CN111474875A - 一种集装箱监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱监测装置，包括主机盒和开关盒，所述开关盒用来监测集装箱门开关信号，所述主机盒用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台。该集装箱监测设备，其通过开关盒采集处理集装箱门状态变化情况，当集装箱门打开时主机盒将位置信息发送到监控平台，可以实现集装箱的智能监控。

Description

一种集装箱监测装置

技术领域

本发明涉及集装箱检测领域，尤其涉及一种集装箱监测装置。

背景技术

物流集装箱是一种货物运输设备，便于使用机械装卸，可长期反复使用，也称作“货箱”或“货柜”，为了掌握集装箱的当前状态信息，出现了一种集装箱监测设备，将其安装到集装箱原通风器的位置，根据集装箱不同的场景，为用户提供最优的集装箱地理位置以及一些必要的传感器信息。但是现有集装箱监测设备不能实现智能化监控。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种集装箱监测装置，能够解决现有集装箱监测设备不能实现智能化监控的问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种集装箱监测装置，包括主机盒和开关盒，开关盒用来监测集装箱门开关信号，主机盒用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台。

作为本发明的进一步改进，当确定集装箱门关闭时，集装箱监测装置处于休眠状态。

作为本发明的进一步改进，主机盒包括电源转换模块、主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块；

电源转换模块，用来给主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块供电；

主控模块，用来控制电源转换模块、通信定位模块和监测信号接收模块；

通信定位模块，用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台；

监测信号接收模块，用来接收开关盒监测的集装箱门开关信号。

作为本发明的进一步改进，电源转换模块包括依次串联的电池、降压升压模块、二级降压模块，电源转换模块还包括与所述二级降压模块并联的控制电路模块；

降压升压模块用来将电池输出电压转换为稳定的第一直流输出电压；

二级降压模块用来将所述第一直流输出电压转换为第二直流输出电压提供给主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块；

控制电路模块用来控制所述通信定位模块供电的通断。

作为本发明的进一步改进，电源转换电路还包括与电池并联的防反接电路，防反接电路由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一稳压二极管(D1)和第一MOS管(M1)组成；

第一电阻的第一端与电池正极连接，第一电阻的第二端与第一MOS管的栅极连接，第二电阻的第一端与第一电阻的第二端连接，第二电阻的第二端与第一MOS管的源极连接，第一稳压二极管的负极与第一电阻的第二端连接，第一稳压二极管的正极与第一MOS管的源极连接，第一MOS管的漏极与电池的负极连接。

作为本发明的进一步改进，控制电路由第二MOS管(V1)、第一三极管(Q1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第六电容(C6)、第三二极管(D3)组成；

第二MOS管的源极与降压/升压模块的输出连接，第二MOS管的的漏极与通信定位模块连接，第二MOS管的栅极与第七电阻的第一端连接，第六电阻并联在第二MOS管的源极与栅极间，第七电阻的第二端与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的基极与第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端与第三二极管的负极连接，第三二极管的正极与主控模块连接，第九电阻的第一端与第一三极管的基极连接，第九电阻的第二端接地，第六电容的第一端与第一三极管的基极连接，第六电容的第二端接地。

作为本发明的进一步改进，开关盒通过无线传输方式将监测的集装箱门开关信号发送给主机盒。

作为本发明的进一步改进，开关盒通过Zigbee无线传输方式将监测的集装箱门开关信号发送给主机盒。

作为本发明的进一步改进，开关盒被安装于集装箱内部，主机盒被安装在集装箱外。

作为本发明的进一步改进，主机盒包括防水外壳。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的一种集装箱监测设备，其通过开关盒采集处理集装箱门状态变化情况，当集装箱门打开时主机盒将位置信息发送到监控平台，可以实现集装箱的智能监控。

(2)集装箱门处于关闭状态时，集装箱监测装置处于休眠状态，当门打开时，设备唤醒，主机盒开始发送位置信息，耗电量极低。该设计有效的增加了设备的待机时间。

(3)电源转换模块采用降压升压型开关电源设计，并加有保险、防反接电路等保护措施，带负载能力强，输出精度高，具有较高的稳定性和可靠性，同时在输入电压范围1.8V～5.5V范围内，都能将输出稳定在4V和3.3V，供设备使用，有效的避免了直接使用电池供电，造成电池电量减少时，电压降低对设备的影响。

(4)集装箱监测装置的主机盒和开关盒分别安装于集装箱外和集装箱内，两者可以通过无线传输，避免了走线的繁琐，安装便捷，使用方便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种集装箱监测装置的结构示意图；

图2至图4是本发明实施例提供的一种集装箱监测装置的电源转换模块的电路图；

图5至图7是本发明实施例提供的一种集装箱监测装置的通信定位模块的电路图；

图8是本发明实施例提供的一种集装箱监测装置的监测信号接收模块的电路图；

图9是本发明实施例提供的一种集装箱监测装置的开关盒的门磁开关安装示意图。

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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

本发明实施例的一种集装箱监测装置，如图1所示，包括主机盒和开关盒，开关盒用来监测集装箱门开关信号，主机盒接收开关盒监测的集装箱门开关信号，当根据集装箱门开关信号判断集装箱门被打开时将集装箱当时的位置发送给监控平台。这样可以实现集装箱的智能监控。

优选地，当确定集装箱门关闭时，所述集装箱监测装置处于休眠状态。集装箱门处于关闭状态时，整个设备处于休眠状态，耗电量极低，当门打开时，设备唤醒，主机盒开始发送位置信息。该设计有效地增加了设备的待机时间。

主机盒可以包括电源转换模块、主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块；电源转换模块，用来给主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块供电；主控模块，用来控制电源转换模块、通信定位模块和监测信号接收模块；通信定位模块，用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台；监测信号接收模块，用来接收开关盒监测的集装箱门开关信号。

主控模块可以包括单片机U4及其外围电路，用于与所述监测信号接收模块通信，接收集装箱门开关信号，然后通过通信定位模块发送位置信息给监控平台。单片机可以采用TI公司的16位超低功耗微控制器，此架构与多种低功耗模块配合使用，是延长移动设备电池寿命的最优选择。

主机盒电源转换模块可以包括依次串联的电池、降压升压模块、二级降压模块，电源转换模块还包括与二级降压模块并联的控制电路模块；电池输出电压一般不太稳定，通过降压升压模块可以将电池输出电压转换为稳定的第一直流输出电压，如4V；二级降压模块用来将降压升压模块输出的第一直流输出电压转换为第二直流输出电压，如3.3V，提供给主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块。控制电路模块用来控制给通信定位模块供电的通断。

优选地，主机盒电源转换模块还可以包括与电池并联的防反接电路，用来防止电池被放反，保证监测设备的安全可靠。

如图2至图4所示，是本发明的主机盒电源转换模块的一个示例。

电源转换模块用于将电池供电转换成稳定的DC4V和DC3.3V电压，以供给主控模块、通信定位模块和无线传输模块。电源转换模块包括电池、保险F1、电源芯片U1、电源芯片U2、电源芯片U3、MOS管M1、电感L1、电阻R1～电阻R9、电容C1～电容C14、、二极管D1、二极管D2、二极管D3、三极管Q1、MOS管V1。电池正极与保险F1的1脚连接，电池负极接MOS管M1的D极，保险F1的2脚与电源芯片U1的10脚和11脚连接，同时连接电阻R1的1脚、电容C1和C2的1脚，电容C1和C2的2脚接GND，电阻R1的2脚接MOS管M1的G极，同时接电阻R2的1脚和稳压二极管D1的负极，MOS管M1的S极、电阻R2的2脚和二极管D1的正极接GND，电源芯片U1的1、12、13脚接电容C3的1脚，电容C3的2脚接GND，电源芯片U1的8、9脚接电感L1的1脚，电感L1的2脚接电源芯片U1的6、7脚，电源芯片U1的2、15脚接GND，电源芯片U1的4、5脚分别连接电阻R3、R5的1脚、电容C4和C5的1脚、二极管D2的负极、电阻R6的1脚、MOS管V1的S极，电容C4和C5的2脚接GND，二极管D2的正极接GND，电阻R3的2脚接电源芯片U1的3脚和电阻R4的1脚，电阻R4的2脚接GND，电阻R5的2脚接电源芯片U1的14脚，MOS管V1的G极接电阻R6的2脚和电阻R7的1脚，电阻R7的的2脚接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极接GND，三极管Q1的b极接电阻R8的2脚，同时连接电阻R9的1脚和电容C6的1脚，电阻R9的2脚和电容C6的2脚接GND，电阻R8的1脚接二极管D3的负极，二极管D3的正极接单片机U4的70脚，另外电源芯片U2的1脚连接电源芯片U1的4、5脚，同时并联连接滤波电容C7和C8后连接到GND，电源芯片U2的3脚使能端接通信芯片U5的28脚进行控制，电源芯片U2的2脚接GND，电源芯片U2的5脚输出连接电容C9和C10到GND，给通信芯片U5供电，电源芯片U3的1脚和3脚连接电源芯片U1的4、5脚，同时并联连接滤波电容C11和C12后连接到GND，电源芯片U3的2脚接GND，电源芯片U3的5脚输出连接电容C13和C14到GND，给单片机U4供电。

其中，电源转换模块的电源芯片U1的输入端连接电阻R1、电阻R2、稳压二极管D1和MOS管M1构成防反接电路，当电池正负极连接正确时，MOS管导通，电池负极连接到系统GND，当电池正负极反接时，MOS管M1不导通，电池无法接入系统，不会对电源芯片造成损伤。

其中，电源转换模块的电源芯片可以选用Ti公司的降压升压转换器作为电源转换芯片，该芯片支持1.8V～5.5V输入，通过配置输出能稳定在1.2V～5.5V，为了满足需要，设备中将电源芯片的输出定为4V。再通过电源芯片U2和U3进行二级降压，转化为3.3V，，该芯片纹波小，输出3.3V，精度达到1％，能给设备提供稳定可靠的电源。

其中，电源转换模块为了控制通信定位芯片U5的供电VBAT，包括由MOS管V1、三极管Q1、电阻R6～电阻R9、电容C6、二极管D3构成的控制电路。VBAT_CTL信号连接单片机IO口，当该脚信号为高电平时，三极管Q1导通，同时MOS管V1导通，VBAT给通信定位芯片U5供电；当该脚信号为低电平时，三极管Q1截至，同时MOS管V1截至，VBAT断开通信定位芯片U5的供电，从而实现对芯片U5供电的控制。

通信定位模块可以包括通信定位芯片U5及其外围电路、电压抑制二极管组U8、SIM卡座CN3，如图5至图7所示。通信定位芯片U5通过单片机指令进行位置信息的读取操作、发送位置信息到服务器等操作。SIM卡座CN3用于安装SIM卡，提供传输数据的流量。电压抑制二极管组U8和SIM卡座连接，用于抑制SIM卡信号的电压上限，防止SIM卡和通信芯片U5损坏。

通信定位芯片U5的41脚通过零欧电阻R23后连接4G天线，天线采用FPC软板天线，贴装于主机盒壳体内，电阻R23两端连接π型调试电容C32、C33到GND；通信定位芯片U5的15脚通过零欧电阻R18后连接GPS天线，天线采用无源陶瓷天线，贴装于主机盒壳体内，电阻R23两端连接π型调试电容C25、C26到GND。

监测信号接收模块可以采用无线通信方式与开关盒通信，可以避免了走线的繁琐，安装便捷，使用方便。如图8所示，包括Zigbee通信模块U7、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C35、电容C36，如图4所示。Zigbee通信模块U7的24脚为电源供电脚，同时并联滤波电容C35后连接到GND，Zigbee通信模块U7的21脚为复位脚，接上拉电阻R25，同时接滤波电容C36后连接到GND，Zigbee通信模块U7的18脚接GND，其他通讯引脚连接单片机U4。通信采用Zigbee无线通信的方式，具有低功耗、低成本、延时短、稳定可靠的特点，该模块平时处于休眠状态，当接收到开关盒发来的门状态变化信息后，开始唤醒并通过串口与单片机通信。

开关盒可以包括开关控制盒和门感应开关，开关控制盒包括电源转换部分、控制部分、监测信号发送模块。电源转换部分为控制部分、监测信号发送模块和门感应开关提供电源。监测信号发送模块当集装箱的门打开后，门感应开关感应到门状态变化，发送信号给控制部分的单片机，单片机通过串口控制无线传输芯片将信息发送给主机盒的监测信号接收模块，从而实现集装箱门状态的监控。

主机盒和开关盒可以基于需要分离安装或安装在一起。优选地，该设备主机盒可直接安装于集装箱通风口槽内，并且外壳可以采用防水设计，体积小，安装方便，开关盒安装与集装箱内，安装方便，也确保了整个设备的安全可靠。

优选地，开关盒的门感应开关采用门磁开关的方式，该开关无功率损耗，开关的两部分分别固定在集装箱的门框上和门体上，如图9所示，当集装箱门打开时，门磁开关闭合，控制部分单片机接收到信号，然后与主机盒进行无线通信。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集装箱监测装置，其特征在于，包括主机盒和开关盒，所述开关盒用来监测集装箱门开关信号，所述主机盒用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台。

2.如权利要求1所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，当确定集装箱门关闭时，所述集装箱监测装置处于休眠状态。

3.如权利要求1或2所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述主机盒包括电源转换模块、主控模块、通信定位模块和监测信号接收模块；

所述电源转换模块，用来给所述主控模块、所述通信定位模块和所述监测信号接收模块供电；

所述主控模块，用来控制所述电源转换模块、所述通信定位模块和所述监测信号接收模块；

所述通信定位模块，用来当确定集装箱门打开时将集装箱位置发送给监控平台；

所述监测信号接收模块，用来接收所述开关盒监测的集装箱门开关信号。

4.如权利要求3所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述电源转换模块包括依次串联的电池、降压升压模块、二级降压模块，所述电源转换模块还包括与所述二级降压模块并联的控制电路模块；

所述降压升压模块用来将电池输出电压转换为稳定的第一直流输出电压；

所述二级降压模块用来将所述第一直流输出电压转换为第二直流输出电压提供给所述主控模块、所述通信定位模块和所述监测信号接收模块；

所述控制电路模块用来控制所述通信定位模块供电的通断。

5.如权利要求4所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述电源转换电路还包括与电池并联的防反接电路，所述防反接电路由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一稳压二极管(D1)和第一MOS管(M1)组成；

所述第一电阻的第一端与所述电池正极连接，所述第一电阻的第二端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一MOS管的源极连接，所述第一稳压二极管的负极与所述第一电阻的第二端连接，所述第一稳压二极管的正极与所述第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的漏极与所述电池的负极连接。

6.如权利要求4或5所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述控制电路由第二MOS管(V1)、第一三极管(Q1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第六电容(C6)、第三二极管(D3)组成；

所述第二MOS管的源极与所述降压/升压模块的输出连接，所述第二MOS管的的漏极与所述通信定位模块连接，所述第二MOS管的栅极与第七电阻的第一端连接，所述第六电阻并联在所述第二MOS管的源极与栅极间，所述第七电阻的第二端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极与所述主控模块连接，所述第九电阻的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第九电阻的第二端接地，所述第六电容的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第六电容的第二端接地。

7.如权利要求1或2所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述开关盒通过无线传输方式将监测的集装箱门开关信号发送给所述主机盒。

8.如权利要求7所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述开关盒通过Zigbee无线传输方式将监测的集装箱门开关信号发送给所述主机盒。

9.如权利要求1或2所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述开关盒被安装于集装箱内部，所述主机盒被安装在集装箱外。

10.如权利要求9所述的一种集装箱监测装置，其特征在于，所述主机盒包括防水外壳。

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