CN110730491A - 应用于集装箱运输监控的互联卫星终端 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端，包括主控模块、移动通信模块和卫星通信模块，其中所述移动通信模块和所述卫星通信模块分别与所述主控模块电连接，所述移动通信模块用于连接移动网络，所述卫星通信模块用于连接卫星网络；所述主控模块用于控制所述移动通信模块和所述卫星通信模块是否开启；其中，优先开启所述移动通信模块通过所述移动网络与监控平台通信，并且在所述移动通信模块丢失所述移动网络后，切换开启所述卫星通信模块通过所述卫星网络与所述监控平台通信。本申请提供的互联卫星终端有效降低了互联卫星终端的功耗浪费，使得互联卫星终端的使用寿命满足集装箱行业的要求。
Description
技术领域
本申请涉及装备物联网技术领域，尤其涉及一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端。
背景技术
目前，为保证集装箱在运输中的安全性，通常在集装箱上安装电子监控设备，并使电子监控设备通过网络与监控平台相配合，以实现集装箱的运输状态的智能监控。
对于具有卫星通信功能的电子监控设备来说，由于电子监控设备上电后会一直搜索卫星网络，盲目的搜索会浪费电子监控设备的部分功耗，电子监控设备一旦搜索到合适的信道后就会尝试发送数据，如果此时该信道并不足以支持数据发送则又会浪费部分功耗，功耗浪费十分严重。
并且由于集装箱在运输过程中无法向电子监控设备供电，导致现有的卫星通信功能的电子监控设备无法满足集装箱行业对于电子监控设备的使用寿命的硬性要求。
发明内容
基于现有的具有卫星通信功能的电子监控设备因功耗浪费严重导致不能满足集装箱行业要求的技术问题，本申请的实施例提出一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端，以及提出一种集装箱运输监控系统，以降低具有卫星通信功能的电子监控设备的功耗浪费。
本申请实施例提供的技术方案如下：
一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端，包括主控模块、移动通信模块和卫星通信模块，其中，所述移动通信模块和所述卫星通信模块分别与所述主控模块电连接，所述移动通信模块用于连接移动网络，所述卫星通信模块用于连接卫星网络；所述主控模块用于控制所述移动通信模块和所述卫星通信模块是否开启；其中，优先开启所述移动通信模块通过所述移动网络与监控平台通信，并且在所述移动通信模块丢失所述移动网络后，切换开启所述卫星通信模块通过所述卫星网络与所述监控平台通信。
在另一示例性实施例中，所述移动通信模块包括移动天线，所述卫星通信模块包括卫星天线，所述移动天线和/或所述卫星天线具有至少一个触点，在工作状态下，所述触点与集装箱的箱体相接触。
在另一示例性实施例中，所述互联卫星终端还包括壳体，所述移动天线和/或所述卫星天线设于所述壳体的内壁。
在另一示例性实施例中，所述互联卫星终端还包括于定位模块，所述定位模块与所述主控模块电连接，用于获取所述互联卫星终端的实时位置。
在另一示例性实施例中，所述互联卫星终端还包括电源模块，所述电源模块包括电连接的终端电源和电源管理模块，所述电源管理模块用于将所述终端电源转换为一级电源和二级电源，并将所述一级电源输送至所述移动通信模块，以及将所述二级电源输送至所述主控模块。
在另一示例性实施例中，所述二级电源是所述电源管理模块针对所述一级电源转换得到的。
在另一示例性实施例中，所述电源模块还包括与所述终端电源电连接的太阳能充电单元，所述太阳能充电单元用于为所述终端电源充电。
在另一示例性实施例中，所述终端电源为直流电源，所述终端电源的输出电压高于所述一级电源的输出电压，所述一级电源的输出电压高于所述二级电源的输出电压。
在另一示例性实施例中，所述互联卫星终端还包括与所述主控模块电连接的传感器模块，所述传感器模块包括加速度传感器、超声波传感器、温度传感器中的至少一种。
一种集装箱运输监控系统，包括集装箱、监控平台和前述任一示例性实施例所述的互联卫星终端，其中，所述互联网卫星终端安装在所述集装箱上，并且通过移动网络或者卫星网络与所述监控平台通信，以将所述集装箱的运输信息上报至所述监控平台；所述监控平台根据所述互联卫星终端上报的所述运输信息对所述集装箱的运输状态进行监控。
与现有技术相比，本申请的实施例具有以下有益效果：
在上述技术方案中，具有卫星通信功能的电子监控设备即为一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端，并且互联卫星终端同时具有卫星通信模块和移动通信模块，主控模块优先开启移动通信模块通过移动网络与监控平台通信，只有在丢失移动网络后才切换开启卫星通信模块通过卫星网络重新与监控平台通信，由此减少了卫星通信模块的工作时间，同时也降低了互联卫星终端的功耗浪费，使得互联卫星终端的使用寿命满足集装箱行业的要求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种集装箱运输监控系统的示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种移动通信模块的硬件电路图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种卫星通信模块的硬件电路图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种主控模块的硬件电路图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种直流稳压方式的原理图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种电源管理单元的硬件电路图；
图8是根据另一示例性实施例示出的一种电源管理单元的硬件电路图；
图9是根据一示例性实施例示出的一种太阳能充电单元的硬件电路图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种集装箱运输监控系统的示意图，该系统包括集装箱200、监控平台300和应用于集装箱运输监控的互联卫星终端100。
其中，应用于集装箱运输监控的互联卫星终端100(以下称为互联卫星终端100)安装在集装箱200上，例如安装在集装箱200的箱门上，以便于监控集装箱200的箱门在运输过程中是否被打开，或者安装在集装箱200上的其它任意位置，本处不进行限制。
互联卫星终端100具备与移动网络或者卫星网络连接的功能，同时监控平台300也与移动网络或者卫星网络相连接，从而使得互联卫星终端100与监控平台300之间可以通过所连接的移动网络或者卫星网络进行数据交互。示例性的，移动网络可以是GSM(GlobalSystem for Mobile Communications，全球移动通信系统)网络、CDMA(Code DivisionMultiple Access，码多分址)网络、2G/3G/4G/5G网络等，卫星网络可以是ORBCOMM低轨卫星网络等。
在集装箱200的运输过程中，互联卫星终端100随着集装箱200进行运输，因此互联卫星终端100自身的运输信息与集装箱200相对应，通过将互联卫星终端100的运输信息作为集装箱200的运输信息上报至监控平台300，以使得监控平台300根据互联卫星终端100上报的运输信息对集装箱200的运输状态进行监控。如果监控到集装箱200运输异常，监控平台300也可以发出警报，以提醒相关人员进行查看或者其它处理。其中，互联卫星终端100的运输信息可以包括地理位置、运动方向、运动速度、温度等信息。
需要说明的是，本实施例中监控平台300可以是单独的服务器，也可以是由若干服务器构成的服务器集群，智能手机、计算机等终端设备可以通过接入监控平台300实时查看集装箱200的运输状态信息。
请参阅图2，图2是根据一示例性实施例示出的一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端的结构示意图。如上所述，在工作状态下，该互联卫星终端安装在集装箱上，并随着集装箱进行运输，并且配合通信连接的监控平台对集装箱的运输状态进行监控。
如图2所示，在一示例性实施例中，该应用于集装箱运输监控的互联卫星终端(以下称为互联卫星终端)包括主控模块101、移动通信模块102、卫星通信模块103、定位模块104、电源模块105和传感器模块106。
其中，移动通信模块102与主控模块101电连接，用于连接移动网络，并通过移动网络与监控平台进行通信，实现互联卫星终端与监控平台之间的数据交互。移动通信模块102可以是GSM通信模块、CDMA通信模块、2G/3G/4G/5G通信模块中的任意一种，本处不进行限制。
在一个实施例中，移动通信模块102采用M35模块，这是一款高性能的2G通信模块，其支持850/900/1800/1900MHz频段上的通信连接。M35模块的硬件电路设计请参见图3，可以看出，M35模块在工作状态下需使用3.8V的工作电压。
卫星通信模块103也与主控模块101电连接，用于连接卫星网络，并通过卫星网络实现互联卫星终端与监控平台之间的数据交互。
在一个实施例中，卫星通信模块103采用ORBCOMM公司的卫星通信模块，该模块可以通过ORBCOMM低轨卫星将数据发送至网络平台，并与网络平台进行近乎实时的双向通信。该模块是一个独立的VHF(Very high frequency，是指频带由30MHz-300MHz的无线电电波)模块，其含有独立处理器、处理收发信号的基带芯片、3轴加速度模块等硬件组成。该模块的硬件结构设计请参见图4，可以看出，该模块需要使用12V和3.3V两个电源，12V的电源用于供其射频链路使用，3.3V的电源用于供其I/O端口(是指该模块与主控模块101进行数据交换的端口)使用。
为减少互联卫星终端的功耗浪费，增加互联卫星终端的使用年限，主控模块101优先开启移动通信模块102通过移动网络与监控平台通信，而在移动通信模块102丢失移动网络后切换开启卫星通信模块103，使得卫星通信模块103通过卫星网络与监控平台通信。
互联卫星终端通过移动通信模块102与监控平台通信的过程功耗较低，因此只在移动通信模块102丢失移动网络后切换开启卫星通信模块103，有效减少了卫星通信模块103的工作时间，从而降低了互联卫星终端的功耗浪费，增加了互联卫星的使用年限，从而使得互联卫星终端的使用寿命满足集装箱行业的要求。
在具体的应用场景中，一般只有在偏远地区，比如高速、戈壁、海域等地区才无法搜索到移动网络，普通地区通常都有移动网络覆盖，因此互联卫星终端开启卫星通信模块103的时间并不长，很大程度上缓解了互联卫星终端的功耗浪费情况。
主控模块101具体采用主控芯片，用以对互联卫星终端的各个功能模块进行协调控制，以保证互联卫星终端的整体性能。
在一个实施例中，主控模块101采用STM32L151单片机，该单片机自身提供多种低功耗模式，分别是低功耗运行模式、睡眠模式、低功耗睡眠模式、停止模式和待机模式，因此通过主控模块101对于自身的低功耗模式的控制，可以进一步降低互联卫星终端的功耗，以充分保证互联卫星终端的使用年限。示例性的，该单片机的硬件电路设计请参见图5。
移动通信模块102还包括移动天线，卫星通信模块103还包括卫星天线，在一个实施例中，移动天线和/或卫星天线设置于互联卫星终端的壳体的内壁，以保证移动天线和/或卫星天线具有较好的收发效果。
移动天线和/或卫星天线还具有至少一个触点，使得互联卫星终端在工作状态下，该触点与集装箱的箱体相接触，以保证移动天线和/或卫星天线充分接地，使得移动天线和/或卫星天线与集装箱的箱体浑然一体，进一步增强移动天线和/或卫星天线的收发效果。
示例性的，移动天线和/或卫星天线可以采用小型的微带天线，微带天线是指在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线，其底部具有两个触点与集装箱的箱体相接触。
定位模块104也与主控模块101电连接，用于获取互联卫星终端的实时位置。定位模块104可以是GSP定位模块、北斗定位模块中的任意一种，也可以同时具备GSP定位模块或者北斗定位模块，用以实现双模定位功能，从而根据GSP定位模块以及北斗定位模块各自获取的地理位置确定互联卫星终端的准确定位。GSP定位模块包括GPS定位天线，北斗定位模块包括北斗定位天线，GPS定位天线以及北斗定位天线的设置方式可以参见移动天线和卫星天线。
电源模块105包括电连接的终端电源以及电源管理单元。其中，终端电源用于为互联卫星终端供电，例如终端电源可以是大容量的直流电压源，以保证互联卫星终端的工作时间满足集装箱行业的规定。电源管理模块用于将终端电源转换为一级电源和二级电源，并将一级电源输送至移动通信模块102，将二级电源输送至主控模块101，其中一级电源和二级电源的输出电压分别适配于移动通信模块102以及主控模块101。
在一个实施例中，终端电源的输出电压高于一级电源的输出电压，并且一级电源的输出电压高于二级电源的输出电压，例如，终端电源具体为12V的锂电池，移动通信模块103所适配的一级电压为3.8V，主控模块101所适配的二级电压为3.3V，因此需要对终端电源的输出电压进行转换。
示例性的，可以通过线性稳压方式或者开关稳压方式对终端电源进行稳压处理，以将终端电源的输出电压稳定至更小的电压值。其中，线性稳压方式是通过对实时采集的输出电压进行负反馈，使电压信号经过由误差放大器等构成的电路来调节输出管的动态电阻与压降，从而达到稳压的目的。如图6中(6a)所示，若由于负载原因导致输出电压下降，反馈信号则控制输出管的电阻减小，从而管压降减小，使得电压变化量相抵从而使得输出电压基本稳定。
开关稳压方式主要分为调宽和调频两种方式，其中调频式开关稳压的调节原理如图6中(6b)所示，对于单极性矩形脉冲，其直流平均电压U0取决于最大脉冲电压Um及脉冲占空比T1/T，通过以下公式即可以得到直流平均电压U0：
其中，T1表示脉冲宽度，T表示脉冲周期，如果Um和T不变，直流平均电压U0与T1成正比，通过引入电压负反馈控制调整管的调整导通时间，从而使脉冲宽度随输出电压的增高而变窄，或者随输出电压的降低而变宽，由此即可互相抵消变动使其输出电压基本稳定。
在一个实施例中，如图7和图8所示，采用开关稳压芯片BM2596将12V的直流电压源稳压至3.8V，得到一级电源，一方面将该一级电源输送至移动通信模块102，以保证移动通信模块102正常工作，另一方面采用LT1764A芯片将该一级电源转换为3.3V的二级电源输送至主控模块101，以对主控模块101以及与主控模块101电连接的其它功能模块供电。
其中，BM2596芯片具有3A(安培)通流能力，转换效率较高。LT1764A芯片是低噪声线性稳压芯片，可以实现快速瞬态响应，其可提供3A的电流输出能力和340mV的较低满负载压差，工作静态电流只需1mA，在停机模式时电流更是低于1uA，因此具有较低的功耗。
在另一示例性实施例中，电源模块105还包括与终端电源电连接的太阳能充电单元，该太阳能充电单元用于在有光照的条件下将光能转换为电能，从而将所转化的电能输送至终端电源为该终端电源充电，使得互联卫星终端在运输过程中能够源源不断地补充电能，极大程度地提升了互联卫星终端的工作时长。
在一个实施例中，如图9所示，可以采用16V的太阳能滴胶板(一种太阳能电池板，其封装方式为通过将太阳能电池片激光切割成小片，做出需求的电压与电流，再进行封装)配合AX3722充电芯片实现太阳能充电单元，其中，太阳能滴胶板的工作电流为340mA左右，AX3722充电芯片可以使用开关降压模式实现光伏电池的最大功率点跟踪，从而保持输出电压和充电电流的乘积最大化以充分地利用太阳能。
传感器模块106包括若干传感器，例如可以包括加速度传感器、超声波传感器、温度传感器中的至少一种。在一个实施例中，这些传感器可以通过主控模块101的扩展接口与主控模块101相连接。
传感器模块106用于检测互联卫星终端的运输信息，从而得到集装箱在运输过程中的运输信息，例如通过加速度传感器检测互联卫星终端在运输途中是否发生剧烈碰撞，通过超声波传感器检测集装箱周围是否存在遮挡卫星天线或者移动天线搜索网络的遮挡物，通过温度传感器检测集装箱外部的环境温度或者检测集装箱箱体表面的温度。通过将传感器模块106所检测到的运输信息发送至监控平台，能够使得监控平台根据接收的运输信息对集装箱的运输状态进行监控。
综上所述，本实施例所提供的应用于集装箱运输监控的互联卫星终端优先使用移动通信模块102与监控平台进行数据交互，而在移动通信模块102丢失移动网络后切换开启卫星通信模块103重新与监控平台通信，在确保监控平台不会丢失对集装箱的运输监控的同时降低了工作功耗。并且通过配设太阳能充电单元，使得互联卫星终端在随着集装箱进行运输的过程中能够不断地补充电能，进一步确保了互联卫星终端的使用寿命不会受到电源容量的影响，因此确保了互联卫星终端的使用寿命满足集装箱行业的要求。
上述内容，仅为本申请的较佳示例性实施例，并非用于限制本申请的实施方案，本领域普通技术人员根据本申请的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本申请的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种应用于集装箱运输监控的互联卫星终端，其特征在于，包括主控模块、移动通信模块和卫星通信模块，其中：
所述移动通信模块和所述卫星通信模块分别与所述主控模块电连接，所述移动通信模块用于连接移动网络，所述卫星通信模块用于连接卫星网络；
所述主控模块用于控制所述移动通信模块和所述卫星通信模块是否开启；其中，
优先开启所述移动通信模块通过所述移动网络与监控平台通信，并且在所述移动通信模块丢失所述移动网络后，切换开启所述卫星通信模块通过所述卫星网络与所述监控平台通信。
2.根据权利要求1所述的互联卫星终端，其特征在于，所述移动通信模块包括移动天线，所述卫星通信模块包括卫星天线，所述移动天线和/或所述卫星天线具有至少一个触点，在工作状态下，所述触点与集装箱的箱体相接触。
3.根据权利要求2所述的互联卫星终端，其特征在于，所述互联卫星终端还包括壳体，所述移动天线和/或所述卫星天线设于所述壳体的内壁。
4.根据权利要求1所述的互联卫星终端，其特征在于，所述互联卫星终端还包括于定位模块，所述定位模块与所述主控模块电连接，用于获取所述互联卫星终端的实时位置。
5.根据权利要求1所述的互联卫星终端，其特征在于，所述互联卫星终端还包括电源模块，所述电源模块包括电连接的终端电源和电源管理模块，所述电源管理模块用于将所述终端电源转换为一级电源和二级电源，并将所述一级电源输送至所述移动通信模块，以及将所述二级电源输送至所述主控模块。
6.根据权利要求5所述的互联卫星终端，其特征在于，所述二级电源是所述电源管理模块针对所述一级电源转换得到的。
7.根据权利要求5或6所述的互联卫星终端，其特征在于，所述电源模块还包括与所述终端电源电连接的太阳能充电单元，所述太阳能充电单元用于为所述终端电源充电。
8.根据权利要求5或6所述的互联卫星终端，其特征在于，所述终端电源为直流电源，所述终端电源的输出电压高于所述一级电源的输出电压，所述一级电源的输出电压高于所述二级电源的输出电压。
9.根据权利要求1所述的互联卫星终端，其特征在于，所述互联卫星终端还包括与所述主控模块电连接的传感器模块，所述传感器模块包括加速度传感器、超声波传感器、温度传感器中的至少一种。
10.一种集装箱运输监控系统，其特征在于，包括集装箱、监控平台和权利要求1-9任一项所述的互联卫星终端，其中：
所述互联网卫星终端安装在所述集装箱上，并且通过移动网络或者卫星网络与所述监控平台通信，以将所述集装箱的运输信息上报至所述监控平台；
所述监控平台根据所述互联卫星终端上报的所述运输信息对所述集装箱的运输状态进行监控。
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