CN108364158A - 一种智能物流托盘的统一信息服务系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能物流托盘的统一信息服务系统，若干个智能托盘、车载托盘协调器、第三方云服务器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端；每个智能托盘与车载托盘协调器进行通信，车载托盘协调器还与第三方云服务器连接，第三方云服务器还分别与托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端通信；车载托盘协调器作为汇聚点与智能托盘组建无线传感器网络，将信息发布到第三方云服务器；采用MQTT+SSL/TLS实现车载托盘协调器、托盘供应客户端、货品供应客户端、货品采购客户端和第三方云服务器的通信。该系统解决托盘租赁和回收问题，提高货物装卸灵活性和减少物流成本，实现托盘实时感知货物信息，并由云服务器完成信息的分析和处理。

Description

一种智能物流托盘的统一信息服务系统
技术领域
本发明涉及物流托盘技术领域，具体是一种智能物流托盘的统一信息服务系统。
背景技术
物流托盘是实现物品装卸、储存等作业机械化、一贯化的基本和必要的前提，已广泛应用于生产、存储和运输等领域，并在现代物流行业发挥着巨大作用。然而，目前国内尚未建立全国范围的托盘共用系统，托盘大都在企业内部之间流转，不同企业之间的产品需经过多次倒换托盘，增加了无效的人工搬运装卸作业，极大地降低了工作效率，也使产品在流通转运过程中容易受到损害。并且又由于我国目前还没有大型托盘共用系统，还不能解决托盘回收和循环使用问题，托盘价值就成为制造商的物流成本问题，严重阻碍了物流托盘化的进展；现有的物流托盘简单的集成RFID电子标签和GPS定位功能，只能存储少量的货物信息和跟踪物品，并且为了确保能读取RFID电子标签的内容，托盘的摆放方向与叉车入口方向需要保持一致，甚至要安排人员手持读写器读取RFID，缺乏物品装卸灵活性和增加物流成本；现有的物流托盘功能单一，缺乏传感器采集货物的状态信息(倾斜、温度、湿度等)、缺乏物流托盘与外界的通讯机制，也无法感知货物的丢失，货物安全性无法得到保障；托盘供应商、货物供应商和货物采购商之间缺乏数据的系统性管理和数据交互，货物供应商和货物采购商之间缺乏共识机制，不利于建立物流托盘联营服务体系，严重制约着中国物流现代化的进程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种智能物流托盘的统一信息服务系统，该系统解决托盘回收和循环使用问题，解决货物装卸灵活性和减少物流成本等问题，解决传统托盘缺乏实时感知货物状态和当前位置信息的功能，解决物流托盘与外界实时通讯的问题，提高运输的效率，保证货物的安全到达。
实现本发明目的的技术方案是：
一种智能物流托盘的统一信息服务系统，若干个智能托盘、车载托盘协调器、第三方云服务器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端；每个智能托盘与车载托盘协调器进行通信，车载托盘协调器还与第三方云服务器连接，第三方云服务器还分别与托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端通信。
所述的智能托盘与车载托盘协调器之间采用MQTT-SN协议进行通信。
所述的第三方云服务器与车载托盘协调器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端之间采用MQTT+SSL/TLS协议建立双向认证机制进行加密通信，并由货物供应商根据运输和天气对货物的影响度设置MQTT协议的服务质量(QoS)级别。
所述的智能托盘上设有信号处理电路，信号处理电路包括MCU微控制器、传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器，MCU微控制器分别与传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器连接。
所述的传感器模块，包括压力传感器、振动传感器、温度传感器和湿度传感器，并且根据货物供应商在货物供应客户端设置的要求，由托盘供应商额外地添加传感器；所述压力传感器分布于托盘的四周和中心的支撑脚内部，微控制器通过检测各支撑脚的压力，并将所述压力求和计算出货物的总重量，分析托盘表面的重量分布可得出货物的倾斜程度。
所述高频RFID读写器，用于读取所承载的货物信息，通过防冲撞技术读取货物表面敷贴的无源高频电子标签，无源高频电子标签内存储货物信息；所述货物信息包括货物名称、重量、出发地、目的地、供应商名称和采购商名称，其他信息由货物供应商根据需要写入，货物供应商可决定货物信息是否对托盘供应商公开。
所述的车载托盘协调器，包括微处理器，还包括分别与微处理器连接的FLASH存储器、ZigBee协调模块、GPS模块、NB-IOT模块、语音模块、RTC时钟模块和电源连接，其中车载托盘协调器通过ZigBee协调模块与智能托盘建立无线传感器网络，车载托盘协调器通过NB-IoT模块接入第三方云服务器。
有益效果：本发明提供的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，解决托盘租赁和回收问题，提高货物装卸灵活性和减少物流成本，货物供应客户端、货物采购客户端能远距离实时获取物品运输中的状态信息(倾斜、温度、湿度、丢失等)、塑料托盘的信息和当前位置信息，货物供应商根据信息来适当地控制智能托盘和合理地改善运输方案以减少货物损失；货物采购商能根据信息评估运输的质量和服务；托盘供应商实时获取塑料托盘的信息和当前位置信息，根据信息分析出智能托盘的分布和是否处于工作状态，便于系统性管理以实现智能托盘资源的最优化调度。
附图说明
图1为一种智能物流托盘的统一信息服务系统的功能结构框图；
图2为信号处理电路的结构框图；
图3为车载托盘协调器的结构框图；
图4为一种智能物流托盘的统一信息服务系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对发明的限定。
实施例：
如图1、图2和图3所示，一种智能物流托盘的统一信息服务系统，若干个智能托盘、车载托盘协调器、第三方云服务器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端；每个智能托盘与车载托盘协调器进行通信，车载托盘协调器还与第三方云服务器连接，第三方云服务器还分别与托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端通信；智能托盘具备存储托盘的信息、读取货物信息、感知货物状态和周期性的发送信息等功能。
所述的智能托盘与车载托盘协调器之间采用MQTT-SN协议进行通信，并组建无线传感器网络，车载托盘协调器作为无线传感器网络的控制和管理中心，具备控制智能托盘、接收智能托盘的信息、数据融合处理、定时定位、语音提示和离线处理等功能，并将信息附带当前时刻按设定的周期发布到第三方云服务器。
所述的第三方云服务器与车载托盘协调器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端之间采用MQTT+SSL/TLS协议建立双向认证机制进行加密通信，并由货物供应商通过货物供应客户端根据运输和天气对货物的影响度设置MQTT协议的服务质量(QoS)级别；第三方云服务器作为MQTT服务器，提供物流需求信息发布或查询、数据可视化、数据存储和数据评估与预测等功能；车载托盘协调器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端作为MQTT客户端，可使用第三方服务器提供的功能做数据分析处理，也可自行设计功能实现自定义处理。
所述影响度判断的依据为，根据货物是否为鲜活性、易碎性和耐湿热性评定影响度大小，影响度大则设置较高的服务质量级别，影响度小则设置较低的服务质量级别。
所述的智能托盘上设有信号处理电路，信号处理电路包括MCU微控制器、传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器，MCU微控制器分别与传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器连接；智能托盘的ID采用ZigBee节点在网络中被分配的16bit网络ID，托盘的信息存储在MCU微控制器的ROM中；智能托盘通过MCU微控制器控制传感器模块采集货物状态信息(倾斜、振动、温度、湿度、丢失、重量等)和控制高频RFID读写器读取所承载的货物信息，并将传感器采集的货物状态信息、托盘的信息、货物信息和智能托盘的ID周期性地发送到车载托盘协调器。
所述的传感器模块，包括压力传感器、振动传感器、温度传感器和湿度传感器，并且根据货物供应商在货物供应客户端设置的要求，由托盘供应商额外地添加传感器；所述压力传感器分布于托盘的四周和中心的支撑脚内部，微控制器通过检测各支撑脚的压力，并将所述压力求和计算出货物的总重量，分析托盘表面的重量分布可得出货物的倾斜程度。
所述高频RFID读写器，用于读取所承载的货物信息，通过防冲撞技术读取货物表面敷贴的无源高频电子标签，无源高频电子标签内存储货物信息；所述货物信息包括货物名称、重量、出发地、目的地、供应商名称和采购商名称，其他信息由货物供应商通过货物供应客户端根据需要写入，货物供应商可决定货物信息是否对托盘供应商公开。
所述电池监视器，能检测电池电量，当电池电量低于托盘供应商通过托盘供应客户端设定正常工作的阈值时，智能托盘将使用Last Will机制发布LWT信息到车载托盘协调器，告知车载托盘协调器该智能托盘将停止工作。
所述的车载托盘协调器，包括微处理器，还包括分别与微处理器连接的FLASH存储器、ZigBee协调模块、GPS模块、NB-IOT模块、语音模块、RTC时钟模块和电源连接，其中车载托盘协调器通过ZigBee协调模块与智能托盘建立无线传感器网络，车载托盘协调器通过NB-IOT模块接入第三方云服务器；车载托盘协调器作为网关，实现MQTT-SN与MQTT+SSL/TLS协议的转换；ZigBee协调模块作为网络控制者与车厢内的智能托盘建立无线传感器网络，主要负责建立网络、设置网络参数、管理网络节点(智能托盘)和接收网络节点数据等功能；GPS模块负责实时感知当前位置信息，感知车厢是否开始运动，并将当前位置信息作为智能托盘的位置信息；NB-IOT模块实现远距离连接云服务器的功能；语音模块实现预告信息和警报信息的播放功能；微处理器作为数据处理中心，控制各模块正常工作，完成数据融合处理和离线处理工作，实现MQTT-SN与MQTT+SSL协议之间的数据交换。
所述的车载托盘协调器将智能托盘的信息发布到第三方云服务器，第三方云服务器根据信息主题分类和建立数据库，并设定信息为不可篡改；所述托盘供应商、货物供应商、货物采购商等通过MQTT客户端根据需要从第三方云服务器订阅相关的信息，只允许货物供应商向第三方云服务器发布控制信息；车载托盘协调器可从第三方云服务器订阅控制信息，根据订阅的控制信息对智能托盘进行有效地控制。
所述车载托盘协调器安装在驾驶室内，当货物运输开始后由司机手动开启车载托盘协调器，车载托盘协调器的ZigBee协调模块广播查询网络协调器的请求，由于智能托盘之间被设定为不自组网模式，则只由ZigBee协调模块建立网络，车载托盘协调器将为网络选定一个16bit的网络标识符作为网络的唯一标识符；允许智能托盘的入网请求，根据ZigBee网络层的地址分配机制，每个进入网络的节点由其父节点分配网络中唯一的16bit网络ID，同时也将该16bit的网络ID作为智能托盘的ID，并将ID记录到车载托盘协调器的地址表中。
所述车载托盘协调器建立链表存储智能托盘的ID和货物的目的地，一个链表节点存储一个货物的目的地和承载该货物的智能托盘ID，若存在链表中的货物A的目的地与车厢的当前地点接近时，则所述车载托盘协调器将通过语音模块播报预告信息。
所述车载托盘协调器若检测到车厢到达的地点与链表的货物目的地匹配时，并且到达目的地的货物的智能托盘的压力接近设定的卸载压力的时间超过5s，则认为该智能托盘的货物正在卸载；所述车载托盘协调器将到达的货物目的地所在的链表节点从链表中删除，通过语音模块播报到达信息，并发送信息设置该智能托盘的信号处理电路进入休眠状态。
所述RTC时钟模块具有后备电源，实现车载托盘协调器的计时工作，并定期与云端服务器的时间同步。
所述车载托盘协调器具备离线处理功能，即车载托盘协调器与第三方云服务器的网络连接异常断开时，车载协调器在离线状态下接收智能托盘的信息附带当前时刻存储在FLASH存储器中；所述车载托盘协调器与第三方云服务器连接正常时，再将离线状态时存入FLASH存储器的信息读出，并发布到第三方云服务器。
所述货物供应商通过货物供应客户端，根据需要从第三方云服务器订阅相关的信息，根据第三方云服务器提供的功能或自定义功能来处理订阅的信息，可监控货物的运输轨迹和状态信息，制定合理的包装方案和运输方案；所述货物采购商通过货物采购客户端根据需要从第三方云服务器订阅相关的信息，根据第三方云服务器提供的功能或自定义功能来处理订阅的信息，可监控货物的运输轨迹和状态信息，评估此次运输的质量和服务。
所述托盘供应商通过托盘供应客户端，只允许订阅塑料托盘的信息和当前位置信息，根据托盘信息中的传感器使用情况和运输路程来统计收费，并根据智能托盘的分布和需求做最优化调度，实现租赁、储运和需求的一体化和信息化。
所述控制信息，主要是设置智能托盘的数据传递速率、设置智能托盘的传感器是否工作和设置智能托盘的传感器工作周期。
如图4所示，是本发明实施例的一种智能物流托盘的统一信息服务系统的工作流程图，下面结合附图4做出详细地描述：
假定货物供应商甲方、货物采购商乙方和托盘供应商丙方都已在第三方云服务器注册服务账号。托盘供应商丙方发布智能托盘的租赁信息，货物供应商根据运输情况向托盘供应商丙方预定智能托盘，第三方云服务器向货物供应商乙方和托盘供应商丙方发起建立会话交流的请求，货物采购商乙方和托盘供应商丙方都接收请求后，由第三方云服务器负责建立会话交流组，并确定唯一的会话交流组ID。货物供应商甲方、货物采购商乙方和托盘供应商丙方分别在云服务器的“物联网服务”中创建实例(MQTT客户端)并选择SSL连接方式，若货物供应商甲方选择货物信息和货物状态信息为敏感信息，则云服务器生成密钥推送给货物供应商甲方和货物采购商乙方。
货物供应商甲方根据运输需求向托盘供应商丙方租赁智能托盘，并提供智能托盘数量、型号、搭载的传感器类型等信息；托盘供应商丙方接收租赁要求后，选择距离货物供应商最近的托盘营销点提供智能托盘和相应数量的车载托盘协调器。
货物供应商甲方将待运输的货物贴上高频电子标签，并由工作人员手持高频RFID读写器写入货物信息，货物信息必须包括货物名称、重量、出发地、目的地、供应商名称和采购商名称，其他备注信息由货物供应商根据需要写入。
货物装载在智能托盘A后，智能托盘A的感应到重物，并且压力值超过设定的空载压力时，则智能托盘A的信号处理电路从休眠状态转入工作状态，高频RFID读写器通过读取智能托盘A的所有货物的高频电子标签获取物品信息。塑料托盘的信息存储在信号处理电路的MCU的ROM中，每次运输完成后信息将更新一次。物品信息读取完成后，信号处理电路的ZigBee节点模块发起入网请求。
车载托盘协调器安装在车厢内，当货物装车完成后由工作人员手动开启车载托盘协调器，车载托盘协调器的ZigBee协调模块广播查询网络协调器的请求，由于智能托盘之间被设定为不自组网模式，则只由ZigBee协调模块建立网络，协调器将为网络选定一个16bit的网络标识符作为网络的唯一标识符；允许智能托盘的入网请求，根据ZigBee网络层的地址分配机制，每个进入网络的节点由其父节点分配网络中唯一的16bit网络ID，同时也将该16bit的网络ID作为智能托盘的ID，并将ID记录到车载托盘协调器的地址表中。
智能托盘周期性的将货物信息、塑料托盘的信息和传感器感知货物状态的信息以及智能托盘的ID等信息采用MQTT-SN通讯协议发送到车载托盘协调器；车载托盘协调器具备网关功能，并将信息做数据融合处理。
车载托盘协调器内部集成NB-IoT模块，通过NB-IoT无线通讯模块连接到云服务器，发送物品信息到云服务器认证连接，云服务器认证通过后发送应答信号和主题的前缀信息，车载托盘协调器通过MQTT+SSL协议与云服务器建立发布/订阅通信机制发布信息。信息由主题和负载构成，主题为信息的类型，负载为信息的内容。其中，主题的前缀信息为会话交流组ID。例如，敏感的货物状态的温度信息的主题名形式为“会话交流组ID/智能托盘ID/Cargo_State/密钥/Sensors/Temperature/#”。
智能托盘B到达目的地且感知到货物正在卸载时，则认为智能托盘B的物流工作已经完成，智能托盘向车载托盘协调器发送待机请求，并在收到应答信号后进入休眠状态。车载托盘协调器确认请求后，将智能托盘B的待机信息发布到云服务器，云服务器则推送信息。
货物供应商甲方、货物采购商乙方和托盘供应商丙方等MQTT客户端根据需要订阅主题，云服务器收到车载托盘协调器发布的信息后，将向订阅了该主题的MQTT客户端推送该信息。
货物供应商甲方、货物采购商乙方利用云服务器提供的数据可视化、风险评估预测和数据存储等功能将订阅的信息做分析和处理。货品供应商根据分析和处理的结果来适当地控制智能托盘和合理地改善运输方案以减少货品损失；货品采购商能根据分析和处理的结果评估运输的质量和服务。
货品供应商甲方控制智能托盘的方式是：货品供应商甲方根据需要向云服务器发布控制信息，云服务器接收客户端发布的应用信息，则向已经订阅了该控制信息的主题的车载托盘协调器推送信息，再由车载托盘协调器将信息作数据融合处理后，向智能托盘发送简洁的控制指令。其中，控制信息主要是设置智能托盘的数据传递速率、设置智能托盘的传感器是否工作和设置智能托盘的传感器工作周期。
托盘供应商丙方也可利用云服务器提供的数据可视化、风险评估预测和数据存储等功能将订阅的信息做分析和处理，根据分析和处理掌握智能托盘的分布、智能托盘的使用情况和是否正处于工作状态，便于托盘计费和系统性管理。托盘供应商丙方安排相应的托盘营销点完成智能托盘回收和交付工作，实现智能托盘资源的最优化调度。托盘计费的标准为：其中n为智能托盘的数量，m为传感器的数量，Ci为第i个传感器的使用单价，Ti为第i个传感器的使用时间，D为智能托盘的使用单价，T为塑料托盘的使用时间。
物流工作完成后由司机关闭车载托盘协调器，车载托盘协调器收到关闭指令后，先向云服务器发布LWT信号在关闭。云服务器则将车载托盘协调器的LWT信息推送给货物供应商甲方、货物采购商乙方和托盘供应商丙方，告知物流工作完成。托盘供应商丙方根据智能托盘的分布安排距离货物采购商最近的托盘营销点回收智能托盘，由此实现租赁、储运和需求的一体化和信息化。

Claims (7)

1.一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，若干个智能托盘、车载托盘协调器、第三方云服务器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端；每个智能托盘与车载托盘协调器进行通信，车载托盘协调器还与第三方云服务器连接，第三方云服务器还分别与托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端通信。
2.根据权利要求1所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述的智能托盘与车载托盘协调器之间采用MQTT-SN协议进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述的第三方云服务器与车载托盘协调器、托盘供应客户端、货物供应客户端、货物采购客户端之间采用MQTT+SSL/TLS协议建立双向认证机制进行加密通信，并由货物供应商根据运输和天气对货物的影响度设置MQTT协议的服务质量（QoS）级别。
4.根据权利要求1所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述的智能托盘上设有信号处理电路，信号处理电路包括MCU微控制器、传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器，MCU微控制器分别与传感器模块、高频RFID读写器、ZigBee通信模块、电池和电池监视器连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述的传感器模块，包括压力传感器、振动传感器、温度传感器和湿度传感器。
6.根据权利要求4所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述高频RFID读写器，用于读取所承载的货物信息，通过防冲撞技术读取货物表面敷贴的无源高频电子标签，无源高频电子标签内存储货物信息。
7.根据权利要求1所述的一种智能物流托盘的统一信息服务系统，其特征在于，所述的车载托盘协调器，包括微处理器，还包括分别与微处理器连接的FLASH存储器、ZigBee协调模块、GPS模块、NB-IOT模块、语音模块、RTC时钟模块和电源连接，其中车载托盘协调器通过ZigBee协调模块与智能托盘建立无线传感器网络，车载托盘协调器通过NB-IoT模块接入第三方云服务器。
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