节点模块通过一数据线连接至所述手持终端；至少一传感器节点模块以及所述协调器节点模块组成一ZigBee无线通信网络。本发明优点在于，提供一种用于冷链物流行业中的新型物流监控设备，无需人为干预便可实时记录产品所处环境的温湿度，从而使得物流管理更加合理，有效减少货物损耗、减少能源浪费、降低管理成本，有效保障食品/药品在运输及仓储过程的安全。

Description

基于ZigBee技术的冷链物流监测系统

技术领域

本发明涉及一种物流监控设备，特别涉及一种基于ZigBee技术的冷链物流监测系统。

背景技术

冷链物流一种物流行业的一个分支，主要涉及需要冷藏的食品、药品的保存及运输等。由于我国人口众多，快速消费品市场逐渐扩大，该行业近年来得以快速发展。由于我国还未建立起一套能够监控保障食品或药品从生产、包装、储存、运输和销售的全过程质量状况的完整体系，因此，近年来冷链物流行业标准越来越多，运营越来越复杂，利润越来越微薄。冷链物流行业中，货物的存储和运输都要在低温下进行，大量冷藏室的应用使得这一行业的运营成本及管理成本较高。每一冷藏车或冷藏仓库都需要设置一合适的温度或湿度，如果行业内管理混乱，冷藏温度偏高或偏低都会影响到货物质量从而造成货物损耗，即使货物质量未受影响也会造成能源的浪费，从而进一步推升成本。若想保证冷藏室的温度、湿度不出错，首先需要对每一冷藏室内的温度、湿度进行实时监控，从而提升冷链物流管理的质量。现有技术中，一般是靠检测人员对每一冷藏室一一进行人工检测；在此过程中，需要的检测人员人数较多、人力成本较高，而且费时费力、检测效率较低、检测结果误差大，人员出错率较高。

发明内容

本发明提供一种基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，有效解决了现有的用于冷链物流的温度监控技术所存在的环境参数实时检测较困难、采集环境参数效率较低、检测结果误差大、时效性差、能源浪费较多及成本较高等技术问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

本发明涉及一种基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，包括:

至少一传感器节点模块，用于定时采集所述传感器节点模块的环境数据；

一手持终端，用于输入控制指令、显示及存储所述环境数据；以及

一协调器节点模块，用于传送所述控制指令至所述传感器节点模块，以及传送所述环境数据至所述手持终端；

其中，至少一传感器节点模块无线连接至一协调器节点模块，所述协调器节点模块通过一数据线连接至所述手持终端；至少一传感器节点模块以及所述协调器节点模块组成一ZigBee无线通信网络；

所述传感器节点模块包括；

一传感器节点处理器；

一数据采集模块，用于采集并发送所述传感器节点模块的环境数据至所述处理器；

一时钟模块，用于输入至少一时钟信号至所述处理器，每一时钟信号包括一数据采集时间点；

一传感器节点存储器，用于存储至少一查找表，每一查找表包括至少一组查找数据，每组查找数据包括一数据采集时间点及对应该数据采集时间点的所述环境数据；以及

一传感器节点通讯模块，用于接收所述控制指令并传送所述控制指令至所述传感器节点处理器、发送所述查找表至所述协调器节点模块；

所述数据采集模块、所述时钟模块、所述传感器节点存储器、所述传感器节点通讯模块分别电性连接至所述传感器节点处理器；

所述协调器节点模块包括：

一协调器处理器；

一协调器存储器，用于存储至少一查找表；

一协调器通讯模块，用于发送所述控制指令至所述传感器节点模块、从所述传感器节点模块接收所述查找表；以及

一协调器通讯接口，用于传送所述查找表至所述手持终端，从所述手持终端接收控制指令，并将所述控制指令传送给所述协调器处理器；

其中，所述协调器存储器、所述协调器通讯模块、所述协调器通讯接口分别电性连接至所述协调器处理器；所述协调器通讯模块无线连接至所述传感器节点通讯模块；所述手持终端包括：

一手持终端处理器；

一手持终端存储器，用于存储至少一查找表；

一输入输出装置，用于输入控制指令及显示所述查找表；

一终端通讯接口，通过一组数据线连接至所述协调器通讯接口，用于传送控制指令至所述协调器节点模块，以及从所述协调器节点模块接收所述查找表；

其中，所述手持终端存储器、所述输入输出装置、所述终端通讯接口分别连接至所述手持终端处理器。

所述数据采集模块，包括：

一模拟传感器组，用于采集环境数据并转换所述环境数据为模拟信号；

一模数转换模块，用于转换所述模拟信号为数字信号；

一信号放大器，用于放大所述数字信号并传送至所述传感器节点处理器；

所述模拟传感器组包括用于获取温度的一模拟温度传感器以及用于获取湿度的一模拟湿度传感器，所述模拟传感器组依次通过所述模数转换模块、所述信号放大器电性连接至所述传感器节点处理器。

所述数据采集模块，还可以包括：

一数字传感器组，用于采集环境数据，并将所述环境数据转换为数字信号；

一信号放大器，用于放大所述数字信号并传送至所述传感器节点处理器；

所述数字传感器组包括用于获取温度的一数字温度传感器以及用于获取湿度的一数字湿度传感器，所述数字传感器组通过所述信号放大器电性连接至所述传感器节点处理器。

所述环境数据包括温度数据及湿度数据。

所述传感器节点模块设置于一冷藏室内，所述冷藏室为冷藏车的车厢或冷藏仓库的库房；所述协调器节点模块与所述手持终端可以设置于同一壳体内，所述壳体外表面设有所述输入输出装置。

所述数据采集模块还包括：

一速度传感器，用于获取所述传感器节点模块的移动速度；

一光度计，用于获取照射到所述传感器节点模块的光线强度；

一GPS模块，用于获取所述传感器节点模块的位置坐标；

所述环境数据还包括所述传感器节点模块的移动速度、照射到所述传感器节点模块的光线强度以及所述传感器节点模块的位置坐标。

所述时钟模块设置至少一初始采集时间点及一时间间隔，并输出至少一组时钟信号；每一组时钟信号对应一组数据采集时间点，同一组的数据采集时间点形成一等差数列，该等差数列的首项为初始采集时间点，该等差数列的差值为时间间隔。

所述传感器节点通讯模块、所述协调器通讯模块皆为2.4G射频通讯模块，包括一射频天线；所述协调器通讯接口、所述终端通讯接口皆为RS232接口，所述数据线为RS232串口数据线。

所述传感器节点存储器为FLASH ROM，所述协调器存储器为FLASH ROM，所述手持终端存储器为ROM。

所述输入输出装置包括一键盘及一显示屏，或者，所述输入输出装置为一触摸屏。

本发明优点在于，提供一种用于冷链物流行业中的新型物流监控设备，无需人为干预便可实时记录产品所处环境的温湿度，从而使得物流管理更加合理，有效减少货物损耗、减少能源浪费、降低管理成本，有效保障食品/药品在运输及仓储过程的安全。

附图说明

图1为本发明实施例1的拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例1中冷链物流监测系统的局部结构示意图；

图3为本发明实施例1中数据采集模块的结构示意图；

图4为本发明实施例1中数据采集模块的另一种结构示意图；

图5为本发明实施例2中数据采集模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实现本发明。应当理解，尽管本发明描述了其优选的具体实施方案，然而这些只是对实施方案的阐述，而不是限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及一种ZigBee技术的冷链物流监测系统，包括：

至少一传感器节点模块1，用于定时采集所述传感器节点模块的环境数据；

一手持终端3，用于输入控制指令、显示及存储所述环境数据；以及

一协调器节点模块2，用于传送所述控制指令至所述传感器节点模块，以及传送所述环境数据至所述手持终端；

其中，至少一传感器节点模块1无线连接至一协调器节点模块，协调器节点模块2通过一数据线（图未示）连接至所述手持终端；至少一传感器节点模块1以及协调器节点模块2组成一ZigBee无线通信网络。

传感器节点模块1设置于一冷藏室内，所述冷藏室为冷藏车的车厢或冷藏仓库的库房，也就是说，传感器节点模块1用于定时采集所述冷藏室内的环境数据。所述环境数据包括温度数据及湿度数据，具体地说，传感器节点模块1用于定时采集所述冷藏室内的温度数据及湿度数据。协调器节点模块2与手持终端3可以进行一体化设计，具体地说，协调器节点模块2与手持终端3可以设置于同一壳体内，也就是将协调器节点模块2安装在手持终端3的壳体（图未示）内部，所述壳体外表面设有一输入输出装置。

如图2所示，传感器节点模块1包括：

一传感器节点处理器11；

一数据采集模块12，用于采集并发送所述传感器节点模块的环境数据至所述处理器；

一时钟模块13，用于输入至少一时钟信号至所述处理器，每一时钟信号包括一数据采集时间点；

一传感器节点存储器14，用于存储至少一查找表，每一查找表包括至少一组查找数据，每组查找数据包括一数据采集时间点及对应该数据采集时间点的所述环境数据；以及

一传感器节点通讯模块15，用于接收所述控制指令并传送所述控制指令至传感器节点处理器11、发送所述查找表至所述协调器节点模块；

数据采集模块12、时钟模块13、传感器节点存储器14、传感器节点通讯模块15分别电性连接至传感器节点处理器11。

时钟模块13设置至少一初始采集时间点及一时间间隔，并输出多组时钟信号；每一组时钟信号对应一组数据采集时间点，同一组的数据采集时间点形成一等差数列，该等差数列的首项为初始采集时间点，该等差数列的差值为时间间隔。所示时间间隔可以设置为5分钟或10分钟，在时间间隔确定的情况下，只需要确定一个初始采集时间，即可计算出一个时间段内的每一数据采集时间点。每一组时钟信号对应一组数据采集时间点，一组时钟信号输入至传感器节点处理器11后，对数据采集模块12发出指令，命令数据采集模块12采集对应每一数据采集时间的环境数据，所述环境数据包括温度数据及湿度数据。一数据采集时间点及对应该数据采集时间点的环境数据形成一组查找数据，同一组数据采集时间点对应的查找数据形成一查找表。传感器节点处理器11发出指令，将所述查找表存储至传感器节点存储器14中，等待被调用。

传感器节点存储器14为FLASH ROM，其存储空间比较小，因此数据采集时间点一般仅用一初始采集时间点及一时间间隔来表示，FLASH ROM只存储一初始采集时间点及一时间间隔。传感器节点通讯模块15为2.4G射频通讯模块，包括一射频天线；2.4G射频通讯模块采用DSSS（直接序列展频技术），通信速率为250Kbps，可以向外部发送或接收数据，包括所述查找表；为了增大通信距离，还可以在传感器节点通讯模块15中增加一前置功率放大模块。

本发明传感器节点模块1中的传感器节点通讯模块15（2.4G射频通讯模块）采取低功耗设计，上电后的通讯模块大部分时间处于低功耗的休眠状态，一旦监测到协调器信号则被唤醒以完成各项操作，操作结束后能自动恢复到休眠状态以降低能源损耗，从而不仅节约了电能，也延长了传感器节点的使用寿命。

如图3所示，本实施例中的数据采集模块12包括：

一数字传感器组121，用于采集环境数据，并将所述环境数据转换为数字信号；

一数字信号放大器122，用于放大所述数字信号并传送至传感器节点处理器11；

数字传感器组121包括用于获取温度的一数字温度传感器1211以及用于获取湿度的一数字湿度传感器1212，数字传感器组121通过信号放大器122电性连接至传感器节点处理器11。

如图4所示，本实施例中的数据采集模块12，可以有一个变形的方案，还可以包括：

一模拟传感器组123，用于采集环境数据并转换所述环境数据为模拟信号；

一模数转换模块124，用于转换所述模拟信号为数字信号；

一模拟信号放大器125，用于放大所述数字信号并传送至传感器节点处理器11；

模拟传感器组123包括用于获取温度的一模拟温度传感器1231以及用于获取湿度的一模拟湿度传感器1232，模拟传感器组123依次通过模数转换模块124、信号放大器125电性连接至传感器节点处理器11。

如图2所示，协调器节点模块2包括：

一协调器处理器21；

一协调器存储器22，用于存储至少一所述的查找表；

一协调器通讯模块23，用于从发送所述控制指令至所述传感器节点模块、所述传感器节点模块接收所述查找表；以及

一协调器通讯接口24，用于传送所述查找表至所述手持终端，从所述手持终端接收控制指令，并将所述控制指令传送给所述协调器处理器；

其中，协调器存储器22、协调器通讯模块23、协调器通讯接口24分别电性连接至协调器处理器21；协调器通讯模块24无线连接至传感器节点通讯模块15。协调器处理器21获取手持终端3输入的控制指令后，对该指令进行翻译处理，使其更适合传送至传感器节点模块2。

传感器节点通讯模块15、协调器通讯模块24皆为2.4G射频通讯模块，包括一射频天线，2.4G射频通讯模块采用DSSS（直接序列展频技术），通信速率为250Kbps，可以向外部发送或接收数据，包括所述查找表；为了增大通信距离，还可以在协调器通讯模块24中增加一前置功率放大模块，本发明中利用RF2401芯片进行前置功率放大，通信距离可以达到300到500米。协调器节点模块2可以获取任一传感器节点模块1中的环境数据，至少一传感器节点模块1以及协调器节点模块2组成一ZigBee无线通信网络。由于Zigbee本身具有很强的自组网功能，这就使得本发明具有了极强的可扩展性，不仅可以记录下本发明中所述的温度、湿度和时间数据，除此之外可通过增加节点，并让节点搭载其它不同类别的传感器。ZigBee协议支持星型、树型和网型三种网络拓扑形式，ZigBee通信网络具有超大覆盖范围，本发明优选星型ZigBee网络。

如图2所示，手持终端3包括：

一手持终端处理器31；

一手持终端存储器32，用于存储至少一查找表；

一输入输出装置33，用于输入控制指令及显示所述查找表；

一终端通讯接口34，通过一组数据线（排线）连接至协调器通讯接口24，用于传送控制指令至协调器节点模块2，以及从协调器节点模块2接收所述查找表；

其中，手持终端存储器32、输入输出装置33、终端通讯接口34分别连接至手持终端处理器31。协调器通讯接口24、终端通讯接口34皆为RS232接口，所述数据线为RS232串口数据线。

传感器节点通讯模块15、协调器通讯模块24皆为2.4G射频通讯模块，包括一射频天线；可以向外部发送数据，包括所述查找表。所述协调器存储器为FLASH ROM，其存储空间比较小，用于存储从传感器节点模块1无线传送至协调器节点模块2的数据，和/或从其他协调器节点模块无线传送至本协调器节点模块2的数据。输入输出装置33包括一键盘及一显示屏，或者，输入输出装置33为一触摸屏，用于输入控制指令及显示所述查找表。

当冷藏车或冷库的冷藏室内需要检测温度时，检测人员可以通过一手持终端3（其外壳内设由一协调器节点模块2），通过射频通信技术获取设置于冷藏室内的传感器节点模块1。检测人员使用输入输出装置33输入控制指令，手持终端处理器31获取指令后，将所述控制指令通过终端通讯接口34（RS232接口）、协调器通讯接口24（RS232接口）以及两个RS232接口之间的RS232串口数据线）发送至协调器处理器21，然后再通过协调器通讯模块23、传感器节点通讯模块15以及两个无线通讯模块之间的无线射频通信网络将所述控制指令发送至传感器节点模块1中的传感器节点处理器11。传感器节点处理器11接收控制指令后，将调用传感器节点存储器14中存储的查找表，并将该查找表通过协调器通讯模块23、传感器节点通讯模块15以及两个无线通讯模块之间的无线射频通信网络发送至协调器节点模块2。协调器节点模块2将所述查找表通过协调器通讯接口24（RS232接口）、终端通讯接口34（RS232接口）以及两个RS232接口之间的RS232串口数据线发送至手持终端3，并存储在手持终端存储器32（ROM）中，检测人员使用输入输出装置33查看所述查找表。

由于2.4G无线通信网络覆盖面积较大，检测人员只需要在冷藏车的冷藏室附近即可完成检测，无需进入或靠近每间冷藏室每辆冷藏车。查找表数据读取完成后，检测人员可在任意时刻查看运输过程中任意时间段的温度、湿度信息，进而可以判断冷链产品在运输过程中质量有没有得到严格保证。

实施例2

实施例2中大部分技术方案与实施例1相同，其区别技术特征在于：如图5所示，数据采集模块12还可以包括：

一速度传感器126，用于获取所述传感器节点模块的移动速度；

一光度计127，用于获取照射到所述传感器节点模块的光线强度；

一GPS模块128，用于获取所述传感器节点模块的位置坐标；

所述环境数据还包括所述传感器节点模块的移动速度、照射到所述传感器节点模块的光线强度以及所述传感器节点模块的位置坐标。

由于Zigbee技术本身具有很强的自组网功能，这就使得本发明具有了极强的可扩展性，不仅可以记录下本发明中所述的温度、湿度和时间数据，除此之外可通过增加节点（传感器节点模块1）或者改变节点设置，并让节点搭载其它不同类别的传感器，例如速度传感器126、光度计127或GPS模块128。检测人员可以获取传感器节点模块1的移动速度、照射到传感器节点模块1的光线强度以及传感器节点模块1的位置坐标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理及技术方案的前提下，还可以对此做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，包括：

至少一传感器节点模块，用于定时采集所述传感器节点模块的环境数据；

一手持终端，用于输入控制指令、显示及存储所述环境数据；以及

一协调器节点模块，用于传送所述控制指令至所述传感器节点模块，以及传送所述环境数据至所述手持终端；

其中，至少一传感器节点模块无线连接至一协调器节点模块，所述协调器节点模块通过一数据线连接至所述手持终端；至少一传感器节点模块以及所述协调器节点模块组成一ZigBee无线通信网络；

所述传感器节点模块包括：

一传感器节点处理器；

一数据采集模块，用于采集并发送所述传感器节点模块的环境数据至所述处理器；

一时钟模块，用于输入至少一时钟信号至所述处理器，每一时钟信号包括一数据采集时间点；

一传感器节点存储器，用于存储至少一查找表，每一查找表包括至少一组查找数据，每组查找数据包括一数据采集时间点及对应该数据采集时间点的所述环境数据；以及

一传感器节点通讯模块，用于接收所述控制指令并传送所述控制指令至所述传感器节点处理器、发送所述查找表至所述协调器节点模块；

所述数据采集模块、所述时钟模块、所述传感器节点存储器、所述传感器节点通讯模块分别电性连接至所述传感器节点处理器；

所述协调器节点模块包括：

一协调器处理器；

一协调器存储器，用于存储至少一查找表；

一协调器通讯模块，用于发送所述控制指令至所述传感器节点模块、从所述传感器节点模块接收所述查找表；以及

一协调器通讯接口，用于传送所述查找表至所述手持终端，从所述手持终端接收控制指令，并将所述控制指令传送给所述协调器处理器；

其中，所述协调器存储器、所述协调器通讯模块、所述协调器通讯接口分别电性连接至所述协调器处理器；所述协调器通讯模块无线连接至所述传感器节点通讯模块；

所述手持终端包括：

一手持终端处理器；

一手持终端存储器，用于存储至少一查找表；

一输入输出装置，用于输入控制指令及显示所述查找表；

一终端通讯接口，通过一组数据线连接至所述协调器通讯接口，用于传送控制指令至所述协调器节点模块，以及从所述协调器节点模块接收所述查找表；

其中，所述手持终端存储器、所述输入输出装置、所述终端通讯接口分别连接至所述手持终端处理器。

2.如权利要求1所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述数据采集模块，包括：

一模拟传感器组，用于采集环境数据并转换所述环境数据为模拟信号；

一模数转换模块，用于转换所述模拟信号为数字信号；

一信号放大器，用于放大所述数字信号并传送至所述传感器节点处理器；

所述模拟传感器组包括用于获取温度的一模拟温度传感器以及用于获取湿度的一模拟湿度传感器，所述模拟传感器组依次通过所述模数转换模块、所述信号放大器电性连接至所述传感器节点处理器。

3.如权利要求1所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述数据采集模块，包括：

一数字传感器组，用于采集环境数据，并将所述环境数据转换为数字信号；

一信号放大器，用于放大所述数字信号并传送至所述传感器节点处理器；

所述数字传感器组包括用于获取温度的一数字温度传感器以及用于获取湿度的一数字湿度传感器，所述数字传感器组通过所述信号放大器电性连接至所述传感器节点处理器。

4.如权利要求1-3中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述环境数据包括温度数据及湿度数据。

5.如权利要求1中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述传感器节点模块设置于一冷藏室内，所述冷藏室为冷藏车的车厢或冷藏仓库的库房；所述协调器节点模块与所述手持终端设置于同一壳体内，所述壳体外表面设有所述输入输出装置。

6.如权利要求1中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括：

一速度传感器，用于获取所述传感器节点模块的移动速度；

一光度计，用于获取照射到所述传感器节点模块的光线强度；

一GPS模块，用于获取所述传感器节点模块的位置坐标；

所述环境数据还包括所述传感器节点模块的移动速度、照射到所述传感器节点模块的光线强度以及所述传感器节点模块的位置坐标。

7.如权利要求1中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述时钟模块设置至少一初始采集时间点及一时间间隔，并输出至少一组时钟信号；每一组时钟信号对应一组数据采集时间点，同一组的数据采集时间点形成一等差数列，该等差数列的首项为初始采集时间点，该等差数列的差值为时间间隔。

8.如权利要求1中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述传感器节点通讯模块、所述协调器通讯模块皆为2.4G射频通讯模块，包括一射频天线；所述协调器通讯接口、所述终端通讯接口皆为RS232接口，所述数据线为RS232串口数据线。

9.如权利要求1中任一项所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述传感器节点存储器为FLASH ROM，所述协调器存储器为FLASH ROM，所述手持终端存储器为ROM。

10.如权利要求1所述的基于ZigBee技术的冷链物流监测系统，其特征在于，所述输入输出装置包括一键盘及一显示屏，或者，所述输入输出装置为一触摸屏。