CN107632560A - 一种基于高精度gps的贵重物品物流跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，所述装置固定安装于存放贵重物品的集装箱开箱口，所述装置包括行程开关单元、MCU控制单元、GPS定位单元、存储单元、无线通信单元、报警单元和供电单元。本发明采用高精度的E580模块接收GPS定位信号，辅以低功耗MSP430F148单片机对导航电文进行解析和存储，再通过GPRS移动网络将GPS定位信息数据和报警电文传送给物流监控平台，能在各种环境中实时、准确地定位贵重物品，又能在发生意外情况时通过移动网络及时报警，便于物流公司实时监控、查询和管理，可以更加有效地防止贵重物品丢失，并及时追究责任。

Description

一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置

技术领域

本发明涉及智能物流安全运输技术领域，特别涉及一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置。

背景技术

消费者委托运输的贵重物品在运输过程中丢失情况严重，致使消费者的受损金额越来越大。物流公司常常承担运输贵重物品的任务，而这些贵重物品的丢失将会导致他们巨额的损失。物流公司一般使用传统的GPS定位技术跟踪贵重物品，可以减小物品丢失的机率。但在高架桥下或城市建筑物密集等复杂地理环境中，卫星信号容易丢失；且在整个物品的运输过程中，贵重物品放在运输车辆的金属集装箱内，利用GPS技术也无法获得卫星定位信号，难以实现对贵重物品的有效跟踪定位，不便于物流公司对整个系统进行实时监控、查询和管理。

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高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，能在各种环境中实时、准确地定位贵重物品，又能在发生意外情况时通过移动网络及时报警，便于物流公司实时监控、查询和管理，可以更加有效地防止贵重物品丢失，并及时追究责任。

(二)技术方案

一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，所述装置固定安装于存放贵重物品的集装箱开箱口，所述装置包括行程开关单元、MCU控制单元、GPS定位单元、存储单元、无线通信单元、报警单元和供电单元；所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并与所述MCU控制单元进行数据交换；所述存储单元对GPS定位信息数据进行存储；所述行程开关单元监测所述开箱口的开启或闭合状态；当所述开箱口非正常开启时，触发所述报警单元工作；所述MCU控制单元通过所述无线通信单元将GPS定位信息数据和报警电文发送给物流监控平台；所述供电单元为装置其他单元提供工作电压。

进一步的，所述MCU控制单元包括MCU最小系统、行程开关检测电路和电池电压监测电路，包括MCU芯片、石英晶振、发光二极管、第一～第五电容和第一～第四电阻，其中所述MCU芯片选用MSP430F148，所述第一电容为电解电容。

进一步的，所述GPS定位单元包括GPS接收模块、射频天线、第五和第六电阻，其中所述GPS接收模块选用16通道高感GPS接收模块E580。

进一步的，所述存储单元选用大容量Flash存储器M25P80。

进一步的，所述无线通信单元为GPRS通信单元，包括GPRS模块、本地SIM卡和RS232接口电平转换芯片，其中所述GPRS模块选用SIM300D，所述RS232接口电平转换芯片选用MAX232。

进一步的，所述行程开关单元选用防水行程开关YNFS(TZ)系列。

进一步的，所述供电单元包括专门电池供电模块和汽车电源供电模块，当所述专门电池供电模块供电不足时，装置转换成由所述汽车电源供电模块进行供电。

再进一步的，所述供电单元包括开关电源芯片、低压差线性稳压器、第一～第四连接器、第一和第二电感、二极管和第六～第十三电容，其中所述开关电源芯片选用LM2576-5，所述低压差线性稳压器选用MIC5219，所述二极管为肖特基二极管。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，采用高精度的E580模块接收GPS定位信号，辅以低功耗MSP430F148单片机对导航电文进行解析和存储，再通过GPRS移动网络将GPS定位信息数据和报警电文传送给物流监控平台，能在各种环境中实时、准确地定位贵重物品，又能在发生意外情况时通过移动网络及时报警，便于物流公司实时监控、查询和管理，可以更加有效地防止贵重物品丢失，并及时追究责任，此装置体积小巧，成本低廉，超低功耗，测量精度高，信号覆盖范围广，可靠性和稳定性好，操作简单，使用灵活，具有良好的扩展性，可广泛应用到其它工程领域。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置的系统结构框图。

图2为本发明所涉及的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置的MCU控制单元电路原理图。

图3为本发明所涉及的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置的GPS定位单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置的存储单元电路原理图。

图5为本发明所涉及的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置的供电单元电路原理图。

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，一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，装置固定安装于存放贵重物品的集装箱开箱口，装置包括行程开关单元、MCU控制单元、GPS定位单元、存储单元、无线通信单元、报警单元和供电单元；GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并与MCU控制单元进行数据交换；存储单元对GPS定位信息数据进行存储；行程开关单元监测开箱口的开启或闭合状态；当开箱口非正常开启时，触发报警单元工作；MCU控制单元通过无线通信单元将GPS定位信息数据和报警电文发送给物流监控平台；供电单元为装置其他单元提供工作电压。

MCU控制单元包括MCU最小系统、行程开关检测电路和电池电压监测电路。如图2所示，MCU控制单元包括MCU芯片U1、石英晶振X1、发光二极管LED1、电容C1～C5和电阻R1～R4，其中MCU芯片U1选用MSP430F148，电容C1为电解电容。MSP430F148工作电压为3.3V，是一款带10位A/D转换的单片机芯片，具有超强抗干扰的特性，并且具有超低的功耗，正常工作时电流仅为4～7mA，空闲时电流＜1mA。它的工作周期仅为一个时钟周期，可以大大降低使用的石英晶振X1频率，从而降低电磁干扰。MSP430F148具有引脚少、体积小、价格低、使用方便等特点，可降低开发成本，缩短开发周期。行程开关检测电路用来检测行程开关的动作，电池电压监测电路利用MSP430F148的A/D转换功能来测量给装置供电的电池电压，当检测到电池电压不足时会触发报警。

如图3所示，GPS定位单元包括GPS接收模块U2、射频天线E1、电阻R5和R6，其中GPS接收模块U2选用16通道高感GPS接收模块E580。高感低功耗的E580每秒数据更新率为4次，具有16个通道，可同时跟踪16颗GPS定位卫星，跟踪灵敏度可达-158dBm。无间断的卓越的导航性能，即使在茂密的森林或者高楼林立的闹市都可以定位，不仅能满足陆地导航的要求，而且能达到飞行器的动态要求。E580采用ANTARRIS4定位技术，内置节能模式可提供极低功率架构，非常易于使用，适用于系统集成，只需外加天线E1和电源即可工作。E580拥有2个UART和1个USB口，其数据可以通过任意接口来读取。对于天线E1，需要加50Ω的阻抗匹配线。

E580通过天线E1接收GPS定位卫星的导航电文，并将信号通过串口发送给MSP430F148，MSP430F148对导航电文进行解析和提取，转成时间、经纬度等GPS定位信息数据进行存储。

装置需要对接收到的GPS定位信息数据进行存储，由于数据量比较大，为了更好的进行本地处理和运行轨迹的重现，存储单元选用大容量Flash存储器M25P80。如图4所示，M25P80具有8个引脚，与MSP430F148的硬件连接非常简单，仅需片选信号CS、串行数据输入SOMI0、输出SIMO0以及时钟信号UCLK04条线与MSP430F148的SPI接口相连。

无线通信单元为GPRS通信单元，包括GPRS模块、本地SIM卡和RS232接口电平转换芯片，其中GPRS模块选用SIM300D，RS232接口电平转换芯片选用MAX232。移动无线网络信号覆盖范围广，数据传输可靠，保证了系统的工作性能。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。MSP430F148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。装置将GPS定位信息数据发送至移动网络，物流监控平台通过无线路由器从以太网接入移动网络进行数据接收并保存到数据库，利用GIS(地理信息系统)即可实现实时跟踪和查询物流车辆及贵重物品位置等功能，便于物流公司实时监控和管理。

行程开关单元选用防水行程开关YNFS(TZ)系列，具有体积小、灵敏度高、密封性强、耐油防腐蚀的特点，考虑其安装于集装箱的开箱口，易受雨雪等恶劣环境的影响，故选择具有防水性能的行程开关。行程开关监测集装箱开箱口开启或闭合的状态，当开箱口被非正常开启时行程开关动作，MSP430F148外围的行程开关单元检测电路捕捉该动作并触发报警单元报警。

供电单元包括专门电池供电模块和汽车电源供电模块，整个装置使用的是专门电池供电，在运输行程较长而导致专门电池供电不足时，MSP430F148外围的电池电压监测电路会触发报警，这时装置转换成由汽车电源对其进行供电。如图5所示，供电单元包括开关电源芯片U4、低压差线性稳压器U5、连接器J1～J4、电感L1和L2、二极管D1和电容C6～C13，其中开关电源芯片U4选用LM2576-5，低压差线性稳压器U5选用MIC5219，二极管D1为肖特基二极管。装置供电有两种方法：专门电池供电(VBATT_INT引脚输入)和汽车电源供电(VEXT_DC引脚输入)。当用专门电池供电时，要求供电电压VBATT_INT范围为+4.0V±10％，因此选用容量为10Ah、输出电压为3.7V的锂聚合物电池。由于MSP430F148是3.3V供电，故专门电池在向MSP430F148供电时需加一片低压差线性稳压器MIC5219，其最小压差可以达到0.3V，满足要求。目前汽车电源多为铅酸蓄电池，小型车用一般为12V，而大中型柴油发动机用为24V。装置启动时首先要初始化系统和寻找网络，功耗较高，约300～500mA，稳定下来后最高功耗(打电话或者上网、定位)大约在300mA，实际应用中还要考虑留有余量，因此供电电源要求在汽车电源供电的情况下VEXT_DC能有4.5～5V的稳定直流供电，最高不能超过5.5V。考虑到压差较大，且要求输出电流大于1A，选用输出电压为5V、输出电流最大为3A的开关电源芯片LM2576-5。与低压差线性稳压器在压差较大时功耗高且转换效率低的缺点相比，开关电源芯片具有较高的转换效率，且在压差较大时保证功耗不会太大。

将装置固定安装在存放贵重物品的集装箱开箱口，运输过程中，当集装箱密封完好时，装置定时向物流监控平台发送经纬度、时间等定位信息数据，而当集装箱开箱口被非正常开启时触发行程开关，装置及时向物流监控平台发送报警电文和定位信息数据，物流公司通过监控平台接收这些信息数据并结合物流调度表，分析事发时的物流情况，即可判断是否发生异常，并及时作出处理，从而实现物流过程跟踪、防盗、查询和管理等实时监控功能。

本发明提供了一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，采用高精度的E580模块接收GPS定位信号，辅以低功耗MSP430F148单片机对导航电文进行解析和存储，再通过GPRS移动网络将GPS定位信息数据和报警电文传送给物流监控平台，能在各种环境中实时、准确地定位贵重物品，又能在发生意外情况时通过移动网络及时报警，便于物流公司实时监控、查询和管理，可以更加有效地防止贵重物品丢失，并及时追究责任，此装置体积小巧，成本低廉，超低功耗，测量精度高，信号覆盖范围广，可靠性和稳定性好，操作简单，使用灵活，具有良好的扩展性，可广泛应用到其它工程领域。

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 (8)

1.一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述装置固定安装于存放贵重物品的集装箱开箱口，所述装置包括行程开关单元、MCU控制单元、GPS定位单元、存储单元、无线通信单元、报警单元和供电单元；所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并与所述MCU控制单元进行数据交换；所述存储单元对GPS定位信息数据进行存储；所述行程开关单元监测所述开箱口的开启或闭合状态；当所述开箱口非正常开启时，触发所述报警单元工作；所述MCU控制单元通过所述无线通信单元将GPS定位信息数据和报警电文发送给物流监控平台；所述供电单元为装置其他单元提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述MCU控制单元包括MCU最小系统、行程开关检测电路和电池电压监测电路，包括MCU芯片、石英晶振、发光二极管、第一～第五电容和第一～第四电阻，其中所述MCU芯片选用MSP430F148，所述第一电容为电解电容。

3.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述GPS定位单元包括GPS接收模块、射频天线、第五和第六电阻，其中所述GPS接收模块选用16通道高感GPS接收模块E580。

4.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述存储单元选用大容量Flash存储器M25P80。

5.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述无线通信单元为GPRS通信单元，包括GPRS模块、本地SIM卡和RS232接口电平转换芯片，其中所述GPRS模块选用SIM300D，所述RS232接口电平转换芯片选用MAX232。

6.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述行程开关单元选用防水行程开关YNFS(TZ)系列。

7.根据权利要求1所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述供电单元包括专门电池供电模块和汽车电源供电模块，当所述专门电池供电模块供电不足时，装置转换成由所述汽车电源供电模块进行供电。

8.根据权利要求2所述的一种基于高精度GPS的贵重物品物流跟踪装置，其特征在于：所述供电单元包括开关电源芯片、低压差线性稳压器、第一～第四连接器、第一和第二电感、二极管和第六～第十三电容，其中所述开关电源芯片选用LM2576-5，所述低压差线性稳压器选用MIC5219，所述二极管为肖特基二极管。