CN110505586A - 一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，所述系统包括带冷链车监控终端、冷藏箱监控终端、PDA手持终端和远程监控平台，PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端、远程监控平台通讯连接，冷链车监控终端、冷藏箱监控终端用于检测相应的数据信息并传送给PDA手持终端，PDA手持终端将信息同步到远程监控平台。本发明利用智能感知技术，保障监控数据实时性；利用LoRaLAN无线传输技术，在保障一定带宽和准实时性基础上，获得信号覆盖广、功耗低、系统容量大、网络自愈的独特优势；基于微服务架构的云平台实现多用户、多层级、模块化、可配置的应用服务；并通过嵌入智能空开装置，实现冷链物流绿色节能改造。

Description

一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统和方法

技术领域

本发明属于物流监控领域，更具体地，涉及一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统和方法。

背景技术

数据显示，我国生鲜电商市场的交易规模在2018年已经突破2000亿元，预计到2022年时整个规模将达到7054.2亿元，这背后是对冷链物流的极度依赖。冷链物流需要在仓储、运输、配送等环节实现全流程溯源和监管，客户也要求能远程实时追踪所购商品在运输过程中的温度反馈和地理位置等信息。同时，冷链物流能源消耗成本是企业主要的运营成本之一，现阶段企业对于能耗安全管理缺乏有效的途径和手段，有必要实施冷链物流绿色改造，实现成本和腐损率的双降。

冷链运输过程监控需要解决如下痛点，1）数据采集和传输保证准实时性、较高频次；2）数据传输需要使用无线技术，覆盖范围广，穿透能力强；3）系统稳定性要求高，适应长时间的运输过程和众多数量的冷藏箱管理。目前冷链运输过程监控的解决方案主要集中在ZigBee和蓝牙方案。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，在实际使用中发现，Zigbee网络容量和抗干扰性存在问题，当冷藏箱达到200个时，网络不稳定，丢包率达到10%以上。蓝牙的信号覆盖距离和穿透性使该技术只能使用在10米范围之内的小型冷链车上，管理冷藏箱的数量也限制在20个以下。显然，冷链运输场景在物联网连接技术选型上有信号覆盖，带宽，抗干扰，低功耗，准实时性等硬性要求，如何寻找适合冷链物流运输过程监控的无线通讯技术，实现这些硬性要求指标的兼顾平衡，是实现冷链物流智能监控的关键。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，所述系统包括带LoRaLAN模组的冷链车监控终端、带LoRaLAN模组的冷藏箱监控终端、带LoRaLAN集中器的PDA手持终端和远程监控平台；

所述冷链车监控终端设置于每台冷链车车厢内，用于记录冷链车的相关数据信息，并与PDA手持终端进行数据通讯，冷链车的数据信息包括冷链车的基本信息、授权访问用户、车内四壁实时温度、实时地理位置，以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度及用电安全数据；

所述冷藏箱监控终端，设置于冷链车内每个冷藏箱内，用于记录冷藏箱的数据信息，并与PDA手持终端进行数据通讯，冷藏箱的数据信息包括基本信息、授权访问用户、箱内实时温湿度、锁状态、主板电池电量，以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度及用电安全数据，；

所述PDA手持终端由冷链车驾驶员及管理人员手持，用于与所述冷链车监控终端和冷藏箱监控终端通讯，进行相关的信息读取和控制、边缘处理，并实现与所述远程监控平台的数据通讯；

所述远程监控平台，部署在冷链运输远程监控指挥中心，实现所有冷链车及冷藏箱的基本管理、实时状态监测、异常预警、智能调度功能，并且提供相关的信息查询。

所述冷链车监控终端包括冷链车主板、温度传感器和GPS定位传感器，其中，冷链车主板通过模拟口连接温度传感器、GPS定位传感器、智能空开，并内置LoRaLAN模组和电池。

所述冷藏箱监控终端包含括冷藏箱主板，温湿度传感器和电子锁，其中，冷藏箱主板通过模拟口连接温湿度传感器、智能空开，冷藏箱主板通过控制和反馈线连接电子锁，并内置LoRaLAN模组和电池。

所述PDA手持终端包括通过串口连接的主机和LoRaLAN集中器，其中，主机内置有PDA APP控制应用，LoRaLAN集中器内置有用于LoRa网络传输的集中器应用。

所述PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端采用LoRaLAN技术进行数据交互，由冷链车监控终端中的LoRaLAN模组、冷藏箱监控终端中的LoRaLAN模组和PDA手持终端中的LoRaLAN集中器实现数据通讯。

所述远程监控平台，建立定位、质量、能耗、安全监控中心，使相关关键数据可视化、异常监控预警、智能调度。

一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：所述PDA手持终端在开机后通过网络连接远程监控平台，该PDF手持终端与远程监控平台保持实时互联通讯；

步骤二：在冷藏箱装车时，通过所述PDA手持终端的LoRaLAN集中器扫描，唤醒并关联相应的冷链车监控终端和冷藏箱监控终端，通过冷链车监控终端和冷藏箱监控终端实时检测相关的数据信息，并对该冷链车监控终端和冷藏箱监控终端的基本信息、实时监控数据进行检查和确认；

步骤三：冷链车监控终端和冷藏箱监控终端检测到的数据信息传送到PDA手持终端，PDA手持终端将信息同步到远程监控平台，若数据信息发生异常情况，则PDA手持终端给出预警提示和处理建议，工作人员根据相关的建议及时采取应急措施，数据信息异常情况包括运输路线更改、监控终端丢失、冷藏箱异常开启、温湿度异常、电量预警；

步骤四：在PDA手持终端离开冷链车后，PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端、远程监控平台断开通讯连接；当PDF手持终端返回冷链车时，通过LoRaLAN网络使 PDA与监控终端、远程监控平台的自动重新连接并开始数据通讯；

步骤五：在冷藏箱卸载后，结束PDA手持终端与相应的冷藏箱监控终端的关联通讯，并将相关产品配送信息更改为已配送完成并在远程监控平台上显示；

步骤六：远程监控平台对整个运输过程位置、环境、能耗进行实时显示，并提供数据查询、管控服务。

本发明通过温湿度、GPS、智能空开等智能数采装置，实现监控数据的高频采集；采用基于LoRaLAN技术的LoRaLAN模组和网关集中器，实现数据的无线传输；基于云平台，支持灵活的数据接入和快速的应用生成，实现多用户、多层级、模块化、可配置的远程实时监控应用服务开发。

相比LoRaWAN，LoRaLAN缩小了单点覆盖范围，但是大大提高了网络带宽，提升了网络容量，并进一步降低了设备功耗。相比其他物联网技术，如同属2.4G技术体系的ZigBee和WirelessHART，LoRaLAN仍然具有明显的覆盖能力优势。同时，LoRaLAN具有低成本，低延迟的特点，用户可以快速的构建可靠的，具有相当网络容量的IOT网络。

相比一般的冷链物流监控系统主要集中在位置、温湿度等方面的数据服务，本方法能实现对能耗及用电安全数据自动化采集、传输、可视化、与分析调度，对类似物流监控方案的设计同样具有借鉴意义。

附图说明

附图1为本发明系统示意图；

附图2为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。同时，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

某实际测试环境下共有1000个冷藏箱，每个冷藏箱上布置有相应的监控终端，由仓库运往配送点。如附图1所示，本发明揭示了一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，所述系统包括带LoRaLAN模组的冷链车监控终端1、带LoRaLAN模组的冷藏箱监控终端2、带LoRaLAN集中器的PDA手持终端3和远程监控平台4.

所述冷链车监控终端设置于每台冷链车车厢内，用于记录冷链车的基本信息、授权访问用户、四壁实时温度、实时地理位置、以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度数据，并与PDA手持终端进行数据通讯。

所述冷藏箱监控终端，设置于冷链车内每个冷藏箱内，用于记录冷藏箱的基本信息、授权访问用户、箱内实时温湿度、锁状态、主板电池电量，以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度及用电安全数据，并与PDA手持终端进行数据通讯。

所述PDA手持终端由冷链车驾驶员手持，用于与所述冷链车监控终端和冷藏箱监控终端通讯，进行相关的信息读取和控制、边缘处理，并实现与所述远程监控平台的数据通讯。

所述远程监控平台，基于云平台实现数据的接入、存储、计算和微服务开发，部署于冷链运输远程监控指挥中心，实现所有冷链车及冷藏箱的基本管理，定位、质量、能耗、安全等信息实时状态监测，异常预警，智能调度功能；面向客户，提供实时信息查询、过程追溯等应用服务。

所述冷链车监控终端包括冷链车主板、温度传感器和GPS定位传感器，其中，冷链车主板通过模拟口连接温度传感器、GPS定位传感器、智能空开，并内置LoRaLAN模组和电池。通过温度传感器进行温度检测，利用GPS定位传感器，可以实时的感应到当前的地理位置信息。

所述冷藏箱监控终端包含括冷藏箱主板，温湿度传感器和电子锁，其中，冷藏箱主板通过模拟口连接温湿度传感器、智能空开，冷藏箱主板通过控制和反馈线连接电子锁，并内置LoRaLAN模组和电池。通过温湿度传感器实时的检测温度和湿度信息，并对电子锁进行相应的控制，即冷藏箱的打开和关闭的控制。

所述PDA手持终端包括通过串口连接的主机和LoRaLAN集中器，其中，主机内置有PDA APP控制应用，LoRaLAN集中器内置有用于LoRa网络传输的集中器应用。PDF手持终端可进行控制和查看。

所述PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端采用LoRaLAN技术进行数据交互，由冷链车监控终端中的LoRaLAN模组、冷藏箱监控终端中的LoRaLAN模组和PDA手持终端中的LoRaLAN集中器实现数据通讯。在物理层基于2.4G LoRa ,采用基于TSCH技术的介质访问技术，采用星型组网简化网络结构，有效覆盖范围20米，可穿透2层铁皮。在PDA手持终端在冷链车附近时，可建立起相应的通讯连接，离开设定范围后则断开通讯。离开冷链车后返回时，LoRaLAN网络能快速自愈恢复传输。

所述远程监控平台，建立定位、质量、能耗、安全监控中心，实现相关关键数据可视化、异常监控预警、智能调度，以提升产品、服务品质，降低耗能和安全风险。

一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：驾驶人员打开PDA手持终端，PDA手持终端通过网络远程连接智能监控平台，并在使用过程中与其实时互联。

步骤二：在冷藏箱装车时，通过所述PDA手持终端的LoRaLAN集中器局域扫描，唤醒并关联相应的所述冷链车监控终端和冷藏箱监控终端，并对所监控终端的基本信息、实时监控数据进行检查和确认。冷链车监控终端和冷藏箱监控终端进行身份信息的确认，可设置身份识别，当识别成功后，进行监控终端的连接，冷链车监控终端和冷藏箱监控终端将监测到的数据信息发送给PDA手持终端，并同步到远程监控平台，进行数据分析。

步骤三：在远程监控中心指示运输路线更改，PDA手持终端给出预警提示，工作人员根据相关的建议更改行驶路线。

步骤四：在手持PDA离开冷链车后返回时，LoRaLAN网络能快速自愈恢复传输，PDA与监控终端、远程监控平台的自动重新连接并开始数据通讯。

步骤五：在冷藏箱卸载后，结束PDA与相应的冷藏箱监控终端的关联关系，并将相关产品配送信息更改为已配送完成。

步骤六：物流运输监控中心和客户等用户通过远程监控平台实现整个运输过程定位、质量、能耗、安全实时信息的查询、管控等服务。

实际测试表明，在周期上报频次1分钟的基础上，使用LoRaLAN技术，同时监控1000个冷藏箱，丢包率在1%以下。特别的是，在PDA手持终端离开冷链车后返回时，LoRaLAN网络能快速自愈恢复传输，这点是Zigbee和蓝牙协议无法做到的。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述系统包括带LoRaLAN模组的冷链车监控终端（1）、带LoRaLAN模组的冷藏箱监控终端（2）、带LoRaLAN集中器的PDA手持终端（3）和远程监控平台（4）；

所述冷链车监控终端设置于每台冷链车车厢内，用于记录冷链车的相关数据信息，并与PDA手持终端进行数据通讯，冷链车的数据信息包括冷链车的基本信息、授权访问用户、车内四壁实时温度、实时地理位置，以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度及用电安全数据；

所述冷藏箱监控终端，设置于冷链车内每个冷藏箱内，用于记录冷藏箱的数据信息，并与PDA手持终端进行数据通讯，冷藏箱的数据信息包括基本信息、授权访问用户、箱内实时温湿度、锁状态、主板电池电量，以及电路电压、电流、用电量、漏电流、功率、温度及用电安全数据，；

所述PDA手持终端由冷链车驾驶员及管理人员手持，用于与所述冷链车监控终端和冷藏箱监控终端通讯，进行相关的信息读取和控制、边缘处理，并实现与所述远程监控平台的数据通讯；

所述远程监控平台，部署在冷链运输远程监控指挥中心，实现所有冷链车及冷藏箱的基本管理、实时状态监测、异常预警、智能调度功能，并且提供相关的信息查询。

2.根据权利要求1所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述冷链车监控终端包括冷链车主板、温度传感器和GPS定位传感器，其中，冷链车主板通过模拟口连接温度传感器、GPS定位传感器、智能空开，并内置LoRaLAN模组和电池。

3.根据权利要求2所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述冷藏箱监控终端包含括冷藏箱主板，温湿度传感器和电子锁，其中，冷藏箱主板通过模拟口连接温湿度传感器、智能空开，冷藏箱主板通过控制和反馈线连接电子锁，并内置LoRaLAN模组和电池。

4.根据权利要求3所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述PDA手持终端包括通过串口连接的主机和LoRaLAN集中器，其中，主机内置有PDA APP控制应用，LoRaLAN集中器内置有用于LoRa网络传输的集中器应用。

5.根据权利要求4所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端采用LoRaLAN技术进行数据交互，由冷链车监控终端中的LoRaLAN模组、冷藏箱监控终端中的LoRaLAN模组和PDA手持终端中的LoRaLAN集中器实现数据通讯。

6.根据权利要求1-5所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控系统，其特征在于，所述远程监控平台，建立定位、质量、能耗、安全监控中心，使相关关键数据可视化、异常监控预警、智能调度。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的基于LoRaLAN技术的冷链物流智能监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：所述PDA手持终端在开机后通过网络连接远程监控平台，该PDF手持终端与远程监控平台保持实时互联通讯；

步骤二：在冷藏箱装车时，通过所述PDA手持终端的LoRaLAN集中器扫描，唤醒并关联相应的冷链车监控终端和冷藏箱监控终端，通过冷链车监控终端和冷藏箱监控终端实时检测相关的数据信息，并对该冷链车监控终端和冷藏箱监控终端的基本信息、实时监控数据进行检查和确认；

步骤三：冷链车监控终端和冷藏箱监控终端检测到的数据信息传送到PDA手持终端，PDA手持终端将信息同步到远程监控平台，若数据信息发生异常情况，则PDA手持终端给出预警提示和处理建议，工作人员根据相关的建议及时采取应急措施，数据信息异常情况包括运输路线更改、监控终端丢失、冷藏箱异常开启、温湿度异常、电量预警；

步骤四：在PDA手持终端离开冷链车后，PDA手持终端与冷链车监控终端、冷藏箱监控终端、远程监控平台断开通讯连接；当PDF手持终端返回冷链车时，通过LoRaLAN网络使 PDA与监控终端、远程监控平台的自动重新连接并开始数据通讯；

步骤五：在冷藏箱卸载后，结束PDA手持终端与相应的冷藏箱监控终端的关联通讯，并将相关产品配送信息更改为已配送完成并在远程监控平台上显示；

步骤六：远程监控平台对整个运输过程位置、环境、能耗进行实时显示，并提供数据查询、管控服务。