CN111586086A - 基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统及方法，包括温控器终端和云平台服务器，温控器终端通过GPRS网络与云平台服务器连接，温控器终端包括电源模块、GPRS模块、与GPRS模块相连的MCU处理模块、调试接口模块、烧录接口模块和SIM卡驱动模块及与MCU处理模块相连的温度检测模块、温度控制模块和WIFI模块，GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，物联网芯片包含集成有APPS处理器，基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，在APPS处理器集成的可编程框架上开发驱动程序和应用程序，完成业务协议数据组包，与云平台服务器进行通信，降低了开发难度，缩短了开发周期，具有更高的安全性，提高了系统的运行稳定性。

Description

基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统及方法

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统及方法。

背景技术

随着生活水平的提高和经济的发展，我国居民的消费结构和消费需求发生了很大的改变，对瓜果、蔬菜、奶制品、鲜肉制品等鲜活食品的需求正逐步上升中，在过去的十年中，中国的食品消费市场增长势头稳健，为冷链设备（冰柜、冰箱、保温箱和冷藏包等）行业带来了广阔的发展空间。冷链过程依靠冷链设备进行，冷链设备必须额外设置冷冻、冷藏或保温的监控系统，而且在固定存放和运输过程中要注意必须是连续的冷藏，因为微生物活动和呼吸作用都随着温度的升高而加强。特别注意的是，如果运输中各环节不能保证连续冷藏的条件，那么货物就有可能在这个环节中开始腐烂变质。而受人为因素、冷链设备断电或损坏，移动装置的电气设备故障等原因，“冷链断链”现象在冷链运输中频繁出现，严重影响了冷链运输中的货物保鲜度和品质。

为了提高当前冷链设备储存的货物保鲜度和品质，必须对冷链全过程加入第三方冷链设备监控，而当前专门针对冷链固定存放和运输的第三方冷链设备监控系统相对较少，部分监控系统对冷链设备的温湿度监控仅是单点采集温湿度信息和本地保存温湿度信息，功能不全，不能准确全面反映设备内整体环境。另外，当前市面上的监控系统大部分都是由MCU（微控制器）作为主控制器，外设模块分别与MCU连接，监控系统应用程序运行于MCU的RTOS或Linux之上，通过MCU来控制各个外设模块，上述监控系统需要外挂一个MCU，开发难度大，硬件成本较高。总的来说，目前的冷链设备监控系统功能简单，硬件设计复杂，系统不稳定，安全性差，集成化程度低，智能化程度低。

例如，中国专利文献 CN206420504U 公开了“一种冷链无线温湿度实时监控系统”，包括电源模块、无线测温模块和监控与显示模块，所述无线测温模块包括温、湿度传感器、一级中央处理器、一级数据存储器、一级无线数传模块；所述监控与显示模块包括：二级无线数传模块、二级数据存储器、二级中央处理器、定位模块、报警器、显示模块、GPRS手机和云平台。该专利文献中的中央处理器、数据存储器和无线数传模块均有2个，整体系统硬件设计复杂，开发难度大，硬件成本较高，集成化程度低，且通过无线数传模块传递信息，易被窃取信息，缺乏安全性。

发明内容

本发明主要解决原有的冷链监控设备安全性差、设计开发复杂、集成化程度低的技术问题；提供基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统及方法，温控器终端中的GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，物联网芯片包含集成有APPS处理器，基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，APPS处理器集成有可编程框架，可编程框架用于客户驱动程序和应用程序的二次开发，客户只需通过简单的二次开发便可实现温控器终端的主控功能，降低了开发难度，缩短了开发周期，将主控功能与GPRS网络集成一体化，提高了温控器终端的集成度，提高了与云平台服务器的信息交互安全性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，包括温控器终端和云平台服务器，所述温控器终端通过GPRS网络与所述云平台服务器连接，所述温控器终端包括电源模块、GPRS模块、MCU处理模块、温度检测模块、温度控制模块、调试接口模块和烧录接口模块，所述GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，所述物联网芯片包含集成有可编程框架的APPS处理器，所述MCU处理模块、调试接口模块、烧录接口模块和SIM卡驱动模块均与GPRS模块相连，所述温度检测模块、温度控制模块和WIFI模块均与MCU处理模块相连，所述电源模块为温控器中的所有模块供电。

APPS处理器通过GPRS网络连接云平台服务器，并开发完成业务协议数据组包，实现温控器终端与云平台服务器实时双向数据通信，APPS处理器周期性通过串口向MCU处理模块读取温度数据信息，同时获取GPRS模组本地的UTC时间，将温度数据和UTC时间缓存在APPS处理器的Flash中，待上报间隔时间到时，上报历史温度和传感器信息数据包到云平台服务器，另外，云平台服务器可以下发设置压缩机启停命令至温控器终端，APPS处理器将命令发送至MCU处理模块，MCU处理模块通过控制温度控制模块动作，从而控制冷链设备压缩机启动或停止，烧录接口模块用于客户驱动程序和应用程序二次开发的程序烧录，调试接口模块用于输出系统运行的log（日志）信息，SIM卡驱动模块用于连接APPS处理器与SIM卡通信，WIFI模块能够采集周边热点WIFI的MAC信息。

GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，物联网芯片包含集成有APPS处理器，基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，APPS处理器集成有可编程框架，可编程框架用于客户驱动程序和应用程序的二次开发，客户只需简单的对温控器的驱动程序和应用程序进行二次开发即可实现相应的功能，降低了硬件成本，降低了系统功耗，降低了开发难度，缩短了开发周期，提高了系统的集成化程度，APPS处理器通过GPRS网络连接云平台服务器，并开发完成业务协议数据组包，实现温控器终端与云平台服务器实时双向数据通信，相比原有的温控器终端采用MCU与通信模组之间通过串口通信方式进行数据交互，本发明温控系统的信息数据交互具有更高的安全性，相比原有的温控器终端所有的数据处理、控制功能都集中在MCU中，本发明提高了温控系统的运行稳定性。

作为优选，所述的温控器终端还包括与GPRS模块相连的加速度传感模块、状态指示模块和复位模块。

加速度传感模块用于检测冷链设备是否发生连续震动事件，状态指示模块用于指示温控器终端是否正常工作，复位模块用于恢复温控器终端的默认参数设置以及温控器终端的复位。

作为优选，所述的温控器终端还包括与MCU处理模块相连的报警模块、LED显示模块和温度设定模块。

温度设定模块用于设定冷链设备内部环境温度的上下限阀值，LED显示模块用于显示冷链设备内部环境当前的温度值，报警模块用于在冷链设备内部环境温度超过设定的上下限阀值时发出报警信息，当MCU处理模块采集的环境温度超过设定温度的上下限阀值时，MCU处理模块直接驱动报警模块报警，无需通过GPRS模组内的APPS处理器进行处理判断，缩短了发现温度异常的时间，降低了损失。

作为优选，所述的温控器终端还包括备用电源、充电管理模块和电源切换模块，所述备用电源采用锂电池，所述的电源模块通过充电管理模块为备用电源充电并测量备用电源的电量，所述电源模块和备用电源连接电源切换模块，所述电源切换模块用于控制电源模块和备用电源对温控器终端中所有模块的供电。

220V市电通过电源模块转换成温控器各个模块所需电源，采用220V市电和锂电池双路电源供电设计，当市电断电后，可由锂电池直接供电，确保温控器电源供给稳定，保障温控器能够较长时间的稳定运行，持续监控冷链设备内部环境温度，充电管理模块定时检测备用电源的剩余电量，当剩余电量小于设定值时，MCU处理模块直接驱动报警模块报警，然后向云平台服务器上报位置信息数据包、报警与状态数据包和历史温度与传感器信息数据包。温控器在锂电池供电模式下，一直持续运行直至电池电量耗尽关机。当市电通电后，温控器控制电源模块给备用电源充电。

本发明基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，包括

APPS处理器通过GPRS网络连接云平台服务器，并开发完成业务协议数据组包，实现温控器终端与云平台服务器实时双向数据通信；

APPS处理器与云平台服务器通过GPRS网络首次连接后，向云平台服务器上报登录信息数据包、位置信息数据包、报警与状态数据包和历史温度与传感器信息数据包，上报成功后云平台服务器返回应答信息确认；

APPS处理器周期性向MCU处理模块读取数据信息，如果从接收到的应答数据中检测到温度检测模块异常，则立即上报历史温度与传感器信息数据包到云平台服务器；如果从接收到的应答数据中未检测到温度检测模块异常，则APPS处理器周期性间隔缓存当前温度数据和UTC时间；

检测GPRS网络是否正常，若GPRS网络正常则上报缓存的温度数据和UTC时间至云平台服务器，反之，若GPRS网络不正常则APPS处理器持续周期性缓存温度数据和UTC时间，每间隔固定时间保存历史温度数据和UTC时间到APPS处理器内部的Flash，等待GPRS网络正常后将历史温度数据和UTC时间上报至云平台服务器；

云平台服务器下发设置压缩机启停命令至温控器终端，APPS处理器将命令发送至MCU处理模块，MCU处理模块通过控制温度控制模块动作，从而控制冷链设备压缩机启动或停止。

本发明中基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，APPS处理器集成有可编程框架，可编程框架开发温控器驱动程序和应用程序，完成业务协议数据组包，并与云平台服务器进行通信，降低了开发难度，缩短了开发周期，具有更高的数据信息交互安全性，提高了系统的运行稳定性；可以周期性将采集到的温度数据缓存到本地，如果出现断网情况无法将历史温度数据上报到云平台服务器，也会将历史温度数据定时保存到内部Flash，防掉电丢失；周期性检查GPRS网络是否正常，确保连接畅通有效。

作为优选，所述的方法还包括APPS处理器检测到市电断电后，温控器终端从市电供电模式转换成电池供电模式，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与传感器信息数据包，上报成功后，云平台服务器返回应答信息确认，温控器终端断开GPRS网络连接，进入休眠模式；

在休眠模式期间，温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与传感器信息数据包；

在休眠模式期间，若检测到冷链设备持续震动，则缓存震动标记以及震动发生时的震动发生的UTC时间，在温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络时，向云平台服务器上传报警与状态数据包，其中上报的数据包中携带有之前缓存的震动标记和震动发生时的UTC时间信息。

220V市电与电池双路电源供电设计，当市电断电后，电池可直接供电，确保系统电源供给稳定，持续采集和保存冷链设备内部的环境温度数据，电池供电时系统进入休眠模式，定期唤醒上传数据，减少了电池能源的消耗，延长了监控的时间。

作为优选，所述的方法还包括APPS处理器周期性定期查询FOTA任务，检测是否厂家FOTA服务器有升级事件，若有FOTA事件，则执行FOTA升级流程，否则，退出FOTA检测。

APPS处理器搭载的可编程框架还提供FOTA升级功能，FOTA升级功能可用于远程升级温控器终端驱动程序和应用程序。

作为优选，所述的位置信息数据包括基站信息、邻近基站信息和周边热点WIFI的MAC信息。

上报的位置信息数据包包含有主基站信息，邻近基站信息，周边热点WIFI的MAC信息等信息,多种定位信息使冷链设备的定位精度更高更准确。

本发明的有益效果是：本发明中基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，APPS处理器集成有可编程框架，可编程框架开发温控器驱动程序和应用程序，完成业务协议数据组包，并与云平台服务器进行通信，降低了开发难度，缩短了开发周期，具有更高的数据信息交互安全性，提高了系统的运行稳定性；可以周期性将采集到的温度数据缓存到本地，如果出现断网情况无法将历史温度数据上报到云平台服务器，也会将历史温度数据定时保存到内部Flash，防掉电丢失；220V市电与电池双路电源供电设计，当市电断电后，电池可直接供电，确保系统电源供给稳定，持续采集和保存冷链设备内部的环境温度数据，电池供电时系统进入休眠模式，定期唤醒上传数据，减少了电池能源的消耗，延长了监控的时间；上报的位置信息数据包包含多种定位信息使冷链设备的定位精度更高更准确。

附图说明

图1为本发明的一种结构框图。

图2为本发明中GPRS模块、烧录接口模块、调试接口模块和状态指示模块的一种电路原理图。

图3为本发明中电源模块的一种电路原理图。

图4为本发明中充电管理模块的一种电路原理图。

图5为本发明中电源切换模块的一种电路原理图。

图6为本发明中复位模块的一种电路原理图。

图7为本发明中SIM卡驱动模块的一种电路原理图。

图8为本发明中加速度传感模块的一种电路原理图。

图9为本发明中WIFI模块的一种电路原理图。

图10为本发明中温度控制模块的一种电路原理图。

图11为本发明中MCU处理模块的一种电路原理图。

图12为本发明中LED显示模块的一种电路原理图。

图13为本发明中温度设定模块的一种电路原理图。

图14为本发明中报警模块的一种电路原理图。

图中1、温控器终端，2、云平台服务器，3、电源模块，4、GPRS模块，5、MCU处理模块，6、温度检测模块，7、温度控制模块，8、调试接口模块，9、烧录接口模块，10、WIFI模块，11、SIM卡驱动模块，12、加速度传感模块，13、状态指示模块，14、复位模块，15、报警模块，16、LED显示模块，17、温度设定模块，18、备用电源，19充电管理模块，20、电源切换模块 。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，如图1所示，包括温控器终端1和云平台服务器2，温控器终端通过GPRS网络与云平台服务器连接，实现温控器终端和云平台服务器的信息交互。温控器终端包括电源模块3、GPRS模块4、MCU处理模块5、温度检测模块6、温度控制模块7、调试接口模块8、烧录接口模块9、WIFI模块10、SIM卡驱动模块11、加速度传感模块12、状态指示模块13、复位模块14、报警模块15、LED显示模块16、温度设定模块17、备用电源18、充电管理模块19和电源切换模块20， GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，GPRS模组的型号为MG2260-C，物联网芯片的型号为RDA8955，其中物联网芯片包含集成有APPS处理器，基于GPRS技术的OpenCPU开发平台搭载在APPS处理器中，开发封装了供客户开发使用的API接口函数，包括RTOS的API（TASK，TIMER，EVENT，信号量，互斥量，关键段等），常用驱动API（ GPIO、UART、I2C、SPI、ADC等），NV接口（芯片内部Flash接口），Network接口，Socket接口，FOTA接口等，APPS处理器集成有可编程框架，可编程框架用于客户驱动程序和应用程序的二次开发。 MCU处理模块、调试接口模块、烧录接口模块、加速度传感模块、状态指示模块、复位模块和SIM卡驱动模块均与GPRS模块相连，温度检测模块、温度控制模块、报警模块、LED显示模块、温度设定模块和WIFI模块均与MCU处理模块相连，电源模块通过充电管理模块为备用电源充电并测量备用电源的电量，电源模块和备用电源连接电源切换模块，电源切换模块用于控制电源模块和备用电源对温控器终端中所有模块的供电，在本实施例中，备用电源采用锂电池，温度检测模块为温度传感器。

GPRS模块、状态指示模块、烧录接口模块和调试接口模块如图2所示，GPRS模块包括GPRS模组U6，电阻R31～R35、电阻R59、电解电容C31～C36、电容C39，GPRS模组U6的第七引脚通过电阻R31接地，GPRS模组U6的第九、第二十三引脚与充电管理模块连接，GPRS模组U6的第十一引脚通过电阻R32与SIM卡驱动模块连接，GPRS模组U6的第十二引脚通过电阻R33与SIM卡驱动模块连接，GPRS模组U6的第十三引脚通过电阻R34与SIM卡驱动模块连接，GPRS模组U6的第十四引脚与SIM卡驱动模块连接，GPRS模组U6的第十五、第三十八和第三十九引脚与烧录接口模块连接，GPRS模组U6的第十六引脚与状态指示模块连接，GPRS模组U6的第十七和第十八引脚与调试接口模块连接，GPRS模组U6的第十九引脚与复位模块连接，GPRS模组U6的第二十、第二十一和第二十二引脚与加速度传感模块连接，GPRS模组U6的第二十四引脚通过电容C39接地， VCC_3.3V电源一路通过电阻R59与GPRS模组的第二十四引脚连接，另一路输出VDD_IO电源，GPRS模组U6的第十五、第十九引脚与MCU处理模块连接， GPRS模组U6的第三十三引脚与WIFI电源模块相连，GPRS模组U6的第三十五引脚通过电阻R35与天线J303的第一馈点连接，天线的第二馈点接地, GPRS模组U6的第四十一和第四十二引脚与电解电容C31、电容C32、电容C33、电容C34、电容C35、电容C36并联接入VCC_MAIN电源；状态指示模块包括电阻R67和发光二极管LED1，电阻R67的第一端与GPRS模组U6的第十六引脚连接，电阻R67的第二端与发光二极管LED1的阴极连接，发光二极管LED1的阳极接入VCC_3.3V电源；烧录接口模块包括连接器J7和电阻R36，连接器J7的第一引脚接入VCC_MAIN电源，连接器J7的第二引脚与GPRS模组U6的第三十六引脚连接接地，连接器J7的第三引脚与GPRS模组U6的第三十九引脚连接，连接器J7的第四引脚与GPRS模组U6的第三十八引脚和电阻R36的第一端连接，连接器J7的第五引脚与GPRS模组U6的第十五引脚连接，电阻R36的第二端接入VDD_IO电源；调试接口模块包括连接J8和电阻R37，连接器J8的第一引脚与电阻R37的第一端和GPRS模组U6的第十七引脚连接，电阻R37的第二端接入VDD_IO电源，连接器J8的第二引脚与GPRS模组U6的第十八引脚连接，连接器J8的第三引脚接地。

电源模块如图3所示，包括主电源模块、LDO电源模块、WIFI电源模块、3.3V电源模块：

其中主电源模块包括连接器J1、保险管F1、压敏电阻RV1、电容C1、AC-DC模块U1、双向瞬变抑制二极管D1和电容C2，AC-DC模块U1的型号为LSD2DC-WA22005SE5，连接器J1的型号为VH_3.96_5R_V4，保险管F1的第一端通过连接器J1的第五引脚与220V市电的零线连接，保险管F1的第二端与压敏电阻RV1的第一端、电容C1的第一端和AC-DC模块U1的第二端连接，压敏电阻RV1的第二端、电容C1的第二端和AC-DC模块U1的第一端通过连接器J1的第三引脚与220V市电的火线连接，AC-DC模块U1的第三端和双向瞬变抑制二极管D1的第一端与电容C2的第一端连接输出VCC_5V电源，AC-DC模块U1的第四端、双向瞬变抑制二极管D1的第二端和电容C2的第二端均接地；

LDO电源模块包括电容C17、LDO芯片U2、电阻R9、电阻R10和电容C18，LDO芯片U2的型号为XC6230H001ER-G，电容C17的第一端和LDO芯片U2的第四、第六引脚接入VCC_5V电源，LDO芯片U2的第一引脚和电阻R9的第一端与电容C18的第一端连接输出VCC_4.2V电源，LDO芯片U2的第三引脚和电阻R9的第二端与电阻R10的第一端连接，电容C17的第二端、电阻R10的第二端、电容C18的第二端和LDO芯片U2的第五、第二、第零引脚均接地；

WIFI电源模块包括电容C11～C14和LDO芯片U5，LDO芯片U5的型号为SGM2036-3.3YN5G/TR，电容C11的第一端、电容C12的第一端和LDO芯片U5的第一引脚接入VCC_MAIN电源，LDO芯片U5的第五引脚与电容C14的第一端连接输出WIFI_3.3V电源，LDO芯片U5的第四引脚与电容C13的第一端连接，电容C11～C14的第二端和LDO芯片U5的第二引脚均接地，LDO芯片U5的第三引脚与GPRS模组U6的第三十三引脚连接；

3.3V电源模块包括2路3.3V电源电路，第一路3.3V电源电路包括电容C15～C16和LDO芯片U4，LDO芯片U4的型号为SGM2034-3.3YN5G/TR，电容C15的第一端和LDO芯片U4的第三引脚接入VCC_MAIN电源，LDO芯片U4的第二引脚与电容C16的第一端连接输出VCC_3.3V电源，电容C15、电容C16和LDO芯片U4的第一引脚均接地，2路3.3V电源电路的结构相同，第二路3.3V电源电路输出DIS_3.3V电源，第一路3.3V电源电路为微处理器、三轴加速度传感器和温度设定模块供电，第二路3.3V电源电路为LED显示模块和报警模块供电。

充电管理模块如图4所示，包括电源管理芯片U3、电容C4～C7、电阻R2～R5、双向瞬变抑制二极管D2和连接器J2，电源管理芯片U3的型号为SGM40561-4.2YTDE8G，连接器J2的型号为XH2.54-2A，电容C4的第一端、电容C5的第一端和电源管理芯片U3的第一引脚接入VCC_5V电源，电源管理芯片U3的第二引脚与GPRS模组U6的第二十三引脚，电源管理芯片U3的第二引脚通过电阻R11与微处理器U7的第四十二引脚连接，电源管理芯片U3的第零、第四和第五引脚均接地，电源管理芯片U3的第六引脚通过电阻R3接地，电源管理芯片U3的第七引脚通过电阻R2接地，电源管理芯片U3的第八引脚与电容C6的第一端、电阻R4的第一端、双向瞬变抑制二极管D2的第一端和连接器J2的第一引脚连接，电阻R4的第二端、电阻R5的第一端和电容C7的第一端与GPRS模组U6的第九引脚连接，电容C6的第二端、电阻R5的第二端、电容C7的第二端、双向瞬变抑制二极管D2的第二端和连接器J2的第二引脚均接地。

电源管理芯片U3是一款完全集成的高输入电压单电池锂离子电池充电器，其在为备用电源充电时有2种充电模式，备用电源电压小于4.2V时，采用恒流充电模式，当备用电源电压接近4.2V时，自动切换到恒压充电模式，且备用电源的电压越接近满电量，充电电流越小，减少了电源能量的损耗。芯片的第二引脚是开路电源存在指示引脚，当温控器由220V市电供电时，第二引脚输出低电平，由备用电源供电时，第二引脚输出高电平，根据第二引脚的电平状态，温控器的运行模式会相应工作于正常市电模式或低功耗模式。

电源切换模块如图5所示，包括电阻R6～R7、MOS管Q1、稳压二级管D3和电解电容C9～C10，MOS管Q1的D极和稳压二级管D3的阳极接入VCC_BAT电源（与锂电池连接），MOS管Q1的G极与电阻R6的第一端和电阻R7的第一端连接，电阻R6的第二端接入VCC_5.5V电源，电阻R7的第二端接地，MOS管的S极、稳压二极管D3的阴极和电解电容C9的正极与电解电容C10的正极连接输出VCC_MAIN电源，电解电容C9的正极和电解电容C10的正极与VCC_4.2V电源连接，电解电容C9的负极和电解电容C10的负极均接地。

复位模块如图6所示，包括按钮S1、双向瞬变抑制二极管D11、电容C44和电阻R38，按钮S1的型号为KAN4563-0501C，按钮S1的第二引脚、双向瞬变抑制二极管D11的第一端、电容C44的第一端和电阻R38的第一端通过IO模块与GPRS模组U6的第十九引脚连接，按钮S1的第一、第三引脚、电容C44的第二端和双向瞬变抑制二极管D11的第二端均接地。

SIM卡驱动模块如图7所示，包括SIM卡座J9、电容C40～C43和ESD防静电保护管U10，SIM卡座J9的型号为MUP-C791 TYPE2，ESD防静电保护管U10的型号为CESDLC3V0J4，SIM卡座J9的第一引脚、电容C40的第一端和ESD防静电保护管U10的第一引脚与GPRS模组U6的第十四引脚连接，SIM卡座J9的第二引脚、电容C41的第一端和ESD防静电保护管U10的第三引脚通过电阻R33与GPRS模组U6的第十二引脚连接，SIM卡座J9的第三引脚、电容C42的第一端和ESD防静电保护管U10的第四引脚通过电阻R34与GPRS模组U6的第十三引脚连接，SIM卡座J9的第六引脚、电容C43的第一端和ESD防静电保护管U10的第五引脚通过电阻R32与GPRS模组U6的第十一引脚连接，电容C40～C43的第二端、SIM卡座J9的第四引脚和ESD防静电保护管U10的第二引脚均接地。

加速度传感模块如图8所示，包括三轴加速度传感器U8、电容C73～C76和电阻R71～R76，三轴加速度传感器U8的型号为KX023-1025,三轴加速度传感器U8的第一引脚、电阻R73的第一端、电阻R74的第一端、电容C73的第一端和电容C74的第一端均接入VDD_IO电源，电容C73的第二端和电容C74的第二端均接地，电阻R74的第二端和三轴加速度传感器U8的第四引脚通过电阻R71与GPRS模组U6的第二十引脚连接，电阻R73的第二端和三轴加速度传感器U8的第六引脚通过电阻R72与GPRS模组U6的第二十一引脚连接，三轴加速度传感器U8的第八引脚通过电阻R75接入VCC_3.3V电源，三轴加速度传感器U8的第十一引脚通过电阻R76与GPRS模组U6的第二十二引脚连接，三轴加速度传感器U8的第十四引脚、电容C75的第一端和电容C76的第一端均接入VCC_3.3V电源，电容C75的第二端和电容C76的第二端均接地，三轴加速度传感器U8的第五、第七、第十、第十二、第十三、第十五和第十六引脚均接地。

WIFI模块如图9所示，包括WIFI模组U9、电阻R77、电阻R78和电容C77～C80，WIFI模组U9的型号为LSD4WF-5108064001,WIFI模组U9的第十一引脚、电阻R77的第一端和电容C79的第一端与微处理器U7的第三十九引脚连接，电阻R77的第二端接入WIFI_3.3V电源，电容C79的第二端接地，WIFI模组U9的第十二、第十三和第十八引脚均接地，WIFI模组U9的第十六引脚、电阻R78的第一端和电容C80的第一端与微处理器U7的第四十引脚连接，电阻R78的第二端接入WIFI_3.3V电源，电阻C80的第二端接地，WIFI模组U9的第二十七引脚、电容C78的第一端和电容C77的第一端接入WIFI_3.3V电源，WIFI模组U9的第二十八引脚、电容C78的第二端和电容C77的第二端均接地。

温度控制模块如图10所示，包括16A继电器电路和5A继电器电路，16A继电器电路包括继电器J21、二极管D21、三极管Q21、电容C21～C22和电阻R21～R22，继电器J21的型号为SM-SH-105DM-GW，继电器J21的第四引脚通过连接器J1的第三引脚与220V市电的火线连接，继电器J21的第三引脚与连接器J1的第一引脚连接，继电器J21的第一引脚、二极管D21的阴极和电容C21的第一端接入VCC_5.5V电源，电容C21的第二端接地，继电器J21的第二引脚和二极管D21的阳极与三极管Q21的集电极连接，三极管Q21的基极、电阻R21的第一端和电容C22的第一端通过电阻R22与微处理器U7的第十九引脚连接，三极管Q21的发射极、电阻R21的第二端和电容C22的第二端均接地；5A继电器电路包括继电器J22、二极管D22、三极管Q22、电容C23～C24和电阻R23～R24，继电器J22的型号为SRC-SH-105DM2，继电器J22的第四引脚通过连接器J1的第三引脚与220V市电的火线连接，继电器J22的第三引脚与连接器J1的第二引脚连接，继电器J22的第一引脚、二极管D22的阴极和电容C23的第一端接入VCC_5.5V电源，电容C23的第二端接地，继电器J22的第二引脚和二极管D22的阳极与三极管Q22的集电极连接，三极管Q22的基极、电阻R23的第一端和电容C24的第一端通过电阻R24与微处理器U7的第十八引脚连接，三极管Q22的发射极、电阻R23的第二端和电容C24的第二端均接地。

MCU处理模块如图11所示，包括微处理器U7、电容C70、电容C52～C61、电容C25、电容C26、晶振X1、晶振X2、电阻R8、电阻R11～R12、电阻R18和电感L1，微处理器U7的型号为STM32F030C8T6，微处理器U7的第一和第四十八引脚、电容C53的第一端和电容C52的第一端接入VCC_3.3V电源，微处理器U7的第四十七引脚、容C53的第二端和电容C52的第二端均接地，微处理器U7的第三引脚和晶振X2的第一端通过电容C25接地，微处理器U7的第四引脚和晶振X2的第二端通过电容C26接地，微处理器U7的第五引脚和晶振X1的第一端通过电容C60接地，微处理器U7的第六引脚和晶振X1的第二端通过电容C61接地，微处理器U7的第七引脚与电阻R8的第一端和电容C70的第一端连接，电容C60的第二端接地，电阻R8的第二端接入VCC_3.3V电源，微处理器U7的第八引脚、电容C59的第一端和电容C58的第一端接地，微处理器U7的第九引脚、电容C59的第二端和电容C58的第二端通过电感L1接入VCC_3.3V电源，微处理器U7的第十四引脚与报警模块中的电阻R16的一端连接，微处理器U7的第十八引脚与5A继电器电路中的电阻R24的第二端连接，微处理器U7的第十九引脚与16A继电器电路中的电阻R22的第二端连接，微处理器U7的第二十三引脚、电容C57的第一端和电容C56的第一端均接地，微处理器U7的第二十四引脚、电容C57的第二端和电容C56的第二端均接地，微处理器U7的第二十六与电阻R13的第一端连接，微处理器U7的第二十七与电阻R14的第一端连接，微处理器U7的第二十八引脚与电阻R15的第一端连接，微处理器U7的第三十引脚与GPRS模组U6的第十九引脚连接，微处理器U7的第三十一引脚与GPRS模组U6的第十五引脚连接，微处理器U7的第三十二、第三十三引脚与LED显示模块连接，微处理U7的第三十九、第四十引脚与WIFI模块连接，微处理器U7的第四十二引脚通过电阻R11与充电管理模块连接，微处理器U7的第四十四引脚通过电阻R18接地。

LED显示模块如图12所示包括数码管驱动及键盘控制芯片U11、三位共阴数码管U12、电阻R101～R104和电容C101～C104，数码管驱动及键盘控制芯片U11的型号为CH455G，三位共阴数码管U12的型号为SF42170912K-2，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第一引脚与三位共阴数码管U12的第一引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第二引脚与三位共阴数码管U12的第十引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第三引脚与三位共阴数码管U12的第五引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第四引脚与三位共阴数码管U12的第三引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第五引脚与三位共阴数码管U12的第八引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第六引脚与电阻R103的第一端和电容R101的第一端连接，电阻R103的第二端和电阻R102的第一端与微处理器U7的第三十二引脚连接，电阻R102的第二端与电阻R101的第二端接入VCC_3.3V电源，电阻R101的第一端和电阻R104的第二端与微处理器U7的第三十三引脚连接，电阻R104的第一端和电容C102的第一端与数码管驱动及键盘控制芯片U11的第七引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第八引脚、电容C101的第二端和C102的第二端均接地，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第九引脚与三位共阴数码管U12的第九引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十引脚与三位共阴数码管U12的第十二引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十二引脚与三位共阴数码管U12的第十一引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十三引脚与三位共阴数码管U12的第七引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十四引脚、电容C103的第一端和电容C104的第一端接入DIS_3.3V电源，电容C103的第二端和电容C104的第二端均接地，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十五引脚与三位共阴数码管U12的第四引脚连接，数码管驱动及键盘控制芯片U11的第十六引脚与三位共阴数码管U12的第二引脚连接。

温度设定模块如图13所示，包括左、中、右三路按键电路，左路按键电路包括轻触开关S11、电阻R40、电阻R13、电容C105和双向瞬变抑制二极管D5，轻触开关S11的型号为TSB06331-055，轻触开关S11的第三、第四引脚、电阻R40的第一端、双向瞬变抑制二极管D5的第一端和电阻R13的第二端连接，电阻R13的第一端与微处理器U7第二十六引脚连接，左、中、右三路按键电路的结构相同，其中中路按键电路与微处理器U7的第二十七引脚连接，右路按键电路与微处理器U7的第二十八引脚连接。

报警模块如图14所示，包括蜂鸣器BUZ1、三极管Q1、二极管D10、电容C51和电阻R16～R17，蜂鸣器BUZ1的型号为CX8585030-16R，蜂鸣器BUZ1的第一引脚、二极管D10的阴极和电容C51的第一端接入DIS_3.3V电源，电容C51的第二端接地，蜂鸣器BUZ1的第二引脚和二极管D10的阳极与三极管Q1的集电极连接，三级管Q1的基极与电阻R17的第一端和电阻R16的第一端连接，电阻R16的第二端与微处理器U7的第十四引脚连接，电阻R17的第二端和三极管Q1的发射极接地。

本实施例的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控方法，包括：

APPS处理器调用API函数实现GSM网络注册，GPRS附着，PDP激活，SOCKET创建和DNS解析，再通过TCP连接使APPS处理器通过GPRS网络连接云平台服务器，并开发完成业务协议数据组包，实现温控器终端与云平台服务器实时双向数据通信；

APPS处理器与云平台服务器通过GPRS网络首次连接后，向云平台服务器上报登录信息数据包、位置信息数据包、报警与状态数据包和历史温度与传感器信息数据包，上报成功后云平台服务器返回应答信息确认，具体包括：

温控器终端每次系统重启，与云平台服务器建立TCP连接之后，首先需要上报登录信息数据包到云平台服务器；如果连接断开，重新建立TCP连接，则需要重新发送该命令。登录信息数据包主要包含终端接入码，温控器的SIM卡IMSI号，终端序列号，厂家代码，设备类型等信息，上报成功后，云平台服务器返回应答信息确认；

温控器终端每次系统重启，与云平台服务器建立TCP连接之后，需要上报位置信息数据包到云平台服务器；如果连接断开，重新建立TCP连接，则需要重新发送该命令。位置信息数据包主要包含温控器的GPRS模组的IMEI号，主基站信息，邻近基站信息，周边热点WIFI的MAC信息等信息，位置信息数据包上报成功后，云平台服务器返回应答信息确认。APPS处理器需要调用API 接口函数查询获取主基站信息（MCC、MNC、LAC、CellID、Signal），邻近基站信息（MCC、MNC、LAC、CellID、Signal），从MCU处理模块获取到周边热点WIFI的MAC信息（MAC、Signal、SSID）；

温控器终端与云平台服务器建立TCP连接之后，需要立即上报最新的参数信息数据包到云平台服务器，云平台服务器返回应答信息确认，以便云平台服务器与温度器终端的设置参数信息保持一致。参数信息主要包括温度设定值、传感器偏差、历史温度与温度传感器信息上报间隔、位置信息上报间隔、每次上传的历史温度条数等；

APPS处理器周期性向MCU处理模块读取数据信息，如果从接收到的应答数据中检测到温度检测模块异常，则立即上报历史温度与温度传感器信息数据包到云平台服务器；如果从接收到的应答数据中未检测到温度检测模块异常，则APPS处理器周期性间隔缓存当前温度数据和UTC时间；

周期性检测GPRS网络是否正常（周期性间隔时间上报心跳数据包到云平台服务器，云平台服务器返回应答数据包。如果出现连续多次上报心跳数据包，未能收到云平台服务器下发的应答数据包，则可以判断温控器终端与网络或云平台服务器断开了，则需要重新注册GPRS网络，连接云平台服务器），若GPRS网络正常则上报缓存的温度数据和UTC时间至云平台服务器，反之，若GPRS网络不正常则APPS处理器持续周期性缓存温度数据和UTC时间，每间隔固定时间保存历史温度数据和UTC时间到APPS处理器内部的Flash，等待GPRS网络正常后将历史温度数据、UTC时间、携带电源类型（市电供电，电池供电）以及电池电量等信息上报至云平台服务器；

云平台服务器下发设置压缩机启停命令至温控器终端，APPS处理器将命令发送至MCU处理模块，MCU处理模块通过控制温度控制模块动作，从而控制冷链设备压缩机启动或停止。

在温控系统运行过程中，云平台服务器下发设置参数信息数据包到温控器终端，温控器终端收到后，APPS处理器把置参数信息数据发送给MCU处理模块，根据新的参数信息数据，APPS处理器和MCU处理模块执行相应的运行，然后上报应答信息到云平台服务器。

在温控系统运行过程中，充电管理模块定时检测锂电池电量，加速度传感模块检测冷链设备震动状态，周期性上报温度传感器数据，周期性上报位置信息数据，周期性上报报警和状态数据，且当温控器终端的参数在现场被手动按键修改后，需要立即上报最新的参数信息数据包到云平台服务器，云平台服务器返回应答信息确认。

APPS处理器检测到市电断电后，温控器终端从市电供电模式转换成电池供电模式，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与温度传感器信息数据，上报成功后，云平台服务器返回应答信息确认，温控器终端断开GPRS网络连接，进入休眠模式；

在休眠模式期间，温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与温度传感器信息数据包。

在休眠模式期间，若检测到冷链设备持续震动，则缓存震动标记以及震动发生时的震动发生的UTC时间，在温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络时，向云平台服务器上传报警与状态数据包，其中上报的数据包中携带有之前缓存的震动标记和震动发生时的UTC时间等信息。

APPS处理器每次系统重启或周期性定期查询FOTA任务，检测是否厂家FOTA服务器有升级事件，若有FOTA事件，则执行FOTA升级流程，否则，退出FOTA检测。

Claims (9)

1.一种基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，其特征在于包括温控器终端和云平台服务器，所述温控器终端通过GPRS网络与所述云平台服务器连接，所述温控器终端包括电源模块、GPRS模块、MCU处理模块、温度检测模块、温度控制模块、调试接口模块、烧录接口模块、WIFI模块和SIM卡驱动模块，所述GPRS模块包括内置物联网芯片的GPRS模组，所述物联网芯片包含集成有可编程框架的APPS处理器，所述MCU处理模块、调试接口模块、烧录接口模块和SIM卡驱动模块均与GPRS模块相连，所述温度检测模块、温度控制模块和WIFI模块均与MCU处理模块相连，所述电源模块为温控器中的所有模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，其特征在于所述温控器终端还包括与GPRS模块相连的加速度传感模块、状态指示模块和复位模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，其特征在于所述温控器终端还包括与MCU处理模块相连的报警模块、LED显示模块和温度设定模块。

4.根据权利要求1或2所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，其特征在于所述温控器终端还包括备用电源、充电管理模块和电源切换模块，所述备用电源采用锂电池，所述的电源模块通过充电管理模块为备用电源充电并测量备用电源的电量，所述电源模块和备用电源连接电源切换模块，所述电源切换模块用于控制电源模块和备用电源对温控器中所有模块的供电。

5.根据权利要求3所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控系统，其特征在于所述温控器终端还包括备用电源、充电管理模块和电源切换模块，所述备用电源采用锂电池，所述的电源模块通过充电管理模块为备用电源充电并测量备用电源的电量，所述电源模块和备用电源连接电源切换模块，所述电源切换模块用于控制电源模块和备用电源对温控器中所有模块的供电。

6.一种基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控方法，适用于权利要求1所述温控系统，其特征在于包括：

APPS处理器通过GPRS网络连接云平台服务器，并开发完成业务协议数据组包，实现温控器终端与云平台服务器实时双向数据通信；

APPS处理器与云平台服务器通过GPRS网络首次连接后，向云平台服务器上报登录信息数据包、位置信息数据包、报警与状态数据包和历史温度与传感器信息数据包，上报成功后云平台服务器返回应答信息确认；

APPS处理器周期性向MCU处理模块读取数据信息，如果从接收到的应答数据中检测到温度检测模块异常，则立即上报历史温度与传感器信息数据包到云平台服务器；如果从接收到的应答数据中未检测到温度检测模块异常，则APPS处理器周期性间隔缓存当前温度数据和UTC时间；

检测GPRS网络是否正常，若GPRS网络正常则上报缓存的温度数据和UTC时间至云平台服务器，反之，若GPRS网络不正常则APPS处理器持续周期性缓存温度数据和UTC时间，每间隔固定时间保存历史温度数据和UTC时间到APPS处理器内部的Flash，等待GPRS网络正常后将历史温度数据和UTC时间上报至云平台服务器；

云平台服务器下发设置压缩机启停命令至温控器终端，APPS处理器将命令发送至MCU处理模块，MCU处理模块通过控制温度控制模块动作，从而控制冷链设备压缩机启动或停止。

7.根据权利要求6所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控方法，其特征在于还包括：

APPS处理器检测到市电断电后，温控器终端从市电供电模式转换成电池供电模式，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与传感器信息数据包，上报成功后，云平台服务器返回应答信息确认，温控器终端断开GPRS网络连接，进入休眠模式；

在休眠模式期间，温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络，向云平台服务器上传报警与状态数据包、位置信息数据包和历史温度与传感器信息数据包；

在休眠模式期间，若检测到冷链设备持续震动，则缓存震动标记以及震动发生时的震动发生的UTC时间，在温控器终端周期性间隔时间连接GPRS网络时，向云平台服务器上传报警与状态数据包，其中上报的数据包中携带有之前缓存的震动标记和震动发生时的UTC时间信息。

8.根据权利要求6所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控方法，其特征在于还包括：

APPS处理器周期性定期查询FOTA任务，检测是否厂家FOTA服务器有升级事件，若有FOTA事件，则执行FOTA升级流程，否则，退出FOTA检测。

9.根据权利要求6所述的基于GPRS技术OpenCPU开发平台的冷链设备温控方法，其特征在于所述位置信息数据包括基站信息、邻近基站信息和周边热点WIFI的MAC信息。

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