CN112684730A - 存运输包装箱环境智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种存运输包装箱环境智能监控系统，包括：智能监测装置、手持式巡检仪以及仓库信息化管理单元；所述智能监测装置与手持式巡检仪相连接；所述仓库信息化管理单元与手持式巡检仪相连接；所述智能监测装置包括：过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块以及数据记录模块；所述箱内环境监测模块与主控模块相连；所述主控模块与数据记录模块相连；所述过载状态监测模块与主控模块相连。本发明具备识别撞击、跌落等意外事故的分析判断能力；本发明能够很好地适用于长期户外无人值守的情况。

Description

存运输包装箱环境智能监控系统

技术领域

本发明涉及监控装置技术领域，具体地，涉及一种存运输包装箱环境智能监控系统。

背景技术

包装箱是贮存、包装、运输宇航产品的重要工艺装备，在确保宇航产品安全到达目的地并顺利完成设定任务方面有着至关重要的作用。随着宇航产品精密程度的提高，其对包装箱的要求也越来越高，除了要求实时监控箱内环境参数，包括压差、加速度、温度、湿度等，对于长期贮存和运输的装备还需要准确捕捉撞击、跌落、翻滚等意外事件；同时由于各贮运仓库信息化平台的建设情况不同，对需要辗转多个仓库的监控系统提出了数据传输方式兼容性的要求；同时，由于大量的宇航产品处于“长期贮存一次使用”的状态，因此需要监控系统可以在没有外部供电的情况下连续长时间工件，这对监控系统的功耗设计提出新的要求；而型号产品运输的日益密集，也极大地挑战着“一款产品一款包装箱”的设计模式。

随着传感器技术、嵌入式技术、总线技术、无线通信技术和计算机技术的飞速发展，为包装箱系统的构建提供了更多的选择。为了满足以上宇航产品贮存和运输的特殊需求，确保宇航装备在“长期贮存一次使用”的使用模式下，能够成功完成既定任务，研制一款通用的、接口丰富的、低功耗的、可快捷安装重复利用的包装箱智能监控装置，提高宇航产品包装箱的安全性、与用户的可交互性、可监测性。

专利文献CN207133949U公开了一种智能监控装置及智能监控系统，所述智能监控装置包括壳体，在所述壳体内形成有电路板，在所述电路板上设置有控制电路、与所述控制电路连接的北斗定位模块和NB-IoT通信模块以及为所述装置供电的电源模块；在所述壳体外侧形成有若干按键和外凸部，所述若干按键与所述控制电路连接，所述外凸部的表面设置有温度传感器和/或脉搏检测传感器，所述温度传感器和/或脉搏检测传感器与所述控制电路连接。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种存运输包装箱环境智能监控系统。

根据本发明提供的一种存运输包装箱环境智能监控系统，包括：智能监测装置、手持式巡检仪以及仓库信息化管理单元；所述智能监测装置与手持式巡检仪相连接；所述仓库信息化管理单元与手持式巡检仪相连接；所述智能监测装置包括：过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块以及数据记录模块；所述箱内环境监测模块与主控模块相连；所述主控模块与数据记录模块相连；所述过载状态监测模块与主控模块相连；

优选地，所述智能监测装置还包括：指示模块；所述指示模块与主控模块相连；所述指示模块能够指示智能监测装置的状态。所述主控单元采用MSP430系列单片机；

所述数据记录模块采用板载flash存储芯片，能够实现数据的存储、读取、擦除，存储容量1024M，其工作模式采用分时工作方式，当系统需要保存数据时，单片机控制存储系统电源，开始存储；当不保存数据时，单片机会切断存储单元的供电，利用分时工作机制有效降低芯片能耗。

优选地，所述智能监测装置还包括：内部时钟；所述内部时钟与主控模块相连。

优选地，所述智能监测装置还包括：过载采集开关；所述过载采集开关与过载状态监测模块相连。所述过载采集开关能够在振动值大于设定安全加速度值时，启动电路供电，让振动采集单元开始工作，并且系统会处理采集到的振动值，并将过载冲击事件数据保存到数据存储单元中。

优选地，所述智能监测装置还包括：蓄电池组；所述蓄电池组与过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块以及数据记录模块分别相连。

优选地，所述手持式巡检仪通过USB接口或WIFI与智能监测装置进行信息互联。

优选地，所述智能监测装置能够获取和/或存储以下任意一种或者信息：

-温度信息；

-湿度信息；

-过载信息；

-报警记录信息；

-履历信息。

优选地，所述智能监测装置包括：SD卡；所述SD卡设置于智能监测装置内部；所述SD卡能够存储以下任意一种或者信息：

-温度信息；

-湿度信息；

-过载信息；

-报警记录信息；

-履历信息。

优选地，所述智能监测装置能够获取任意一种或者信息：

-生产服务履历信息；

-报警阈值设置信息；

-采样周期设置信息。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明具备识别撞击、跌落等意外事故的分析判断能力；

2、本发明能够很好地适用于长期户外无人值守的情况；

3、本发明结构合理，适用方便，能够克服现有技术的缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明系统总体组成示意图。

图2为本发明智能监控装置结构外观示意图。

图3为本发明包装箱信息化监测系统硬件组成框示意图。

图4为本发明智能监测装置工作原理示意图。

图5为本发明基于WiFi无线控制系统框示意图。

图6为本发明基于WiFi无线控制系统的数据传输示意图。

图7为本发明手持移动终端界面布局示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种存运输包装箱环境智能监控系统，包装箱智能监控装置可对包装箱环境参数(包括：湿度、温度、压差)，贮运过程中的冲击振动，包装箱以及内装物生产、服役履历信息进行采集、记录、指示、读写；并能够通过预留的信息化管理接口将数据导入储运仓库安全监测管理系统。

包装箱智能监控装置主要由智能监测装置、手持式巡检仪两部分组成。智能监测装置与手持式巡检仪配合使用，实现包装箱过载信号、湿度信号、温度信号、包装箱以及内装物生产、服役履历信息的采集、记录、读写，并能够通过预留的信息化管理接口将数据导入储运安全监测管理系统。

如图3所示，智能监测装置为系统核心，采用一体化设计，安装在包装箱本体结构上，完成包装箱内温度、湿度、过载等信息，以及包装箱和内装物生产、服务履历信息的采集、记录、指示和读写；手持式巡检仪为独立配备设备，可多个包装箱共用，手持式巡检仪通过USB接口或WIFI与智能监测装置进行信息互联，实现数据的读写，一方面将智能监测装置中存储的温度、湿度、过载、报警记录、履历等数据信息下载并存储在内置SD卡内，另一方面可以由操作员将生产服务履历、报警阈值设置、采样周期设置等信息写入智能检测装置中，方便包装箱全寿命过程生产、服务信息的追溯、记录。手持式巡检仪内置SD卡中的数据可以根据需要录入仓库信息化管理平台，也可以手动删除或自动覆盖。

系统供电采用锂电池，锂电池独立放置在电池槽中，面板上具有电量监测指示，当电量充足时指示灯为绿色，变为黄色时为电量低，变成红色时提示操作人员必须更换电池。电池的安装采用快速插拔设计，更换电池时直接把电池拔出更换已经充好的电池组即可。

2、智能监控装置

箱体智能监测装置由箱体过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块、数据记录模块、状态指示模块以及电源模块组成。箱体过载状态监控可以记录并存储箱体在运输、吊装及存储过程中异常过载状态信息；箱体环境监控实现对箱体内温度湿度检测及报警；数据记录模块可以读取并存储系统监控信息及箱体生产服务履历信息，并对温度、湿度、过载等异常状况进行记录。

智能监测装置的工作原理如图3所示，箱内环境监测模块由温湿度敏感元件及其外围电路组成，箱体过载状态监测模块由三轴MES加速度计及其外围电路组成，以上两个模块拾取温、湿度、加速度等物理量信息，并转换为电学信号，然后由主控单元对电信号进行分析处理，并存储在数据存储单元中，当收到数据读取请求时采用有线方式进行数据传输，当主控模块判断过载或环境异常时，控制指示模块中对应的指示灯动作。

智能监测装置具备以下功能特点：

1)主控单元采用MSP430系列单片机，单片机多种低功耗模式，可以有效降低系统耗电。

2)温湿度采集单元采样频率可设定，按照设定的采样频率采集温湿度数据并保存到数据存储单元中。

3)振动采集单元采用微功耗级传感器，振动开关会在振动值大于设定安全加速度值时，启动电路供电，让振动采集单元开始工作，并且系统会处理采集到的振动值，并将过载冲击事件数据保存到数据存储单元中。

4)数据记录模块采用板载flash存储芯片实现数据的存储、读取、擦除，存储容量1024M，其工作模式采用分时工作方式，当系统需要保存数据时，单片机控制存储系统电源，开始存储；当不保存数据时，单片机会切断存储单元的供电，利用分时工作机制有效降低芯片能耗。

5)数据记录模块通过USB接口和上位机软件进行交互。上位机软件可以将包装箱型号、内装物生产信息、服务履历写入存储单元；同时也可以读取存储单元中全部的温湿度以及振动数据，并绘制出历史数据变化曲线。

6)时钟单元用于对主控单元内部的系统时钟进行校准。每天定点校准一次，实时时钟芯片每天上电运行一次。

7)采用LED灯指示故障信息和电池电量信息，低功耗，高可靠。可手动触发显示和手动复位。

8)采用宽温大容量军用锂电池，可有效保障系统正常工作。

智能监测装置采用了一体化设计，集温度、湿度、压力、过载冲击采集、处理、存储、传输功能于一体，且外形为直径80mm的圆柱形，采用螺纹方式与包装箱本体连接，拆卸更换十分便捷，且密封性能容易保证；壳体采用了纳米涂层防护技术，且加装了防护外壳，内部电路喷有三防漆，系统整体防水、防霉变、防尘等性能良好。结构上采取两腔结构设计，电池作为易耗品，定期更换可在现场进行更换，在设计中，充分考虑到电池定期更换的需要，电池座选用易于操作的卡座结构，现场拆装很容易，电池组只需要断开引线，旋下固定螺钉，就可以整体更换电池组；产品结构均采用金属可拆卸组装结构，结构形式均为常见结构，不涉及到特殊安装工具，日常维护中，较容易操作。电池组采用了本安防爆要求设计，一体式，外包装为加厚1.2mm环氧树脂绝缘板，绝缘材料浇注，电芯采用方形的钢壳电芯。单体锂电池内设有三重防护措施：一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是增加隔板，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是在电池顶部留有放气孔，电池内部压力上升到一定数值时，可以快速泄压，保证电池的使用安全性。

3、基于WiFi的数据无线传输机制

包装箱远程检测系统通过WiFi无线网络建立，该系统由三个模块组成，即数据采集终端(用户设备),无线信号传输模块，数据接收处理模块(终端设备)。其中数据采集终端与无线信号传输模块组成上位机，下位机是手持式终端(PDA或智能手机)。上位机负责信号的采集与传输，下位机负责信号的接收与处理。传感器采集包装箱中的温度、湿度和压力传递给WiFi模块，加速度测试仪采集加速度信息传递给另一个WiFi模块，再由WiFi无线网络发送给接收终端。如图5所示。

用户设备：用户设备包括数据采集卡和加速度测试仪，实现对包装箱中需要检测参数的采集。

无线传输模块：根据实际需要，选用串口转WIFI模块。和用户设备之间通过相应的接口连接。串口转WIFI模块内部集成了TCP/IP协议栈和Wi-Fi通讯模块驱动，利用它可以轻松实现串口用户设备的无线联网，实现用户设备和终端设备之间的通信。

终端设备：选用手持式智能手机或PAD，在终端设备上进行软件开发，执行数据采集、算法处理部分、数据通信部分和人机接口部分

工作方式：根据智能包装箱系统中数据传输方式，此系统中无线传输部分的工作方式采用Ad hoc自组网络模式。其中串口转WiFi模块作为AP，串口连接用户设备，智能手机等终端设备可以支持连接到串口转WiFi模块上。

数据传输方式：串口设备即数据采集卡和WiFi模块之间采用串口方式通信，只需将串口转WIFI模块接口中的串口通信引脚和串口设备中的对应引脚相连即可。串口转WIFI模块和终端设备间通过WIFI进行数据传输，采用TCP/UDP网络协议传输数据。基于WiFi无线控制系统不仅要有传输和显示数据的功能，还要具有将处理的数据信息反馈给用户设备，以实现电气控制的功能，因此，基于WiFi无线控制系统要具有双向传输数据的功能。如图6所示。

4、基于平板电脑(安卓等)终端控制软件

智能包装箱手持移动终端监控者程序共有两个主界面：登录界面和运行界面。登录界面如图左侧所示，运行界面包括四个可以滑动切换的界面，它们分别是当前状态显示界面、历史状态显示界面、历史操作显示界面和设置导航界面。如图7所示。

当前状态显示界面可以通过点选相应按钮查看单个监测项的历史记录，也可以发出冲/放气命令，还可以刷新状态。当前状态显示界面上的“历史温度”、“历史湿度”、“历史压力”、“历史x值”、“历史y值”和“历史z值”分别对应一个显示界面。

历史操作显示界面以记录的形式显示了一段时间内用户对智能包装箱的操作，包括阀值设置的记录、自动冲/放气操作和手动冲/放气操作的记录。

设置导航界面包含了“阀值设置”、“更新设置”、“频率设置”、“消息提醒”和“关于”界面的导航。

5、过载数据处理机制

过载数据的处理分为平稳运行和发生冲击事件两种情况，分别按照以下方式处理：

冲击事件中：计算时域下的最大值，进行时域及冲击响应谱分析，给出相应各测点时域最大值、冲击响应谱最大值和对应频率，并记录曲线数据；

平稳运行下：计算时域下的最大值、功率谱密度最大值及其对应的频率、总均方根值，并记录曲线数据。

基于MEMS传感设计，超低功耗，宽温大容量，依托军用防爆锂电池，续航时间超过13个月，可使用于长期户外无人值守的情况；

相对于以往产品，尺寸小，只有Φ80mm*100mm，可适用于多种包装箱外观；

一体化结构设计，螺纹连接，安装使用维护方便，更换时间可控制在1min。

密封性能优越，适应海边高盐雾，湿热环境的环境要求，外壳体设计采用了纳米涂层技术。

通用化信息接口，支持USB/RS232/蓝牙等多种数据传输方式，便于数据维护和利用；

具备识别撞击、跌落等意外事故的分析判断能力。

如图1所示，包装箱贮运信息化监测系统主要由智能监测装置、手持式巡检仪两部分组成。

其中，智能监测装置为系统核心，安装在包装箱本体结构上，完成包装箱环境数据和生产服务履历的采集、记录、报警、传输；手持式巡检仪为独立配备设备，可多个包装箱共用，手持式巡检仪通过USB接口与智能监测装置进行数据通信，一方面可以将智能监测装置中存储的温度、湿度、过载、报警记录、履历等数据信息下载并存储在内置SD卡内，另一方面可以由操作员将生产服务履历、报警阈值、采样周期等信息写入智能检测装置中，内置SD卡中的数据可以根据需要录入信息化管理平台。

锂电池组为系统工作提供电源，锂电池采用独立外置方式，在转运包装箱体上开设有电池槽，内置快插航插，外置电池上具有电量监测指示，当电量充足时指示灯为绿色，变为黄色时为电量低，变成红色是提示操作人员必须更换电池，更换电池时直接把电池拔出更换已经充好的电池组即可。

如图2所示，环境监测装置采用一体化设计主要由温、湿、压一体采集单元、振动采集单元、主控单元、数据存储单元、电池单元五部分组成。

环境监测装置的工作原理如图3所示，温、湿、压采集单元由温湿度和压力测量敏感元件组成，振动采集单元由三轴MES加速度计组成，以上两个单元拾取温、湿度、压力等物理量信息，并转换为电学信号，然后由主控单元对电信号进行分析处理，并存储在数据存储单元中，当收到数据读取请求时采用有线或无线方式进行数据传输。

智能监测装置具备以下功能特点：

1)主控单元采用MSP430系列单片机，单片机多种低功耗模式，可以有效降低系统耗电。

2)温湿度采集单元每30分钟采集一次温湿度信息并进行保存。

3)振动采集单元采用微功耗级传感器，实时监测振动传感器。振动开关会在振动值大于某一特定加速度值时，启动电路供电，让振动采集单元开始工作，并且系统会处理采集到的振动值，会将当前最大的加速度值保存到数据存储单元中。

4)数据存储单元采用板载flash存储芯片，容量256M。其工作模式采用分时工作方式，当系统需要保存数据时，单片机控制存储系统电源，开始存储；当不保存数据时，单片机会切断存储单元的供电，利用分时工作机制有效降低芯片能耗。

5)数据存储单元通过串口可以和上位机软件进行交互。上位机软件可以将包装箱型号、内装物生产信息、服务履历写入存储单元；同时也可以读取存储单元中全部的温湿度以及振动数据，并绘制出历史数据变化曲线。

6)时钟单元用于对主控单元内部的系统时钟进行校准。每天定点校准一次，实时时钟芯片每天上电运行一次。

7)采用墨水屏显示数据，低功耗，高可靠。可手动触发显示，在数据异常时会高速闪烁显示。

8)采用宽温大容量电池，工作温度为-40--80℃，可有效保障系统正常工作。

手持巡检仪由软件系统与硬件两部分组成。硬件根据需求可以选择手机或者平板电脑。软件系统的具体功能如下：

定时更新数据：根据设定的更新时长定时更新手持移动终端客户端上的各项数据；

实时刷新数据：根据刷新请求实时刷新手持移动终端客户端上的各项数据；

阀值设定：设定智能包装箱上各项指标的阀值，超出阀值系统推送报警信息；

远程控制：设定预期的压力值对智能包装箱的充气/放气阀门进行控制；

历史记录：提供单维和多维的数据历史记录，以图形画界面进行展示；

状态推送：智能包装箱共3种状态(正常、控制触发、控制结束)，智能包装箱每种状态转换时均有消息提醒。

数据存储：将一定量的记录数据持久化到手持移动终端设备上。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，包括：智能监测装置、手持式巡检仪以及仓库信息化管理单元；

所述智能监测装置与手持式巡检仪相连接；

所述仓库信息化管理单元与手持式巡检仪相连接；

所述智能监测装置包括：过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块以及数据记录模块；

所述箱内环境监测模块与主控模块相连；

所述主控模块与数据记录模块相连；

所述过载状态监测模块与主控模块相连。

2.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置还包括：指示模块；

所述指示模块与主控模块相连；

所述指示模块能够指示智能监测装置的状态；

所述主控单元采用MSP430系列单片机；

所述数据记录模块采用板载flash存储芯片。

3.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置还包括：内部时钟、振动采集单元；

所述内部时钟与主控模块相连；

所述振动采集单元采用微功耗级传感器。

4.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置还包括：过载采集开关；

所述过载采集开关与过载状态监测模块相连；

所述过载采集开关能够在振动值大于设定安全加速度值时，启动电路供电。

5.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置还包括：蓄电池组；

所述蓄电池组与过载状态监测模块、箱内环境监测模块、主控模块以及数据记录模块分别相连。

6.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述手持式巡检仪通过USB接口或WIFI与智能监测装置进行信息互联。

7.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置能够获取和/或存储以下任意一种或者信息：

-温度信息；

-湿度信息；

-过载信息；

-报警记录信息；

-履历信息。

8.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置包括：SD卡；

所述SD卡设置于智能监测装置内部；

所述SD卡能够存储以下任意一种或者信息：

-温度信息；

-湿度信息；

-过载信息；

-报警记录信息；

-履历信息。

9.根据权利要求1所述的存运输包装箱环境智能监控系统，其特征在于，所述智能监测装置能够获取任意一种或者信息：

-生产服务履历信息；

-报警阈值设置信息；

-采样周期设置信息。

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