CN113032208B - 一种基于LoRa的智能冷链车系统及测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa的智能冷链车系统及测控方法。该系统包括测控子系统、测控主系统以及远程监控系统。测控子系统包括五个终端节点，测控主系统包括LoRa射频板、核心控制板以及触摸显示屏。远程监控系统用于将五个终端节点所检测到的货柜中和冷链车外的温湿度、位置信息、开合状态、声光报警信息以及视频信息显示在一个移动端或PC端上，这些信息还显示在触摸显示屏上。本发明实现从传感器上捕获数据并在网页上显示其状态，使得处于驾驶室的工作人员能够实时的观察到冷链车的温湿度和门状态以及货柜门周围的实时画面情况。本发明实现资源的合理应用以及冷藏的智能控制，实现冷链车的智能化，能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统。

Description

一种基于LoRa的智能冷链车系统及测控方法

技术领域

本发明涉及冷链运输技术领域的一种冷链车系统，尤其涉及一种基于LoRa的智能冷链车系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，人民不断追求更高水平的生活质量，大众对生鲜食品、药品等产品的质量要求越来越高。冷链运输是此类货物运输和配送的重要途径，而冷藏车是冷链物流中短距离运输易腐产品的主要工具，是冷链系统中不可或缺的一环。但现有冷藏车厢内温度分布不均、控温效果差、智能化程度低，严重限制了冷藏车的运输能力。

在现有技术中，对冷藏车的监控存在一些缺陷：冷藏车在运输途中的情况不能被远程工作人员实时观察；同时对于某些特种商品的运输，委托方有特定的运输路线要求，要求能远程观察冷藏车的运动轨迹，货柜内温湿度以及货柜内的紫外线杀菌灯是否开启等。

发明内容

为解决现有的冷链车系统不能够对信息进行及时反馈的技术问题，本发明提供一种基于LoRa的智能冷链车系统及测控方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于LoRa的智能冷链车系统，其包括：

测控子系统，其包括终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四以及终端节点五；所述终端节点一包括LoRa射频模块一和多路温湿度传感器一；多路温湿度传感器一安装在冷链车的货柜中，并用于检测所述货柜中的温湿度；所述终端节点二包括LoRa射频模块二，且用于驱使所述货柜中的紫外线杀菌灯进行杀菌，并驱使制冷机工作以调节所述货柜中的温湿度；所述终端节点三包括LoRa射频模块三、一路温湿度传感器二和定位模块；所述一路温湿度传感器二用于检测所述冷链车外的温湿度；所述定位模块用于检测所述冷链车的经纬度，并获得位置信息；所述终端节点四包括LoRa射频模块四、开关传感器和声光报警装置；所述开关传感器用于监测所述货柜的门的开合状态，并在所述货柜门打开时产生一个触发信号；所述声光报警装置安装在所述冷链车上，并用于在触发时发出声光报警信号；所述终端节点五包括LoRa射频模块五和摄像头；所述摄像头用于对所述货柜门周边进行视频监控和记录，获得相应的视频信息；

测控主系统，其包括LoRa射频板、核心控制板以及触摸显示屏；所述LoRa射频板与所述LoRa射频模块一、所述LoRa射频模块二、所述LoRa射频模块三、所述LoRa射频模块四以及所述LoRa射频模块五通讯，并将接收的LoRa信号发送至所述核心控制板；所述核心控制板用于对所述LoRa信号进行处理以在所述触摸显示屏上显示所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息；所述核心控制板还通过所述LoRa射频板下发控制指令至所述终端节点一、所述终端节点二、所述终端节点三、所述终端节点四以及所述终端节点五；以及

远程监控系统，其用于将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息显示在一个移动端或PC端上；所述远程监控系统还用于先将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得所述冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断所述斜率是否为正值；在所述斜率为正值时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断所述斜率是否大于一个预设值一；在所述斜率大于所述预设值一时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行制冷；在所述斜率为负值时，所述远程监控系统确定所述冷链车的车体温度处于下降状态，并判断所述斜率是否小于一个预设值二；在所述斜率小于所述预设值二时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行升温。

本发明通过使用LoRa的自组网功能，将冷藏车需要的货柜内部和车辆外部的温度数据、货柜门状态、车辆实时位置GPS数据以及摄像头监测到的视频数据传输到远程监控系统，实现从传感器上捕获数据并在网页上显示其状态，使得处于驾驶室的工作人员能够实时的观察到冷链车的温湿度和门状态以及货柜门周围的实时画面情况。而且，本发明通过将检测到的货柜内部的温湿度数据、车辆外部的自然温度数据和车辆实时定位的GPS数据储存在远程服务器的数据库中，远程服务器通过对数据库中的历史数据进行合理的分析以及预测，通知工作人员对冷藏车的制冷机进行相应的操作，实现资源的合理应用以及冷藏的智能控制，解决了现有的冷链车系统不能够对信息进行及时反馈的技术问题。

作为上述方案的进一步改进，所述终端节点一还包括微处理器一和可充电锂电池一；所述微处理器一用于驱使所述多路温湿度传感器一每隔一个预设时间一检测一次所述货柜中的温湿度且驱使所述LoRa射频模块一将相应的温湿度数据传输至所述测控主系统；所述可充电锂电池一用于向所述微处理器一、所述LoRa射频模块一和所述多路温湿度传感器一供电。

作为上述方案的进一步改进，所述终端节点二还包括继电器、微处理器二以及可充电锂电池二；所述微处理器二用于通过所述LoRa射频模块二接收所述测控主系统的下发指令，并根据所述下发指令驱使所述继电器打开或关闭，且在所述继电器打开时给相应的引脚口一个高电平一以使所述继电器启动所述紫外线杀菌灯进行杀菌；所述可充电锂电池二用于向所述LoRa射频模块二、所述继电器以及所述微处理器二供电。

作为上述方案的进一步改进，所述终端节点三还包括微处理器三和可充电锂电池三；所述微处理器三用于驱使所述一路温湿度传感器二每隔一个预设时间二检测一次所述冷链车外的温湿度且驱使所述LoRa射频模块三将相应的温湿度数据传输至所述测控主系统；所述微处理器三还用于驱使所述定位模块每隔一个预设时间三检测一次所述经纬度，并使所述LoRa射频模块三将所述位置信息传输至所述测控主系统；所述可充电锂电池三用于向所述LoRa射频模块三、所述一路温湿度传感器二、所述定位模块以及所述微处理器三供电。

作为上述方案的进一步改进，所述终端节点四还包括微处理器四和可充电锂电池四；在所述货柜的门触发打开状态时，所述开关传感器在所述微处理器四对应的引脚端口上传一个高电平二给所述微处理器四，所述微处理器四在检测所述高电平二到来时，通过所述LoRa射频模块四上传一条相应的开合状态数据给所述测控主系统；所述可充电锂电池四用于向所述LoRa射频模块四、所述开关传感器和所述微处理器四供电。

作为上述方案的进一步改进，所述声光报警装置包括声光报警器和报警按钮；所述报警按钮设置在所述货柜中，并用于在按压后打开所述声光报警器，所述声光报警器发出所述声光报警信号。

作为上述方案的进一步改进，所述温湿度传感器一为SHT30温湿度传感器，所述温湿度传感器二为温度传感器PT1000；所述LoRa射频模块一、所述LoRa射频模块二、所述LoRa射频模块三、所述LoRa射频模块四以及所述LoRa射频模块五均为通信SX1278LoRa射频模块；所述定位模块为WH-GN100模块，并通过串口与所述微处理器三进行数据交互；所述开关传感器为干簧管门开关传感器；所述微处理器一、所述微处理器二、所述微处理器三以及所述微处理器四均为STM32L051C8T6微处理器。

作为上述方案的进一步改进，所述LoRa射频板包括一片SX1301芯片与亮片SX1255；所述SX1301芯片为数字处理单元，并用于实现LoRa正交信号的调制与解调，且实现多路不同扩频因子的信号处理；所述亮片SX1255在射频前端采用数控增益放大芯片RFPA0133将射频信号放大至20dBm，采用SPF5043低噪前置放大器将接收信号放大；所述核心控制板采用树莓派作为系统核心处理器，且集成网关系统和LoRawan服务器，并设有位于所述冷链车的车头内部的树莓派终端；在所述树莓派上搭建MQTT客户端以实现所述树莓派和所述远程监控系统的服务器进行数据的交互，所述MQTT客户端的发布者用于将车辆的实时位置信息GPS数据和所述货柜内部和外部的自然温湿度数据上传给所述远程监控系统的服务器。

作为上述方案的进一步改进，所述测控主系统在LoRa终端和LoRa网关之间采用基LoRaWAN协议的网络进行通信，在LoRa网关和远程监控系统之间采用基于TCP/IP协议的网络进行通信。

本发明还提供一种基于LoRa的智能冷链车测控方法，其应用于上述任意所述的基于LoRa的智能冷链车系统中，其特征在于，其包括以下步骤：

获取所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述冷链车的位置信息、所述货柜门的开合状态以及所述货柜门周边的视频信息；

在所述触摸显示屏上显示所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息；

将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息显示在一个移动端或PC端上；

先将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得所述冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断所述斜率是否为正值；

在所述斜率为正值时，确定所述冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断所述斜率是否大于一个预设值一；在所述斜率大于所述预设值一时，确定所述冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行制冷；

在所述斜率为负值时，确定所述冷链车的车体温度处于下降状态，并判断所述斜率是否小于一个预设值二；在所述斜率小于所述预设值二时，确定所述冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行升温。

相较于现有的冷链车系统，本发明的基于LoRa的智能冷链车系统及测控方法具有以下有益效果：

1、该基于LoRa的智能冷链车系统，其通过使用LoRa的自组网功能，将冷藏车需要的货柜内部和车辆外部的温度数据、货柜门状态、车辆实时位置GPS数据以及摄像头监测到的视频数据传输到车头内部的树莓派终端，通过Python Web服务器借助Flask和树莓派。其实现Web服务器以及从传感器上捕获数据并在网页上显示其状态，使得处于驾驶室的工作人员能够实时的观察到冷链车的温湿度和门状态以及货柜门周围的实时画面情况。

2、该基于LoRa的智能冷链车系统，其通过将检测到的货柜内部的温湿度数据、车辆外部的自然温度数据和车辆实时定位的GPS数据储存在远程服务器的数据库中，远程服务器通过对数据库中的历史数据进行合理的分析以及预测，通知工作人员对冷藏车的制冷机进行相应的操作，实现资源的合理应用以及冷藏的智能控制。

3、该基于LoRa的智能冷链车系统，其树莓派将接收到的温湿度和GPS数据经过处理、显示、储存之后，会通过TCP/IP网络将数据上传到远程服务器，服务器经过处理之后将数据推送给PC端或者手机端，这样之后，远距离的工作人员也能够实现远距离的观察冷链车的实时位置以及冷藏情况，实现冷链车的智能化。

4、该基于LoRa的智能冷链车系统，其在冷链车上使用LoRa无线通信技术进行传感器节点和网关之间的数据交互，这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

5、该基于LoRa的智能冷链车系统，其网关以树莓派为运算单元，既实现了服务端的功能，实现数据能实时显示，也实现了接收终端数据、数据上传至服务层，以及将数据下发给终端节点的功能。而且，在冷链车的货柜内部设置一个无线声光报警器，当工作人员被误关在货柜内部时，可通过报警按键进行危险报警，声光传感器发出闪烁的强光和刺耳的声音来通知外部人员对被困人员进行解救。

6、该基于LoRa的智能冷链车测控方法，其有益效果与上述基于LoRa的智能冷链车系统的有益效果相同，在此不再做赘述。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于LoRa的智能冷链车系统的系统框架图。

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，以下结合附图及实施例，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施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供了一种基于LoRa的智能冷链车系统，该系统为冷链车的内部系统和外部系统，为整个车辆的冷链控制和检测提供服务。其中，该系统包括测控子系统、测控主系统以及远程监控系统。LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多LPWAN通信技术中的一种，最早由美国Semtech公司采用和推广。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。

为了考虑到冷链车的体积和系统实际安装分布情况，故将测控子系统分成五个功能不同的终端节点，即测控子系统包括终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四以及终端节点五。五个终端节点都主要包括MCU单片机模块，传感器检测模块等，并且通过LoRa的通讯模块与测控主系统之间实现通信功能。接下来对这五个终端节点进行详细的介绍。

终端节点一包括LoRa射频模块一和多路温湿度传感器一，还可以包括微处理器一和可充电锂电池一。多路温湿度传感器一安装在冷链车的货柜中，并用于检测货柜中的温湿度。微处理器一用于驱使多路温湿度传感器一每隔一个预设时间一检测一次货柜中的温湿度且驱使LoRa射频模块一将相应的温湿度数据传输至测控主系统。可充电锂电池一用于向微处理器一、LoRa射频模块一和多路温湿度传感器一供电。在本实施例中，终端节点一主要包括6路SHT30温湿度传感器，一个主控STM32L051C8T6低功耗微处理器，一个通信SX1278LoRa射频模块，可充电锂电池。SHT30可检测的温度范围为-40℃～125℃，完全满足冷链车的需求，SHT30通过I2C与MCU进行数据交互，6路传感器均匀分布在货柜的各个位置，能够正确检测货柜内部的温度和湿度，合理的多路检测以及温湿度传感器的均匀分布使得测得的数据更加具有说服力。STM32L051C8T6属于低功耗处理器，进入休眠状态时，功耗可以降到3uA,设置休眠时间为3秒，每3秒检测一次温湿度数据并上传数据，其余时间处于休眠状态，能够有效地检测数据并使设备能够更加持久性地工作。SX1278是一款完整的、体积小巧的、低功耗的无线收发模块，集成了所有RF相关的外围电路，用户不需要对射频电路设计深入了解，就可以使用本模块轻易地开发出性能稳定、可靠性高的无线产品；使用SX1278可以将监测到的温湿度数据完整正确地传输给测控主系统。

终端节点二包括LoRa射频模块二，且用于驱使货柜中的紫外线杀菌灯进行杀菌，并驱使制冷机工作以调节货柜中的温湿度。在本实施例中，终端节点二还包括继电器、微处理器二以及可充电锂电池二。微处理器二用于通过LoRa射频模块二接收测控主系统的下发指令，并根据下发指令驱使继电器打开或关闭，且在继电器打开时给相应的引脚口一个高电平一以使继电器启动紫外线杀菌灯进行杀菌。可充电锂电池二用于向LoRa射频模块二、继电器以及微处理器二供电。其中，本实施例的终端节点二主要包括一个继电器，一个主控STM32L051C8T6低功耗微处理器，一个通信SX1278LoRa射频模块，可充电锂电池。射频模块实时监测测控主系统的下发命令，接收到数据时，将数据传输给微处理器，微处理器经过处理之后，若需要打开继电器，则给继电器的引脚口一个高电平来控制继电器开启，用于控制货柜内的紫外线杀菌灯的开启与关闭。

终端节点三包括LoRa射频模块三、一路温湿度传感器二和定位模块，还可以包括微处理器三和可充电锂电池三。一路温湿度传感器二用于检测冷链车外的温湿度。定位模块用于检测冷链车的经纬度，并获得位置信息。微处理器三用于驱使一路温湿度传感器二每隔一个预设时间二检测一次冷链车外的温湿度且驱使LoRa射频模块三将相应的温湿度数据传输至测控主系统。微处理器三还用于驱使定位模块每隔一个预设时间三检测一次经纬度，并使LoRa射频模块三将位置信息传输至测控主系统。可充电锂电池三用于向LoRa射频模块三、一路温湿度传感器二、定位模块以及微处理器三供电。本实施例的终端节点三主要包括一路温度传感器PT1000，GPS模块，一个主控STM32L051C8T6低功耗微处理器，一个通信SX1278LoRa射频模块，可充电锂电池。PT1000通过IO口与微处理器连接，用于检测车体外部的自然温度，GPS模块使用的WH-GN100模块，通过串口与微处理器进行数据交互，用于监测车辆的经纬度，STM32每3秒钟给传感器的IO口一个高电平，开启一个串口，传感器与GPS模块每3秒钟检测一次数据，其余时间处于休眠状态，将检测到的数据传输给STM32微处理器，经过处理器的处理之后，通过LoRa射频模块，将数据上传给测控主系统。

终端节点四包括LoRa射频模块四、开关传感器和声光报警装置，还可以包括微处理器四和可充电锂电池四。开关传感器用于监测货柜的门的开合状态，并在货柜门打开时产生一个触发信号。声光报警装置安装在冷链车上，并用于在触发时发出声光报警信号。具体而言，声光报警装置包括声光报警器和报警按钮。报警按钮设置在货柜中，并用于在按压后打开声光报警器，声光报警器发出声光报警信号。在货柜的门触发打开状态时，开关传感器在微处理器四对应的引脚端口上传一个高电平二给微处理器四，微处理器四在检测高电平二到来时，通过LoRa射频模块四上传一条相应的开合状态数据给测控主系统。可充电锂电池四用于向LoRa射频模块四、开关传感器和微处理器四供电。本实施例的终端节点四要包括干簧管门开关传感器，继电器，声光报警装置，STM32微处理器，LoRa射频模块。门开关传感器用于实时监测货柜的门的状态，每当门被打开时，传感器会在微处理器对应的引脚端口上传一个高电平给微处理器，微处理器经过检测高电平的到来，会通过LoRa模块上传一条数据给测控主系统。声光报警装置用于人员误关箱内，通过按钮开关实现声光报警，保证操作人员安全，防止被关如箱体。当人员被误关在货柜内，只要按下按钮开关，对应的继电器会获得一个高电平，报警装置和220V的电源线连接，安装位于驾驶室内部的声光报警器发出刺耳的响声和发出闪烁的灯光。当按键按钮被再次按下后，继电器关闭，报警装置和220V连接断开，警报解除。

终端节点五包括LoRa射频模块五和摄像头。摄像头用于对货柜门周边进行视频监控和记录，获得相应的视频信息。LoRa射频模块五则为为通信SX1278LoRa射频模块，这与之前的四个LoRa射频模块相同，因此更容易进行选型和制造。由于摄像头对车辆的货柜门周边进行视频监测和记录，并且当货柜门被打开时，测控主系统会控制摄像头对开门者进行照片拍摄，并将照片数据存储在测控主系统上的数据库内，可以便于对开启货柜门的工作人员进行匹配。

测控主系统放置在冷链车的车头部位，其主要分为三个部分，即包括LoRa射频板、核心控制板以及触摸显示屏。LoRa射频板与LoRa射频模块一、LoRa射频模块二、LoRa射频模块三、LoRa射频模块四以及LoRa射频模块五通讯，并将接收的LoRa信号发送至核心控制板。LoRa射频板包括一片SX1301芯片与亮片SX1255，最多可完成8个LoRaWAN信道信号的监听与处理。SX1301芯片为数字处理单元，并用于实现LoRa正交信号的调制与解调，且实现多路不同扩频因子的信号处理。SX1255最大的发射功率为7dBm，国际上在公共频段470MHz允许的最大发射功率为20dBm，为了提高网关的传输距离，亮片SX1255在射频前端采用数控增益放大芯片RFPA0133将射频信号放大至20dBm，SX1255的最大允许输入信号功率为6dBm，故可采用SPF5043低噪前置放大器将接收信号放大，提高接收机的接收性能。

核心控制板用于对LoRa信号进行处理以在触摸显示屏上显示货柜中的温湿度、冷链车外的温湿度、位置信息、开合状态、声光报警信息以及视频信息。核心控制板还通过LoRa射频板下发控制指令至终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四以及终端节点五。核心控制板采用树莓派作为系统核心处理器，且集成网关系统和LoRawan服务器，并设有位于冷链车的车头内部的树莓派终端；在树莓派上搭建MQTT客户端以实现树莓派和远程监控系统的服务器进行数据的交互，MQTT客户端的发布者用于将车辆的实时位置信息GPS数据和货柜内部和外部的自然温湿度数据上传给远程监控系统的服务器。

核心控制板选用Raspberry Pi3作为系统核心处理器,在该嵌入式平台上搭建Linux系统以运行网关所有的程序。它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口(A型没有网口)，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。

该网关系统在单一嵌入式硬件(树莓派)上同时集成了网关的所有功能和LoRawan服务器的功能。将冷藏车需要显示给车头部位的工作人员数据，如货柜内部的温湿度数据、车辆实时位置GPS数据、货柜的门开关状态、报警显示以及摄像头监测到的视频数据传输到车头内部的树莓派终端，通过Python Web服务器借助Flask和树莓派。实现Web服务器以及从传感器上捕获数据并在网页上显示其状态，使得处于驾驶室的工作人员能够实时的观察到数据，同时工作人员可以通过触摸屏下发指令，实现可以通过网页手动下发指令对执行节点进行调节。

测控主系统在LoRa终端和LoRa网关之间采用基LoRaWAN协议的网络进行通信，在LoRa网关和远程监控系统之间采用基于TCP/IP协议的网络进行通信。在树莓派上搭建MQTT客户端，实现树莓派和远程监控系统的服务器进行数据的交互，该客户端不仅可以作为一个消息发布者，也可以作为一个消息订阅者；通过MQTT客户端的发布者将车辆的实时位置信息GPS数据和货柜内部和车辆外部的自然温湿度数据上传给远程监控系统的服务器。

远程监控系统用于将货柜中和冷链车外的温湿度、位置信息、开合状态、声光报警信息以及视频信息显示在一个移动端或PC端上。远程监控系统还用于先将货柜中和冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断斜率是否为正值。在斜率为正值时，远程监控系统确定冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断斜率是否大于一个预设值一。在斜率大于预设值一时，远程监控系统确定冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在触摸显示屏上，并驱使冷链车进行制冷。在斜率为负值时，远程监控系统确定冷链车的车体温度处于下降状态，并判断斜率是否小于一个预设值二。在斜率小于预设值二时，远程监控系统确定冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在触摸显示屏上，并驱使冷链车进行升温。

远程监控系统的服务器通过解析、处理主系统发送的数据，将其显示的PC机或者手机端；同时服务器对接收的货柜内部和车辆外部的自然温湿度实时数据和历史数据进行分析，并结合模糊控制方法对货柜内的制冷设备实现智能控制，利用车辆外部的温度变化趋势对制冷机进行预报和决策，通过MQTT发布消息，下发指令给测控主系统的树莓派处理器，提醒车辆上的工作人员对制冷机进行相关的操作，从而达到节能减排的目的。

综上所述，相较于现有的冷链车系统，本实施例的基于LoRa的智能冷链车系统具有以下优点：

1、该基于LoRa的智能冷链车系统，其通过使用LoRa的自组网功能，将冷藏车需要的货柜内部和车辆外部的温度数据、货柜门状态、车辆实时位置GPS数据以及摄像头监测到的视频数据传输到车头内部的树莓派终端，通过Python Web服务器借助Flask和树莓派。其实现Web服务器以及从传感器上捕获数据并在网页上显示其状态，使得处于驾驶室的工作人员能够实时的观察到冷链车的温湿度和门状态以及货柜门周围的实时画面情况。

2、该基于LoRa的智能冷链车系统，其通过将检测到的货柜内部的温湿度数据、车辆外部的自然温度数据和车辆实时定位的GPS数据储存在远程服务器的数据库中，远程服务器通过对数据库中的历史数据进行合理的分析以及预测，通知工作人员对冷藏车的制冷机进行相应的操作，实现资源的合理应用以及冷藏的智能控制。

3、该基于LoRa的智能冷链车系统，其树莓派将接收到的温湿度和GPS数据经过处理、显示、储存之后，会通过TCP/IP网络将数据上传到远程服务器，服务器经过处理之后将数据推送给PC端或者手机端，这样之后，远距离的工作人员也能够实现远距离的观察冷链车的实时位置以及冷藏情况，实现冷链车的智能化。

4、该基于LoRa的智能冷链车系统，其在冷链车上使用LoRa无线通信技术进行传感器节点和网关之间的数据交互，这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

5、该基于LoRa的智能冷链车系统，其网关以树莓派为运算单元，既实现了服务端的功能，实现数据能实时显示，也实现了接收终端数据、数据上传至服务层，以及将数据下发给终端节点的功能。而且，在冷链车的货柜内部设置一个无线声光报警器，当工作人员被误关在货柜内部时，可通过报警按键进行危险报警，声光传感器发出闪烁的强光和刺耳的声音来通知外部人员对被困人员进行解救。

实施例2

本实施例提供了一种基于LoRa的智能冷链车测控方法，该方法应用于实施例1中的基于LoRa的智能冷链车系统中。其中，该测控方法主要包括以下这些步骤。

获取货柜中的温湿度、冷链车外的温湿度、冷链车的位置信息、货柜门的开合状态以及货柜门周边的视频信息。

在触摸显示屏上显示货柜中的温湿度、冷链车外的温湿度、位置信息、开合状态、声光报警信息以及视频信息。

将货柜中和冷链车外的温湿度、位置信息、开合状态、声光报警信息以及视频信息显示在一个移动端或PC端上。

先将货柜中和冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断斜率是否为正值。

在斜率为正值时，确定冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断斜率是否大于一个预设值一。在斜率大于预设值一时，确定冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在触摸显示屏上，并驱使冷链车进行制冷。

在斜率为负值时，确定冷链车的车体温度处于下降状态，并判断斜率是否小于一个预设值二。在斜率小于预设值二时，确定冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在触摸显示屏上，并驱使冷链车进行升温。

实施例3

本实施例提供了一种冷链车，该冷链车直接使用实施例1中的基于LoRa的智能冷链车系统，其能够运输各种冷链产品。该冷链车能够使用LoRa无线通信技术进行传感器节点和网关之间的数据交互，这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。而且冷链车通过对接收的货柜内部和车辆外部的自然温湿度实时数据和历史数据进行分析，并结合模糊控制方法对货柜内的制冷设备实现智能控制。

实施例4

本实施例提供了一种计算机终端，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行程序时实现实施例2的基于LoRa的智能冷链车测控方法的步骤。

实施例2的基于LoRa的智能冷链车测控方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成独立运行的程序，安装在计算机终端上，计算机终端可以是电脑、智能手机、控制系统以及其他物联网设备等。实施例2的基于LoRa的智能冷链车测控方法也可以设计成嵌入式运行的程序，安装在计算机终端上，如安装在单片机上。

实施例5

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。程序被处理器执行时，实现实施例2的基于LoRa的智能冷链车测控方法的步骤。

实施例2的基于LoRa的智能冷链车测控方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成计算机可读存储介质可独立运行的程序，计算机可读存储介质可以是U盘，设计成U盾，通过U盘设计成通过外在触发启动整个方法的程序。

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)

1.一种基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，其包括：

测控子系统，其包括终端节点一、终端节点二、终端节点三、终端节点四以及终端节点五；所述终端节点一包括LoRa射频模块一和多路温湿度传感器一；多路温湿度传感器一安装在冷链车的货柜中，并用于检测所述货柜中的温湿度；所述终端节点二包括LoRa射频模块二，且用于驱使所述货柜中的紫外线杀菌灯进行杀菌，并驱使制冷机工作以调节所述货柜中的温湿度；所述终端节点三包括LoRa射频模块三、一路温湿度传感器二和定位模块；所述一路温湿度传感器二用于检测所述冷链车外的温湿度；所述定位模块用于检测所述冷链车的经纬度，并获得位置信息；所述终端节点四包括LoRa射频模块四、开关传感器和声光报警装置；所述开关传感器用于监测所述货柜的门的开合状态，并在所述货柜门打开时产生一个触发信号；所述声光报警装置安装在所述冷链车上，并用于在触发时发出声光报警信号；所述终端节点五包括LoRa射频模块五和摄像头；所述摄像头用于对所述货柜门周边进行视频监控和记录，获得相应的视频信息；

测控主系统，其包括LoRa射频板、核心控制板以及触摸显示屏；所述LoRa射频板与所述LoRa射频模块一、所述LoRa射频模块二、所述LoRa射频模块三、所述LoRa射频模块四以及所述LoRa射频模块五通讯，并将接收的LoRa信号发送至所述核心控制板；所述核心控制板用于对所述LoRa信号进行处理以在所述触摸显示屏上显示所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息；所述核心控制板还通过所述LoRa射频板下发控制指令至所述终端节点一、所述终端节点二、所述终端节点三、所述终端节点四以及所述终端节点五；以及

远程监控系统，其用于将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息显示在一个移动端或PC端上；所述远程监控系统还用于先将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得所述冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断所述斜率是否为正值；在所述斜率为正值时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断所述斜率是否大于一个预设值一；在所述斜率大于所述预设值一时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行制冷；在所述斜率为负值时，所述远程监控系统确定所述冷链车的车体温度处于下降状态，并判断所述斜率是否小于一个预设值二；在所述斜率小于所述预设值二时，所述远程监控系统确定所述冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行升温。

2.如权利要求1所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述终端节点一还包括微处理器一和可充电锂电池一；所述微处理器一用于驱使所述多路温湿度传感器一每隔一个预设时间一检测一次所述货柜中的温湿度且驱使所述LoRa射频模块一将相应的温湿度数据传输至所述测控主系统；所述可充电锂电池一用于向所述微处理器一、所述LoRa射频模块一和所述多路温湿度传感器一供电。

3.如权利要求2所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述终端节点二还包括继电器、微处理器二以及可充电锂电池二；所述微处理器二用于通过所述LoRa射频模块二接收所述测控主系统的下发指令，并根据所述下发指令驱使所述继电器打开或关闭，且在所述继电器打开时给相应的引脚口一个高电平一以使所述继电器启动所述紫外线杀菌灯进行杀菌；所述可充电锂电池二用于向所述LoRa射频模块二、所述继电器以及所述微处理器二供电。

4.如权利要求3所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述终端节点三还包括微处理器三和可充电锂电池三；所述微处理器三用于驱使所述一路温湿度传感器二每隔一个预设时间二检测一次所述冷链车外的温湿度且驱使所述LoRa射频模块三将相应的温湿度数据传输至所述测控主系统；所述微处理器三还用于驱使所述定位模块每隔一个预设时间三检测一次所述经纬度，并使所述LoRa射频模块三将所述位置信息传输至所述测控主系统；所述可充电锂电池三用于向所述LoRa射频模块三、所述一路温湿度传感器二、所述定位模块以及所述微处理器三供电。

5.如权利要求4所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述终端节点四还包括微处理器四和可充电锂电池四；在所述货柜的门触发打开状态时，所述开关传感器在所述微处理器四对应的引脚端口上传一个高电平二给所述微处理器四，所述微处理器四在检测所述高电平二到来时，通过所述LoRa射频模块四上传一条相应的开合状态数据给所述测控主系统；所述可充电锂电池四用于向所述LoRa射频模块四、所述开关传感器和所述微处理器四供电。

6.如权利要求1所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述声光报警装置包括声光报警器和报警按钮；所述报警按钮设置在所述货柜中，并用于在按压后打开所述声光报警器，所述声光报警器发出所述声光报警信号。

7.如权利要求5所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述温湿度传感器一为SHT30温湿度传感器，所述温湿度传感器二为温度传感器PT1000；所述LoRa射频模块一、所述LoRa射频模块二、所述LoRa射频模块三、所述LoRa射频模块四以及所述LoRa射频模块五均为通信SX1278LoRa射频模块；所述定位模块为WH-GN100模块，并通过串口与所述微处理器三进行数据交互；所述开关传感器为干簧管门开关传感器；所述微处理器一、所述微处理器二、所述微处理器三以及所述微处理器四均为STM32L051C8T6微处理器。

8.如权利要求1所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述LoRa射频板包括一片SX1301芯片与亮片SX1255；所述SX1301芯片为数字处理单元，并用于实现LoRa正交信号的调制与解调，且实现多路不同扩频因子的信号处理；所述亮片SX1255在射频前端采用数控增益放大芯片RFPA0133将射频信号放大至20dBm，采用SPF5043低噪前置放大器将接收信号放大；所述核心控制板采用树莓派作为系统核心处理器，且集成网关系统和LoRawan服务器，并设有位于所述冷链车的车头内部的树莓派终端；在所述树莓派上搭建MQTT客户端以实现所述树莓派和所述远程监控系统的服务器进行数据的交互，所述MQTT客户端的发布者用于将车辆的实时位置信息GPS数据和所述货柜内部和外部的自然温湿度数据上传给所述远程监控系统的服务器。

9.如权利要求8所述的基于LoRa的智能冷链车系统，其特征在于，所述测控主系统在LoRa终端和LoRa网关之间采用基LoRaWAN协议的网络进行通信，在LoRa网关和远程监控系统之间采用基于TCP/IP协议的网络进行通信。

10.一种基于LoRa的智能冷链车测控方法，其应用于如权利要求1-9中任意一项所述的基于LoRa的智能冷链车系统中，其特征在于，其包括以下步骤：

获取所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述冷链车的位置信息、所述货柜门的开合状态以及所述货柜门周边的视频信息；

在所述触摸显示屏上显示所述货柜中的温湿度、所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息；

将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度、所述位置信息、所述开合状态、声光报警信息以及所述视频信息显示在一个移动端或PC端上；

先将所述货柜中和所述冷链车外的温湿度实时数据与温湿度历史数据统计，获得最新的两个时间点的温湿度数据，再利用两点确定一条直线，且横坐标为时间，纵坐标为温湿度，以获得所述冷链车外部的温湿度变化趋势以及数据线的斜率，最后判断所述斜率是否为正值；

在所述斜率为正值时，确定所述冷链车外部的温湿度处于上升状态，并判断所述斜率是否大于一个预设值一；在所述斜率大于所述预设值一时，确定所述冷链车外部温度处于快速升温状态，且发出降温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行制冷；

在所述斜率为负值时，确定所述冷链车的车体温度处于下降状态，并判断所述斜率是否小于一个预设值二；在所述斜率小于所述预设值二时，确定所述冷链车外部温度处于快速下降状态，且发出升温提醒信息以显示在所述触摸显示屏上，并驱使所述冷链车进行升温。

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