CN111294407A - 面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，包括保温箱、智能测温终端、网关和数据云平台，智能测温终端设置于保温箱上，智能测温终端由微处理器及与其相连接的无源RFID、电源模块、存储模块、NBIoT模块、LoRA模块和单总线连接接口组成。本发明的面向冷链物流的监测方法，包括：a).货品信息的写入；b).温度获取；c).NBIoT网络传输；d).LoRA自组网传输；e).货品实时监控。本发明的有益效果是：解决了冷链物流从取货到仓储到运输再到交货全过程中的温度与位置监测、温度超标实时报警、保温效果追溯的需求，为冷链物流服务可知、可靠、可信、可管理做出了创新并奠定了坚实的技术基础。

Description

面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种可获取保温装置内的多个监测点的实时温度、以及保温装置的地理位置的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统及方法。
背景技术
近年来，冷链物流的发展诉求日见高涨，医药、生鲜、食品、菜蔬等越来越多地需要冷链物流运输和配送。然而，传统冷链物流由于使用冷藏车的成本过于高昂，往往只在批量货品的运输过程中进行集中的冷链保温，而前端的取货与后端的配送却仍是常温操作，容易出现货品的变质。对于高价值和高要求的货品如疫苗，也有物流企业使用保温箱、保温袋等保温箱进行防护，这种方式虽然在一定程度上对货品保温有所改善，但却缺乏温度监测、记录和管理的方法与系统，无法让用户方及物流方实时获知保温箱内的情况与问题，例如装置损坏、温度超标等等，也无法在运输结束时进行温度的全过程追溯。而且，如果仅监测保温箱内的实时温度、却不知道其相应的位置，也会带来管理上的困难，即出现问题时不知道当前承运车辆和责任人，无法及时处理。
因此，本发明通过物联网技术，设计和实现了对使用保温箱的冷链物流的全过程温度及位置实时监测、信息数据实时上传及处理的方法与系统。这一发明可提供物流全过程的温度跟踪与追溯，解决了冷链物流中实时信息采集与温度超标等风险处理的技术难题，将对冷链物流行业的发展起到极大的推动作用。。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统及方法。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，包括保温箱、智能测温终端、网关和数据云平台，智能测温终端设置于保温箱上，用于采集保温箱内多点及保温箱外的温度，网关设置于冷藏车中，网关的天线伸出于冷藏车的金属车厢外；其特征在于：所述智能测温终端由微处理器及与其相连接的无源RFID、电源模块、存储模块、NBIoT模块、LoRA模块和单总线连接接口组成，保温箱内设置有多个测量其内部不同部位的温度芯片，保温箱外设置有测量外部温度的温度芯片；无源RFID中存储有货品内容和货品保温范围信息，微处理器经单总线连接接口与测温传感器通信，以获取各个温度芯片采集的温度信息；在保温箱处于非屏蔽环境中时，微处理器经NBIoT与数据云平台相通信，在保温箱处于冷藏车的金属车厢内屏蔽环境中时，保温箱上的智能测温终端经LoRA模块自组网，并经网关与数据云平台相通信；数据云平台获取保温箱编号、保温箱内外温度信息，通过基站定位的方式获取保温箱位置信息，并根据设定的货品的有效保温范围实时监测温度是否超范围。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，所述保温箱内部的前后壁、左右壁和上下壁上均设置有对其内部温度进行测量的测温传感器，保温箱的外壁上设置有对其外部温度进行测量的测温传感器。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，所述网关为LoRA与NBIoT双网络网关。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).货品信息的写入；当冷链物料的货品在原产地或者发货地装入保温箱中时，利用RFID读写器读出保温箱编号，并将货品内容、保温范围和保温时长信息写入无源RFID中；
b).温度获取，在货品运输过程中，微处理器以测温间隔T周期性地采集保温箱内多个区域的温度以及外部温度，每采集完一次则将采集的温度信息进行上传；
c). NBIoT网络传输，在保温箱四周没有金属车厢屏蔽状态下，每个保温箱上的智能测温终端将采集的温度信息通过NBIoT物联网络传输至数据云平台；当无法通过NBIoT网络传输时，执行步骤d)；
d).LoRA自组网传输，在保温箱处于金属车厢的屏蔽状态下时，各个保温箱上的智能测温终端首先通过LoRA模块进行自组网，将各个智能测温终端所采集的温度信息会聚至网关后，在通过金属车厢上的天线发送至数据云平台；
e).货品实时监控，数据云平台接收智能测温终端上传的各个保温箱的温度信息，通过基站定位的方式获取保温箱位置信息，并根据货品的保温范围和保温时长信息进行判断，如出现温度超标现象，则报警显示当前超标的保温箱位置、以及超标温度的具体数值，供管理人员及时发现与处理。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，步骤b)中所述的温度获取通过以下步骤来实现：温度传感器按照由外到内依次顺序编号为T0、T1、T2、…、T6，采集时，由微处理器（1）通过单总线连接接口按编号从小到大依次读取各编号传感器的温度值Ti，即可获得各相应点位的温度。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，步骤b)中，微处理器（1）每10分钟采集一次保温箱（11）中各点位的温度数据，也可由数据云平台发送指令动态调整温度采集的间隔时间以适应不同的应用需求；采集到的温度数据形成数组Temp[i]，其中i为点位。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，步骤e)中所述的基站定位方式为通过NBIoT网关与通信基站进行定位运算而获得的地理位置，位置信息与NBIoT网关上传的温度数据以及上传的时间进行绑定，共同存贮于数据云平台，供管理系统使用。
本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，步骤c)中，如发现NBIoT网络无法联通，则将数据暂存于存储模块中，间隔1分钟后再次尝试连接，如仍不成功则间隔3分钟后再次尝试连接，如仍不成功，则间隔5分钟后再次尝试连接，三次均无法连接到NBIoT网络，则切换为LoRA通信模式，保温箱搜索车内LoRA网关并加入，将保存的数据和后续监测的数据通过LoRA网关连接的车载NBIoT网络上传至数据云平台；如无法搜索到LoRA网关，则系统将数据保存，仍按原工作模式，间隔10分钟连接NBIoT网络直至连接成功；如冷藏车内有多只保温箱，则各装置内的LoRA模块与LoRA网关以无线自组网方式进行数据汇聚与上传。
本发明的有益效果是：通过在保温箱中内置基于物联网的集温度采集、定位、数据组网传输的智能终端，配合车载通信网关以及数据云平台管理软件，有效解决了冷链物流从取货到仓储到运输再到交货全过程中的温度与位置监测、温度超标实时报警、保温效果追溯的需求，实现了冷链物流全程无缝的温度管理。为冷链物流服务可知、可靠、可信、可管理做出了创新并奠定了坚实的技术基础。
附图说明
图1为本发明的全程温度与位置监测系统的整体架构图；
图2为本发明的全程温度与位置监测方法的流程图；
图3为本发明中冷藏车内多保温箱组网上传信息的示意图。
图中：1微处理器，2无源RFID，3电源模块，4存储模块，5 NBIoT模块，6 LoRA模块，7单总线连接接口，8网关，9测温传感器，10数据云平台，11保温箱，12智能测温终端，13 LoRA与NBIoT双网络网关。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的全程温度与位置监测系统的整体架构图，图3给出了本发明中冷藏车内多保温箱组网上传信息的示意图，所示的本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统由保温箱11、智能测温终端12、网关8和数据云平台10组成，保温箱11用于存储待冷链运输的货品，智能测温终端12设置于保温箱11上，智能测温终端12用于采集保温箱11中多个区域的温度以及保温箱11外的温度信息。网关8设置于冷藏车的金属车厢中，实现与车厢中保温箱11上智能测温终端12的通信和自组网，冷藏车的金属车厢外面设置有与网关8相连接的天线。当保温箱11不在冷藏车上时，智能测温终端12经NBIoT网络与数据云平台10相通信，以实现温度信息、保温箱11定位数据的上传；当保温箱11处于屏蔽状态的金属车厢中时，智能测温终端12则通过LoRA进行自组网，然后通过与车厢上天线相连接的网关8进行上传数据，以确保冷链运输货品的实时监控。
所示的智能测温终端12由微处理器1及与其连接的无源RFID、电源模块3、存储模块4、NBIoT模块5、LoRA模块6、单总线连接接口7组成，微处理器1具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，无源RFID用于存储货品内容、保温范围和保温时长信息，电源模块3给各模块的工作提供稳定的电压，存储模块4实现数据存储。微处理器1经单总线连接接口7与设置于保温箱11上的温度传感器相通信，以获取保温箱11中多个区域位点的温度，以及保温箱11外部的温度。在信号无屏蔽状态下，微处理器1经NBIoT模块5通过无线网络与数据云平台10相通信，以实现温度信息和定位数据的上传；在信号屏蔽的冷藏车中时，多个智能测温终端12首先通过LoRA模块6进行自组网，各个保温箱11的温度信息首先汇聚到网关8，再上传至数据云平台10。
保温箱11上设置的温度传感器9的数量为7个，内部6个、外部1个，6个内部的温度传感器9分别设置于保温箱11内壁的上下、前后和左右面上，以实现对保温箱11不同区域位点的温度测量。网关8采用LoRA与NBIoT双网络网关，同时支持LoRA网络和NBIoT网络的网关，网关中LoRA模块负责接收车厢内各个保温箱通过LoRA进行的信息汇聚；而网关的NBIoT模块将其天线伸出置于车厢外部，负责数据的上传。这种数据上传方法优点是车厢内多只保温箱共同将数据汇聚到一个网关，然后由此网关统一上传至数据云平台，因此只需要将网关的一根天线引出到车厢外以解决车厢信号屏蔽问题即可。
如图2所示，给出了本发明的全程温度与位置监测方法的流程图，本发明的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，通过以下步骤来实现，
a).货品信息的写入；当冷链物料的货品在原产地或者发货地装入保温箱中时，利用RFID读写器读出保温箱编号，并将货品内容、保温范围和保温时长信息写入无源RFID中；
RFID读写器可以连接PC机或者手持PDA设备进行冷链物流信息系统中相应数据的存取。当保温箱内货品放置好且相关信息读写完毕，则可以通过开关激活保温箱内的智能测温终端，温度监测过程启动。
b).温度获取，在货品运输过程中，微处理器以测温间隔T周期性地采集保温箱内多个区域的温度以及外部温度，每采集完一次则将采集的温度信息进行上传；
该步骤中，所述的温度获取通过以下步骤来实现：温度传感器按照由外到内依次顺序编号为T0、T1、T2、…、T6，采集时，由微处理器（1）通过单总线连接接口按编号从小到大依次读取各编号传感器的温度值Ti，即可获得各相应点位的温度。微处理器（1）每10分钟采集一次保温箱（11）中各点位的温度数据，也可由数据云平台发送指令动态调整温度采集的间隔时间以适应不同的应用需求；采集到的温度数据形成数组Temp[i]，其中i为点位。
c). NBIoT网络传输，在保温箱四周没有金属车厢屏蔽状态下，每个保温箱上的智能测温终端将采集的温度信息通过NBIoT物联网络传输至数据云平台；当无法通过NBIoT网络传输时，执行步骤d)；
该步骤中，如发现NBIoT网络无法联通，则将数据暂存于存储模块中，间隔1分钟后再次尝试连接，如仍不成功则间隔3分钟后再次尝试连接，如仍不成功，则间隔5分钟后再次尝试连接，三次均无法连接到NBIoT网络，则切换为LoRA通信模式，保温箱搜索车内LoRA网关并加入，将保存的数据和后续监测的数据通过LoRA网关连接的车载NBIoT网络上传至数据云平台；如无法搜索到LoRA网关，则系统将数据保存，仍按原工作模式，间隔10分钟连接NBIoT网络直至连接成功；如冷藏车内有多只保温箱，则各装置内的LoRA模块与LoRA网关以无线自组网方式进行数据汇聚与上传。
d).LoRA自组网传输，在保温箱处于金属车厢的屏蔽状态下时，各个保温箱上的智能测温终端首先通过LoRA模块进行自组网，将各个智能测温终端所采集的温度信息会聚至网关后，在通过金属车厢上的天线发送至数据云平台；
e).货品实时监控，数据云平台接收智能测温终端上传的各个保温箱的温度信息，通过基站定位的方式获取保温箱位置信息，并根据货品的保温范围和保温时长信息进行判断，如出现温度超标现象，则报警显示当前超标的保温箱位置、以及超标温度的具体数值，供管理人员及时发现与处理。
该步骤中，所述的基站定位方式为通过NBIoT网关与通信基站进行定位运算而获得的地理位置，位置信息与NBIoT网关上传的温度数据以及上传的时间进行绑定，共同存贮于数据云平台，供管理系统使用。
如果保温箱内嵌的智能测温终端在信息上传时既找不到LoRA网络也找不到NBIoT网络，则温度数据按采集时间保存至终端内的Flash存贮器，直至有效连接到可上传数据的网络为止。
数据云平台接收到冷链物流保温箱内嵌的智能测温终端上传的数据之后，首先根据上传的NBIoT模块的基站数据计算其地理位置，然后位置与温度及保温箱编号三者数据统一存贮以便后续应用处理。
冷链物流保温箱到达目的地，开箱时通过外部RFID读写器读取RFID内保温箱编号，并将此装置到达/收货状态信息与装置编号通过读写器上传至数据云平台，完成此次配送。同时通过开关关闭智能测温终端以节电，直至下一次使用。

Claims (8)

1.一种面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，包括保温箱（11）、智能测温终端（12）、网关（8）和数据云平台（10），智能测温终端设置于保温箱上，用于采集保温箱内多点及保温箱外的温度，网关设置于冷藏车中，网关的天线伸出于冷藏车的金属车厢外；其特征在于：所述智能测温终端（12）由微处理器（1）及与其相连接的无源RFID（2）、电源模块（3）、存储模块（4）、NBIoT模块（5）、LoRA模块（6）和单总线连接接口（7）组成，保温箱内设置有多个测量其内部不同部位的温度芯片，保温箱外设置有测量外部温度的温度芯片；无源RFID中存储有货品内容和货品保温范围信息，微处理器经单总线连接接口与测温传感器通信，以获取各个温度芯片采集的温度信息；在保温箱处于非屏蔽环境中时，微处理器经NBIoT与数据云平台相通信，在保温箱处于冷藏车的金属车厢内屏蔽环境中时，保温箱上的智能测温终端经LoRA模块自组网，并经网关（8）与数据云平台（10）相通信；数据云平台获取保温箱编号、保温箱内外温度信息，通过基站定位的方式获取保温箱位置信息，并根据设定的货品的有效保温范围实时监测温度是否超范围。
2.根据权利要求1所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，其特征在于：所述保温箱（11）内部的前后壁、左右壁和上下壁上均设置有对其内部温度进行测量的测温传感器（9），保温箱的外壁上设置有对其外部温度进行测量的测温传感器。
3.根据权利要求1或2所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统，其特征在于：所述网关（8）为LoRA与NBIoT双网络网关（13）。
4.一种基于权利要求1所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).货品信息的写入；当冷链物料的货品在原产地或者发货地装入保温箱中时，利用RFID读写器读出保温箱编号，并将货品内容、保温范围和保温时长信息写入无源RFID中；
b).温度获取，在货品运输过程中，微处理器以测温间隔T周期性地采集保温箱内多个区域的温度以及外部温度，每采集完一次则将采集的温度信息进行上传；
c). NBIoT网络传输，在保温箱四周没有金属车厢屏蔽状态下，每个保温箱上的智能测温终端将采集的温度信息通过NBIoT物联网络传输至数据云平台；当无法通过NBIoT网络传输时，执行步骤d)；
d).LoRA自组网传输，在保温箱处于金属车厢的屏蔽状态下时，各个保温箱上的智能测温终端首先通过LoRA模块进行自组网，将各个智能测温终端所采集的温度信息会聚至网关后，在通过金属车厢上的天线发送至数据云平台；
e).货品实时监控，数据云平台接收智能测温终端上传的各个保温箱的温度信息，通过基站定位的方式获取保温箱位置信息，并根据货品的保温范围和保温时长信息进行判断，如出现温度超标现象，则报警显示当前超标的保温箱位置、以及超标温度的具体数值，供管理人员及时发现与处理。
5.根据权利要求4所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，步骤b)中所述的温度获取通过以下步骤来实现：温度传感器按照由外到内依次顺序编号为T0、T1、T2、…、T6，采集时，由微处理器（1）通过单总线连接接口按编号从小到大依次读取各编号传感器的温度值Ti，即可获得各相应点位的温度。
6.根据权利要求4所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，步骤b)中，微处理器（1）每10分钟采集一次保温箱（11）中各点位的温度数据，也可由数据云平台发送指令动态调整温度采集的间隔时间以适应不同的应用需求；采集到的温度数据形成数组Temp[i]，其中i为点位。
7.根据权利要求4所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，步骤e)中所述的基站定位方式为通过NBIoT网关与通信基站进行定位运算而获得的地理位置，位置信息与NBIoT网关上传的温度数据以及上传的时间进行绑定，共同存贮于数据云平台，供管理系统使用。
8.根据权利要求4所述的面向冷链物流保温箱的全程温度与位置监测系统的监测方法，其特征在于，步骤c)中，如发现NBIoT网络无法联通，则将数据暂存于存储模块中，间隔1分钟后再次尝试连接，如仍不成功则间隔3分钟后再次尝试连接，如仍不成功，则间隔5分钟后再次尝试连接，三次均无法连接到NBIoT网络，则切换为LoRA通信模式，保温箱搜索车内LoRA网关并加入，将保存的数据和后续监测的数据通过LoRA网关连接的车载NBIoT网络上传至数据云平台；如无法搜索到LoRA网关，则系统将数据保存，仍按原工作模式，间隔10分钟连接NBIoT网络直至连接成功；如冷藏车内有多只保温箱，则各装置内的LoRA模块与LoRA网关以无线自组网方式进行数据汇聚与上传。
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