CN110572790B - 一种农村快递小笼读取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农村快递小笼读取系统，包括末端感应器、采集器、集中装置和服务器，以及它们之间的数据传输通道和运行在服务器上的远程处理管理平台及其数据库；采集器由采集模块、无线模块、核心板及供电模块组成；集中装置由无线模块、GPRS模块、核心板及供电模块组成，服务器选用IBM公司的System X3630 M3；系统软件设计的重点是通信程序的设计和自组网协议的设计；该农村快递小笼读取系统，能够帮助农村快递小笼快速准确读取快递信息，满足实际需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据读取系统，尤其涉及一种农村快递小笼读取系统。
背景技术
随着社会的变迁和经济的蓬勃发展，快递信息充斥着人们的生活；但信息的大量涌入也使得信息的管理变得日益窘迫；互联网的出现和发展，给信息管理提供了一种新的思路和模式；在此背景下，快递的处理方式也在悄然发生着变化；传统的人工处理方式已经无法满足大量仪表频繁的、复杂的、精确的处理需求，更不用谈将各种数据利用互联网进行管理和分析；要解决这些问题，仅靠大量增加处理人员，不仅不能解决问题，还会导致整个营销业务的成本上涨，以及管理的复杂程度增大；自动处理方式的出现，部分解决了以上问题，减少了大规模快递容易忽略的数据时的人工花费，节约了财力、物力和时间。
发明内容
有鉴于此，为了达到上述方案的效果，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种农村快递小笼读取系统；
为达到上述技术步骤的效果，本发明的技术步骤为：末端感应器、采集器、集中装置、服务器、数据传输通道、数据库和运行在服务器上的远程处理管理平台；末端感应器由积分仪、湿度计和一对温度传感器组成，末端感应器由输入、转换、控制及输出四种模式组成，每个模式均匹配感应芯片且设置唯一的芯片地址，并由软件设定其功能，末端感应器由双绞线组合形成一对控制线来连接成非环网络，每个单元均有独立的安全电压模块，供电电路和工作电路是相互独立的，末端感应器由电池进行电源供电，末端感应器中电源单元为每个单元提供电源；末端感应器的感应芯片直接测量温度、压力、湿度数据，进而通过计算得到瞬时热量和累计热量、累计湿度数据，并将数据存储在末端感应器本身的存储芯片中；其储存芯片设计有相应的接口和通信协议，与采集器通信，上传数据；采集器通过总线与末端感应器通信，获取农村快递小笼的剩余快递数据；采集器由采集模块、连接模块一、核心板一及供电模块一组成，其中采集模块的主体电路为主机电路，一端通过两线接口与总线连接，一端通过串口与核心板连接；连接模块一采用无线通信芯片，并设计一个7口连接座作为通信接口，一个2口连接座作为电源接口；并通过4线SPI接口和与核心板一通信；核心板一的主体部分设计为嵌入式微控制器，有一主控芯片，设计1个串口与采集模块相连，设计1个串口用于输出调试信息和运行信息，同时设计1个SPI接口与连接模块一相连；核心板一需要通过运行自组网协议栈来控制连接模块一，使采集器加入无线自组网网络，对末端感应器发送的原始数据进行预处理；供电模块一的输入为220v交流电，采用220v交流输入的24v开关电源；集中装置由连接模块二、GPRS模块、核心板二及供电模块二组成，其中核心板二选用嵌入式平台；集中装置的连接模块二通过建立的无线自组网网络，和采集器进行无线通信；集中装置复用采集器的连接模块一，作为集中装置的连接模块二；集中装置的核心板二采用能够运行嵌入式操作系统的硬件平台，利用嵌入式系统提供的TCP/IP协议栈实现上层数据通道，核心板二的嵌入式操作系统的硬件平台采用基于ARM11内核的低功耗处理器，采用控制器主板+底板的结构，低功耗处理器的SPI接口和串口分别连接连接模块二和GPRS模块；供电模块二采用了一个220v交流输入的5v开关电源作为供电模块主体；集中装置中设定一个或多个采集器，用于不同的环境工作，一个或者多个集中装置接收一个或多个采集器的请求数据，请求数据包括请求地址、请求采集信息以及请求采集信息的哈希值；一个或多个远程处理管理平台用于决策采集器采集的各类数据的优先等级和免检等级，以及还用于验证采集器的等级，其中，至少一个集中装置用于集中和判断采集器的采集，集中装置接收至少一个采集器发送的请求采集数据包，采集器对预设时间段内的请求采集数据包进行验证；集中装置对采集器验证通过后，将集中装置的等级和数据发送给远程处理管理平台进行验证，当远程处理管理平台对集中装置验证通过后，采集器可成为免检等级；当采集器完成某项验证功能后可降级为普通数据清零的采集器，集中装置将采集器预设时间段内的请求采集数据包划分为至少五个分类的数据等级；其中，至少五个分类的数据等级由远程处理管理平台确认，远程处理管理平台对采集器预设时间段内的请求采集数据包进行打包；在每一轮打包顺序确定后，当远程处理管理平台对集中装置进行验证之后；多个采集器对预设时间段内的附加请求数据打包成附加验证数据，远程处理管理平台对附加验证数据进行验证；服务器包括Win10操作系统、4GHzCPU、64GBRAM、500G固态硬盘以及网卡；运行在服务器上的远程处理管理平台实现指令下发、数据存储和数据管理，远程处理管理平台连续稳定运行，以供用户随时查询；采集器与集中装置之间传输数据，利用点对点无线通信技术的基础上，令快递分片区内所有快递小笼作为节点组成一个网络，集中装置和某个单元之间，可以通过节点间数据的转发，实现联通；集中装置作为树根节点，采集器作为其他节点，网络由集中装置建立并维护；网络中每个节点都有一个短地址和一个长地址；短地址为一个字节，除了根节点的短地址固定为0，其他节点的短地址是在加入网络时动态分配的；长地址为两个字节，作为节点实际无线硬件的唯一识别码，每个节点在网络搜索时，发现周围已加入网络的节点，然后选择其中一个作为父节点，通过父节点加入网络；自组网首先根节点初始化无线通信硬件，然后依次切换至各个无线信道，发送一个NET层类型为表示网络建立的数据包，最后根节点切换至信道0待机，等待其他节点加入；服务器和多个集中装置利用互联网提供的TCP协议作为基础的通信协议进行传输数据，在建立TCP连接后，所有需要发送的数据，都需要增加一个256字节的数据包后，通过TCP传输；末端感应器和采集器之间的通信方式采用总线技术；末端感应器通信协议采用通过主机命令、从机应答的方式来完成所需功能，具体到主机数据的发送和接受，是微控制器通过采集模块的Tx和Rx引脚完成的，与串口的工作方式一样，串口通信时需要确定波特率、数据位数、停止位位数、和校验方式；末端感应器通信协议规定，通信时的波特率为2400bps、数据位8位，停止位1位，采用偶校验；末端感应器数据读取采用的读取框架为：由主控制代码主动调用读表函数控制串口发送命令，由串口中断处理函数按字节接受从机应答的末端感应器数据存在数组当中，并在数据接受完毕后设置标志变量；主控制代码调用读表函数后，循环检查标志变量，如果在一定时间内，标志变量置位，则从数组当中取出末端感应器的数据，否则，认为末端感应器丢失；每个集中装置对应k个采集器，k为正整数，每个采集器对应一个末端感应器，则基于的远程处理系统的处理成功判断系数g(α)由公式一表示：公式一：
公式一中：α代表采集器与集中装置之间的处理成功判断系数，α0表示临界连接判断系数，即采集器与集中装置的最远连接判断系数；当α＝α0，即采集器与集中装置连接判断系数等于最远连接判断系数时，处理成功率为0；
表示各阶偏导数在α0取得的偏导值；由公式一解得连接判断系数α用公式二表示：公式二：
公式二中：
根据解得的连接判断系数α设计采集器与集中装置之间的位置、方位；对于每一个农村快递小笼，需要储存相关数据项目有：编号、所在快递分片区编号、所在单元编号、对应热表编号、热表数据；而操作人员通过远程处理管理平台查询数据时，可以通过上述数据项的任何一个，作为查询依据，获取其他关联的数据项，基于的远程处理系统采用数据库来存储数据。
附图说明
图1农村快递小笼读取系统框架示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内；具体方法如下：
实施例1：下面将对一种农村快递小笼读取系统的应用场景举例如下：包含以下步骤：
一种农村快递小笼读取系统，包括末端感应器、采集器、集中装置、服务器、数据传输通道、数据库和运行在服务器上的远程处理管理平台；
末端感应器由积分仪、湿度计和一对温度传感器组成，其中温度测量范围：2～60℃，湿度范围：30％～60％；末端感应器的传感器直接测量温度、压力、湿度数据，进而通过计算得到瞬时热量和累计热量、累计湿度数据，并将数据存储在末端感应器本身的存储芯片中；其储存芯片设计有相应的接口和通信协议，与采集器通信，上传数据；
采集器通过总线与末端感应器通信，获取快递信息；采集器由采集模块、连接模块一、核心板一及供电模块一组成，其中采集模块的主体电路为主机电路，一端通过两线接口与总线连接，一端通过串口与核心板连接；连接模块一采用无线通信芯片，并设计一个7口连接座作为通信接口，一个2口连接座作为电源接口；并通过4线SPI接口和与核心板一通信；
核心板一的主体部分设计为嵌入式微控制器，有一主控芯片，设计1个串口与采集模块相连，设计1个串口用于输出调试信息和运行信息，同时设计1个SPI接口与连接模块一相连；核心板需要通过运行自组网协议栈来控制连接模块一，使采集器加入无线自组网网络，对末端感应器发送的原始数据进行预处理；供电模块一的输入为220v交流电，采用220v交流输入的24v开关电源；
集中装置由连接模块二、GPRS模块、核心板二及供电模块二组成，其中核心板二选用嵌入式平台；集中装置的连接模块二通过建立的无线自组网网络，采集器进行无线通信，集中装置复用采集器的连接模块一，作为集中装置的连接模块二；集中装置的核心板二采用能够运行嵌入式操作系统的硬件平台，利用嵌入式系统提供的TCP/IP协议栈实现上层数据通道，其嵌入式操作系统的硬件平台采用一款基于ARM11内核的低功耗处理器，采用控制器主板+底板的结构，低功耗处理器的SPI接口和串口分别连接连接模块二和GPRS模块；供电模块二采用了一个220v交流输入的5v开关电源作为供电模块主体；
服务器包括Win10操作系统、4GHzCPU、64GBRAM、500G固态硬盘以及网卡；服务器实现指令下发、数据存储和数据管理，远程处理管理平台连续稳定运行，以供用户随时查询；
末端感应器和采集器之间的通信方式采用总线技术；末端感应器通信协议采用通过主机命令、从机应答的方式来完成所需功能，具体到主机数据的发送和接受，是微控制器通过采集模块的Tx和Rx引脚完成的，与串口的工作方式一样，串口通信时需要确定波特率、数据位数、停止位位数、和校验方式；末端感应器通信协议规定，通信时的波特率为2400bps、数据位8位，停止位1位，采用偶校验；末端感应器数据读取采用的读取框架为：由主控制代码主动调用读表函数控制串口发送命令，由串口中断处理函数按字节接受从机应答的末端感应器数据存在数组当中，并在数据接受完毕后设置标志变量；主控制代码调用读表函数后，循环检查标志变量，如果在一定时间内，标志变量置位，则从数组当中取出末端感应器的数据，否则，认为末端感应器丢失；
每个集中装置对应k个采集器，每个采集器对应一个末端感应器，则基于的远程处理系统的处理成功率g(α)由如下公式一表示：
公式一：
式中：α代表采集器与集中装置之间的连接判断系数，α0表示临界连接判断系数，即采集器与集中装置的最远连接判断系数；当α＝α0，即采集器与集中装置连接判断系数等于最远连接判断系数时，处理成功率为0；
表示各阶偏导数在α0取得的偏导值；
由公式一解得连接判断系数α用公式二表示：
公式二：
公式二中：
根据解得的连接判断系数α设计采集器与集中装置之间的距离；
采集器与集中装置之间传输数据，采用无线通信技术和自主设计的自组网相结合，利用点对点无线通信技术的基础上，采用自组网技术，令快递分片区内所有无线节点组成一个网络，集中装置和某个单元之间，可以通过节点间数据的转发，实现联通；其自组网的网络采用树形拓扑结构，集中装置作为树根节点，采集器作为其他节点，网络由集中装置建立并维护；网络中，每个节点都有一个短地址和一个长地址；短地址为一个字节，除了根节点的短地址固定为0，以外，其他节点的短地址是在加入网络时动态分配的；长地址为两个字节，作为节点实际无线硬件的唯一识别码，实际应用中，一般为节点所在单元号；每个节点在网络搜索时，发现周围已加入网络的节点，然后选择其中一个作为父节点，通过父节点加入网络；自组网首先根节点初始化无线通信硬件，然后依次切换至各个无线信道，发送一个NET层类型为表示网络建立的数据包，，最后根节点切换至信道0待机，等待其他节点加入；
服务器和多个集中装置利用互联网提供的TCP协议作为基础的通信协议进行传输数据；集中装置和服务器之间传输数据设计的简单通信协议就采用这样的方式，通信协议规定，在建立TCP连接后，所有需要发送的数据，都需要增加一个256字节的数据包后，通过TCP传输；
对于每一个农村快递小笼，需要储存相关数据项目有：编号、所在快递分片区编号、所在单元编号、对应热表编号、热表数据；而操作人员通过管理系统查询数据时，可以通过上述数据项的任何一个，作为查询依据，获取其他关联的数据项，基于的远程处理系统采用数据库来存储这些数据；
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动；因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。
有益效果：设计的农村快递小笼读取系统包括四个数据处理节点、三个数据通道和一个远程处理管理平台，四个数据处理节点分别为：末端感应器、采集器、集中装置、服务器，三个数据传输过程分别为：末端感应器与采集器之间的数据通道、采集器与集中装置之间的数据通道、集中装置与服务器之间的数据通道，一个远程处理管理平台为运行在服务器上的远程处理管理平台及其数据库；农村快递小笼读取系统运行稳定，能够帮助农村快递小笼快速准确读取快递信息，满足实际需求。
Claims (1)
1.一种农村快递小笼读取系统，其特征在于，包括末端感应器、采集器、集中装置、服务器、数据传输通道、数据库和运行在服务器上的远程处理管理平台；所述末端感应器由积分仪、湿度计和一对温度传感器组成，末端感应器由输入、转换、控制及输出四种模式组成，每个模式均匹配感应芯片且设置唯一的芯片地址，并由软件设定其功能，末端感应器由双绞线组合形成一对控制线来连接成非环网络，每个单元均有独立的安全电压模块，供电电路和工作电路是相互独立的，所述末端感应器由电池进行电源供电，所述末端感应器中电源单元为每个单元提供电源；所述末端感应器的感应芯片直接测量温度、压力、湿度数据，进而通过计算得到瞬时热量和累计热量、累计湿度数据，并将数据存储在所述末端感应器本身的存储芯片中；其储存芯片设计有相应的接口和通信协议，与所述采集器通信，上传数据；所述采集器通过总线与末端感应器通信，获取农村快递小笼的剩余快递数据；所述采集器由采集模块、连接模块一、核心板一及供电模块一组成，其中采集模块的主体电路为主机电路，一端通过两线接口与总线连接，一端通过串口与核心板连接；连接模块一采用无线通信芯片，并设计一个7口连接座作为通信接口，一个2口连接座作为电源接口；并通过4线SPI接口和与核心板一通信；核心板一的主体部分设计为嵌入式微控制器，有一主控芯片，设计1个串口与采集模块相连，设计1个串口用于输出调试信息和运行信息，同时设计1个SPI接口与连接模块一相连；核心板一需要通过运行自组网协议栈来控制连接模块一，使所述采集器加入无线自组网网络，对所述末端感应器发送的原始数据进行预处理；供电模块一的输入为220v交流电，采用220v交流输入的24v开关电源；所述集中装置由连接模块二、GPRS模块、核心板二及供电模块二组成，其中核心板二选用嵌入式平台；所述集中装置的连接模块二通过建立的无线自组网网络，和所述采集器进行无线通信；所述集中装置复用采集器的连接模块一，作为所述集中装置的连接模块二；所述集中装置的核心板二采用能够运行嵌入式操作系统的硬件平台，利用嵌入式系统提供的TCP/IP协议栈实现上层数据通道，核心板二的嵌入式操作系统的硬件平台采用基于ARM11内核的低功耗处理器，采用控制器主板+底板的结构，低功耗处理器的SPI接口和串口分别连接连接模块二和GPRS模块；供电模块二采用了一个220v交流输入的5v开关电源作为供电模块主体；所述集中装置中设定一个或多个所述采集器，用于不同的环境工作，一个或者多个所述集中装置接收一个或多个所述采集器的请求数据，所述请求数据包括请求地址、请求采集信息以及所述请求采集信息的哈希值；一个或多个所述远程处理管理平台用于决策所述采集器采集的各类数据的优先等级和免检等级，以及还用于验证采集器的等级，其中，至少一个所述集中装置用于集中和判断所述采集器的采集，所述集中装置接收至少一个所述采集器发送的请求采集数据包，所述采集器对预设时间段内的请求采集数据包进行验证；所述集中装置对所述采集器验证通过后，将所述集中装置的等级和数据发送给所述远程处理管理平台进行验证，当所述远程处理管理平台对所述集中装置验证通过后，所述采集器可成为免检等级；当所述采集器完成某项验证功能后可降级为普通数据清零的采集器，所述集中装置将所述采集器预设时间段内的请求采集数据包划分为至少五个分类的数据等级；其中，至少五个分类的数据等级由所述远程处理管理平台确认，所述远程处理管理平台对所述采集器预设时间段内的请求采集数据包进行打包；在每一轮打包顺序确定后，当所述远程处理管理平台对所述集中装置进行验证之后；多个所述采集器对预设时间段内的附加请求数据打包成附加验证数据，所述远程处理管理平台对所述附加验证数据进行验证；服务器包括Win10操作系统、4GHzCPU、64GBRAM、500G固态硬盘以及网卡；运行在服务器上的远程处理管理平台实现指令下发、数据存储和数据管理，远程处理管理平台连续稳定运行，以供用户随时查询；所述采集器与所述集中装置之间传输数据，利用点对点无线通信技术的基础上，令快递分片区内所有快递小笼作为节点组成一个网络，所述集中装置和某个单元之间，可以通过节点间数据的转发，实现联通；所述集中装置作为树根节点，所述采集器作为其他节点，网络由所述集中装置建立并维护；网络中每个节点都有一个短地址和一个长地址；短地址为一个字节，除了根节点的短地址固定为0，其他节点的短地址是在加入网络时动态分配的；长地址为两个字节，作为节点实际无线硬件的唯一识别码，每个节点在网络搜索时，发现周围已加入网络的节点，然后选择其中一个作为父节点，通过父节点加入网络；自组网首先根节点初始化无线通信硬件，然后依次切换至各个无线信道，发送一个NET层类型为表示网络建立的数据包，最后根节点切换至信道0待机，等待其他节点加入；所述服务器和多个所述集中装置利用互联网提供的TCP协议作为基础的通信协议进行传输数据，在建立TCP连接后，所有需要发送的数据，都需要增加一个256字节的数据包后，通过TCP传输；所述末端感应器和所述采集器之间的通信方式采用总线技术；所述末端感应器通信协议采用通过主机命令、从机应答的方式来完成所需功能，具体到主机数据的发送和接受，是微控制器通过采集模块的Tx和Rx引脚完成的，与串口的工作方式一样，串口通信时需要确定波特率、数据位数、停止位位数、和校验方式；所述末端感应器通信协议规定，通信时的波特率为2400bps、数据位8位，停止位1位，采用偶校验；所述末端感应器数据读取采用的读取框架为：由主控制代码主动调用读表函数控制串口发送命令，由串口中断处理函数按字节接受从机应答的所述末端感应器数据存在数组当中，并在数据接受完毕后设置标志变量；主控制代码调用读表函数后，循环检查标志变量，如果在一定时间内，标志变量置位，则从数组当中取出所述末端感应器的数据，否则，认为所述末端感应器丢失；每个所述集中装置对应k个所述采集器，k为正整数，每个所述采集器对应一个所述末端感应器，则基于的远程处理系统的处理成功判断系数g(α)由公式一表示：公式一：
公式一中：α代表所述采集器与所述集中装置之间的处理成功判断系数，α0表示临界连接判断系数，即所述采集器与所述集中装置的最远连接判断系数；当α＝α0，即所述采集器与所述集中装置连接判断系数等于最远连接判断系数时，处理成功率为0；
表示各阶偏导数在α0取得的偏导值；由公式一解得连接判断系数α用公式二表示：公式二：
公式二中：
根据解得的连接判断系数α设计所述采集器与所述集中装置之间的位置、方位；对于每一个农村快递小笼，需要储存相关数据项目有：编号、所在快递分片区编号、所在单元编号、对应热表编号、所在热表数据；而操作人员通过远程处理管理平台查询数据时，可以通过上述数据项的任何一个，作为查询依据，获取其他关联的数据项，基于的远程处理系统采用数据库来存储数据。
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