CN107764334A - 一种冷链物流运输监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冷链物流运输监控装置，包括状态检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元，所述状态检测单元包括温度检测模块、湿度检测模块、光强度检测模块和车厢开合检测模块。本发明针对冷链的全过程进行实时监控，能对运输车辆车厢内的温湿度、光照强度及地理位置等信息进行采集并处理，通过GPRS数据分组的方式无线传送给物流监控平台的上位机或用户的移动终端，从而掌控货品的运输在途参数，保证了在途货品的质量和安全，有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及物流运输监控技术领域，特别涉及一种冷链物流运输监控装置。
背景技术
冷链运输是指在运输全过程中，无论是装卸搬运、变更运输方式、更换包装设备等环节，都使所运输货物始终保持一定温度的运输。冷链运输方式可以是公路运输、水路运输、铁路运输、航空运输，也可以是多种运输方式组成的综合运输方式。冷链运输是冷链物流的一个重要环节。冷链运输的对象主要有：医药品如疫苗、血液制品等，保鲜食品如速冻食品、肉类、冷饮、蔬菜、水果、水产品等。
对于冷链运输，传统的监控方式是采用温湿度检测记录仪来测量并记录整个车厢的温湿度，即每台冷链运输车辆放一台或者多台温湿度检测记录仪来测量并记录运输过程中车厢内的温湿度，当货物到达运输目的地后，将温湿度检测记录仪与电脑通过有线连接的方式将数据导入，再进行数据统计与分析，例如找出最大值、最小值以及曲线趋势等。传统的温湿度检测记录仪价格昂贵，体积庞大，无法对单个箱体进行测温，无法自动识别货品信息以及需要有线连接和人工干预才能导出数据，公司和客户无法动态检测到冷链运输车辆的过程状态，降低了监控中心监测的准确性和实时性，无法满足现代冷链运输行业温湿度监控的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明提供了一种冷链物流运输监控装置，针对冷链的全过程进行实时监控，能对运输车辆车厢内的温湿度、光照强度及运输车辆地理位置等信息进行采集并处理，通过GPRS数据分组的方式无线传送给物流监控平台的上位机或用户的移动终端。
(二)技术方案
一种冷链物流运输监控装置，包括状态检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元；
所述状态检测单元包括温度检测模块、湿度检测模块、光强度检测模块和车厢开合检测模块，分别采集运输车辆车厢内的温度值、湿度值、光照强度和车厢开合状态，并送入所述控制器单元进行处理；
所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文；
所述控制器单元接收所述状态检测单元的采集数据和所述GPS定位单元的导航电文，进行处理后通过所述无线通信单元传送给上位机/移动终端；
所述电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
进一步的，所述温度检测模块包括温度传感器、第一和第二电阻，其中所述温度传感器选用单线式数字温度传感器DS18B20。
进一步的，所述湿度检测模块包括湿度传感器、定时器和第三～第六电阻，其中所述湿度传感器选用电容式湿度传感器HS1101，所述定时器选用8pin CE555。
进一步的，所述光强度检测模块包括光强度传感器、变阻器、第一电容和第七～第九电阻，其中所述光强度传感器选用光敏电阻。
进一步的，所述车厢开合检测模块包括开关状态传感器和第十电阻，其中所述开关状态传感器选用霍尔开关TP4913。
进一步的，所述控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232；所述控制器单元通过UART1口与所述GPS定位单元进行数据交换，所述控制器单元通过UART2与所述无线通信单元进行数据交换。
进一步的，所述GPS定位单元包括GPS模块、电感、第十一电阻和第二电容，其中所述GPS模块选用24pin Ublox NEO 5Q。
进一步的，所述无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中所述GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。
进一步的，所述电源管理单元包括锂电池、充电管理芯片、稳压芯片、连接器、第一和第二发光二极管、第三～第七电容和第十二～第十六电阻，其中所述充电管理芯片选用8pin CN3063，所述稳压芯片选用低功耗LDO稳压器TLV70033。
(三)有益效果
本发明提供了一种冷链物流运输监控装置，针对冷链的全过程进行实时监控，能对运输车辆车厢内的温湿度、光照强度及地理位置等信息进行采集并处理，通过GPRS数据分组的方式无线传送给物流监控平台的上位机或用户的移动终端，从而掌控货品的运输在途参数，保证了在途货品的质量和安全，有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题，系统具有成本低、功耗低、检测精度高、实时性和扩展性良好的特点，提高了冷链运输车辆的实时监测能力，在提高货品运输品质的同时，降低了货品损耗和供应链的投资成本。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的系统结构框图。
图2为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的温度检测模块电路原理图。
图3为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的湿度检测模块电路原理图。
图4为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的光强度检测模块电路原理图。
图5为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的车厢开合检测模块电路原理图。
图6为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的GPS定位单元电路原理图。
图7为本发明所涉及的一种冷链物流运输监控装置的电源管理单元电路原理图。
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，一种冷链物流运输监控装置，包括状态检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元；状态检测单元包括温度检测模块、湿度检测模块、光强度检测模块和车厢开合检测模块，分别采集运输车辆车厢内的温度值、湿度值、光照强度和车厢开合状态，并送入控制器单元进行处理；GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文；控制器单元接收状态检测单元的采集数据和GPS定位单元的导航电文，进行处理后通过无线通信单元传送给上位机/移动终端；电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
如图2所示，温度检测模块包括温度传感器U1、电阻R1和R2，其中温度传感器U1选用单线式数字温度传感器DS18B20。由于需要采集运输车辆车厢内多点温度或温室群的温度，因此温度传感器U1采用单线式数字温度传感器DS18B20，其结构简单不需要外接电路，仅用一根I/O数据线传输数据。每只DS18B20由独立的序列号，实现多个DS18B20挂接在一根数据线上分别检测多点温度。DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，需要进行计算转换。温度高字节中的前五位用来保存温度的正负，高字节的后三位和低字节八位用来保存温度值，其中低字节的低四位保存温度的小数位。
如图3所示，湿度检测模块包括湿度传感器、定时器U2和电阻R3～R6，其中湿度传感器选用电容式湿度传感器HS1101，定时器U2选用8pin CE555。HS1101的工作机理是当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时，其介电常数随之变化，等效电容与环境中水分的关系表示为其中ε0是真空介电常数，εμ是感湿材料的介电常数，S是电容式传感器的有效面积，d为感湿膜厚度。HS1101和CE555组成多谐振荡器，将湿度与电容的关系转化为湿度与频率的关系，测量频率达到检测湿度的目的。
如图4所示，光强度检测模块包括光强度传感器Rt、变阻器Rw1、电容C1和电阻R7～R9，其中光强度传感器Rt选用光敏电阻。CA0和CA1连接控制器单元单片机内部模拟比较器正负输入端子，调节变阻器Rw1可以调整检测光照强度阈值。
如图5所示，车厢开合检测模块包括开关状态传感器U3和电阻R10，其中开关状态传感器U3选用霍尔开关TP4913。TP4913是一款CMOS无极性高灵敏度微功耗霍尔开关，能够提供准确而稳定的磁开关点，抗机械应力强。在TP4913的VCC引脚和Q引脚连接上拉电阻R10，输出数字信号TP1直接送入控制器单元的单片机。
控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232；控制器单元通过UART1口与GPS定位单元进行数据交换，控制器单元通过UART2与无线通信单元进行数据交换。装置采用意法半导体(ST)的基于ARM Contex_M3内核的RISC 32位单片机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，外围连通性好，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)，外围设备丰富，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，可满足车载终端设备低功耗与多串口的需求。单片机STM32F103RBT6的UART1口通过MAX3232芯片连接GPS定位单元的串口，UART2口通过MAX3232芯片连接无线通信单元。
如图6所示，GPS定位单元包括GPS模块U4、电感L1、电阻R11和电容C2，其中GPS模块U4选用24pin Ublox NEO 5Q。该模块支持NEMA0183V3.0协议标准输出，TTL电平接口，不能直接与单片机STM32F103RBT6相连接，必须先通过MAX3232将TTL电平转换成RS232电平后，才能连接到单片机STM32F103RBT6的接口。Ublox NEO 5Q引脚20(TxD1)和引脚21(RxD1)分别通过MAX3232与STM32F103RBT6的引脚15(STM_TX1)和引脚16(STM_RX1)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STM32F103RBT6进行通信，通过初始化设置定时输出GPS卫星导航电文，STM32F103RBT6对GPS卫星导航电文进行解析，提取出日期、时间、经纬度和车载速度等有用信息作为监控中心监测的基本数据。装置上电工作时，GPS模块Ublox NEO 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STM32F103RBT6，STM32F103RBT6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。
无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中GSM/GPRS模块选用68pinSIM900。SIM900为工业级四频段GSM/GPRS模块，体积小，功耗低，可以快速安全可靠地实现短信消息服务和GPRS数据无线传输。SIM900内嵌PPP拨号协议和TCP/IP协议栈，模块工作电压为3.4～4.5V，可工作在850/900/1800/1900MHz四个频段。STM32F103RBT6通过UART2与SIM900进行通信，SIM900的引脚9(TXD_O)和引脚10(RXD_I)需要通过MAX3232芯片电平转换后才能与STM32F103RBT6的引脚29(STM_TX2)和引脚30(STM_RX2)相连。SIM900与STM32F103RBT6的通信协议是AT命令集，STM32F103RBT6通过发送AT指令可以对SIM900进行控制，设置工作模式，传输速率设置为115200b/s。SIM900模块内置SIM卡进行通信，通过GPRS数据分组接入互联网。为增强系统的安全性和可靠性，防止恶意短信查询和骚扰，移动终端用户进行短信查询时需要进行身份和口令的双重确认，STM32F103RBT6内置电话簿，非电话簿用户短信均被当作垃圾短信处理。
如图7所示，电源管理单元包括锂电池E1、充电管理芯片U5、稳压芯片U6、连接器J1、发光二极管LED1和LED2、电容C3～C7和电阻R12～R16，其中充电管理芯片U5选用8pinCN3063，稳压芯片U6选用低功耗LDO稳压器TLV70033。CN3063是可以用太阳能电池供电的单节锂电池充电管理芯片，内部集成功率晶体管，应用时不需要外接电流检测电阻和阻流二极管，内部的8位A/D转换器能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，还提供输入电压过低锁存、自动再充电、电池温度监控及充电状态指示灯功能。由于单片机STM32F103RBT6及装置中其他芯片的工作电压均为3.3V，电源经过低功耗LDO稳压芯片TLV70033转为3.3V供电。
本发明提供了一种冷链物流运输监控装置，针对冷链的全过程进行实时监控，能对运输车辆车厢内的温湿度、光照强度及地理位置等信息进行采集并处理，通过GPRS数据分组的方式无线传送给物流监控平台的上位机或用户的移动终端，从而掌控货品的运输在途参数，保证了在途货品的质量和安全，有效克服了传统冷链运输的信息传递不及时、信息追溯困难等问题，系统具有成本低、功耗低、检测精度高、实时性和扩展性良好的特点，提高了冷链运输车辆的实时监测能力，在提高货品运输品质的同时，降低了货品损耗和供应链的投资成本。
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 (9)
1.一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：包括状态检测单元、控制器单元、GPS定位单元、无线通信单元和电源管理单元；
所述状态检测单元包括温度检测模块、湿度检测模块、光强度检测模块和车厢开合检测模块，分别采集运输车辆车厢内的温度值、湿度值、光照强度和车厢开合状态，并送入所述控制器单元进行处理；
所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文；
所述控制器单元接收所述状态检测单元的采集数据和所述GPS定位单元的导航电文，进行处理后通过所述无线通信单元传送给上位机/移动终端；
所述电源管理单元为装置其他各单元提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述温度检测模块包括温度传感器、第一和第二电阻，其中所述温度传感器选用单线式数字温度传感器DS18B20。
3.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述湿度检测模块包括湿度传感器、定时器和第三～第六电阻，其中所述湿度传感器选用电容式湿度传感器HS1101，所述定时器选用8pin CE555。
4.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述光强度检测模块包括光强度传感器、变阻器、第一电容和第七～第九电阻，其中所述光强度传感器选用光敏电阻。
5.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述车厢开合检测模块包括开关状态传感器和第十电阻，其中所述开关状态传感器选用霍尔开关TP4913。
6.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述控制器单元包括64pin STM32F103RBT6单片机和接口电平转换芯片MAX3232；所述控制器单元通过UART1口与所述GPS定位单元进行数据交换，所述控制器单元通过UART2与所述无线通信单元进行数据交换。
7.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述GPS定位单元包括GPS模块、电感、第十一电阻和第二电容，其中所述GPS模块选用24pin Ublox NEO 5Q。
8.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述无线通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中所述GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。
9.根据权利要求1所述的一种冷链物流运输监控装置，其特征在于：所述电源管理单元包括锂电池、充电管理芯片、稳压芯片、连接器、第一和第二发光二极管、第三～第七电容和第十二～第十六电阻，其中所述充电管理芯片选用8pin CN3063，所述稳压芯片选用低功耗LDO稳压器TLV70033。
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