CN1884012B - 集成式集装箱关封 - Google Patents
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Abstract
一种集成式集装箱关封，至少包括：感应箱门开关状态的传感器；可与无线终端进行无线通讯实现数据传输的无线收发模块；报警元件；以及控制电路，分别与传感器、无线收发模块和报警元件连接，接收传感器的信号并进行处理，控制无线收发模块收发信号以及报警元件发出报警信号；报警元件为装设在集装箱外部并在控制电路的控制下发出肉眼可识别的报警信号的装置。本发明将电子关封和可肉眼识别的可视性关封集成为一体；通过电子和肉眼可识别的双重方式来判别集装箱门被非法打开的情况并报警，实现了双重报警及集装箱安全的分级管理，避免了电子关封读写设备广泛授权下的管理混乱与潜在风险，同时了也通过肉眼可识别的报警元件保证了集装箱安检的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于物体或物料贮存或运输的大型容器(例如集装箱)的部件，特别是涉及一种用于集装箱上在其运输和贮存过程中监测及保证货运安全的集装箱关封。
背景技术
传统的集装箱关封为机械关封，是在集装箱货物装填完成并经海关检查完毕后，在集装箱门端安装的一种一次性的锁扣设备，用于辨别集装箱是否被非法打开过。机械关封被破坏后不可恢复，检查员肉眼可识别到关封是否被破坏过，从而确定集装箱是否被非法打开过。
但是，现有广泛采用的机械关封只是锁扣集装箱的锁杆或手柄，通过防止锁杆或手柄的转动来防止集装箱门被非法打开。这种防止非法打开的情况很容易被绕过，集装箱门完全可以在锁杆或手柄不转动的情况下被打开，也就是说，不破坏关封非法打开集装箱门后容易进行伪装骗过检查人员。
另外，这种机械关封的检查是通过肉眼就近识别，检查人员必须走近集装箱门，才能看清机械关封，检查效率低。
为了突破机械关封的局限性，集装箱领域已经提出了电子关封——结合了传感技术、计算机技术、射频技术、蓝牙技术等传感和无线通讯技术的设计，电子关封通过其传感器感应获知集装箱门开关的情况并记录在电子关封的内存中，在集装箱经过闸口和检查点的时候，电子关封内存中的数据被无线监控终端自动读出，监控终端可以从读出的数据判断集装箱门开关(合法和非法)的所有情况，从而自动快速判断集装箱的关封状态。
但是，现有的电子关封的弱点在于，必须通过各类终端如手持终端或者固定式终端，并且有指定的权限才能对电子关封中的数据进行读取，从数据来分析是否存在非法打开，并判断集装箱门被打开的情况。这种授权对电子关封数据进行读取的方式，在大量授权的情况下会造成管理的负担与混乱，也会带来相当的风险，从而失去通过电子关封来提高集装箱安全的本质意义。
综上可知，所述现有技术的集装箱的关封，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足之处，提供一种将电子关封和可肉眼识别的可视性关封集成为一体，通过无线数据读取和可肉眼识别的报警元件，实现无线报警方式与肉眼可识别的报警方式的双重报警，从而方便可靠地对集装箱的箱门状态进行检测与报警的集成式集装箱关封。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：
一种集成式集装箱关封，至少包括：
一感应箱门的开关状态的传感器；
一可与无线终端进行无线通讯实现数据传输的无线收发模块；
一报警元件，装设在集装箱外部并在控制电路的控制下发出肉眼可识别的集装箱箱门正常状态信号或异常状态报警信号；以及
一控制电路，分别与传感器、无线收发模块和报警元件连接，接收传感器的信号并进行处理，控制无线收发模块收发信号，报警元件发出正常状态信号或异常状态报警信号并储存报警信息以及识别用户身份并响应授权用户要求解除报警信息；
集装箱检查人员识别到所述报警元件发出的异常状态报警信号后方需进一步读写所述报警信息，以采取进一步的处理措施。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的报警元件在控制电路的控制下发出肉眼可识别的报警信号并不可再恢复正常状态。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的报警元件为惰性气体灯泡
所述的集成式集装箱关封，其中所述的报警元件为惰性气体灯泡或保险丝。
所述的集成式集装箱关封，其中，述的报警元件在控制电路的控制下发出肉眼可识别的报警信号并可再恢复正常状态。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的报警元件为彩色发光二极管或液晶显示器或小功率灯泡或者是电变色涂层。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路包括：
连接传感器的信号调理模块；
分别连接信号调理模块、无线收发模块和报警元件的数据处理模块；
连接数据处理模块的数据存储模块；以及
提供各模块运行所需电源的电源管理模块。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的实时时钟模块。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的加密解密模块。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的复位及看门狗电路。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路中的数据处理模块和加密解密模块集成在一微处理器中。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的集成式集装箱关封的控制电路中写有集装箱ID号作为关封号，该关封号刻印在该集成式集装箱关封外表面。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的控制电路装设在集装箱的一扇箱门的内侧，所述的传感器装设在从该一扇箱门处向另一扇箱门或门框延伸出来的安装构件上并正对该另一扇箱门或门框且当箱门关闭时与该另一扇箱门或门框接触，所述的天线和报警元件装设在箱门外侧并通过电线穿过门缝与控制电路连接。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的传感器包括：
一磁场变化感应传感器，装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；
一弹簧，该弹簧的一端装设在该传感器上；以及
一导磁装置，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的传感器包括：
一导磁装置，装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；
一弹簧，该弹簧的一端装设在该导磁装置上；以及
一磁场变化感应传感器，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的传感器包括：
一弹簧，该弹簧的一端装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；以及
一磁场变化感应传感器，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
所述的集成式集装箱关封，其中，所述的传感器进一步包括一个可将机械能转换为电能存储的储能装置。
由于采用上述的技术方案，本发明的集成式集装箱关封将电子关封和可肉眼识别的可视性关封集成为一体；既通过报警元件发出检查人员可通过肉眼快速识别的报警信号，起到了传统机械关封具有的直接反应货运安全的作用，能快速被检查人员检查；又通过无线收发模块向授权终端发出电子报警信号，实现电子无线通讯报警和一系列电子化管理。
本发明通过电子和肉眼可识别的集成双重方式来判别集装箱门被非法打开的情况并报警，实现了双重报警以及集装箱安全的分级管理，避免了电子关封读写设备广泛授权下的管理混乱与潜在风险，同时了也通过肉眼可识别的报警元件保证了集装箱安检的效率。
另外，本发明的报警元件是在传感器感应门的开关状态后由控制电路控制发出正常状态的信号和异常状态的报警信号，非法开门后极难甚至无法伪装；并在肉眼观察范围内可直接观察到为正常状态或异常状态，不一定要走近集装箱箱门，提高检查效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1是本发明的集成式集装箱关封的原理框图；
图2是本发明的集成式集装箱关封的控制电路的一种实施方式的原理框图；
图3是的本发明集成式集装箱关封的结构的一种实施方式的立体图；
图4是图3中的集成式集装箱关封安装于集装箱门的示意图；
图5是图4的剖面示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定目的所采取的技术手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，应当可由此得到深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
如图1所示，本发明的集成式集装箱关封包括传感器、无线收发模块、报警元件和控制电路；传感器安装于集装箱门上以采集集装箱门的开关信息；控制电路对传感器采集的箱门开关信息进行处理，从而控制信号收发模块与无线终端进行无线通讯实现数据的传输，并控制报警元件发出报警信号。
如图2所示，控制电路包括信号调理模块、数据处理模块、数据存储模块、实时时钟模块、加密解密模块、复位及看门狗电路以及提供各模块运行所需电源的电源管理模块；信号调理模块与传感器连接，数据处理模块分别与信号调理模块、实时时钟模块、数据存储模块、加密解密模块、复位及看门狗电路以及报警元件、无线收发模块连接；数据处理模块和加密解密模块可为独立的芯片，也可如图所示，集成在一微处理器中，由一微处器芯片完成所有操作，如采用单片机芯片P89C52RD1；数据存储模块可采用芯片DS2432；实时时钟模块保证多个传感器之间的数据采集同步，并保证在传感器感应到门开关状态的变化时会生成历史事件的时间记录，可采用芯片DS2404；无线收发模块可为采用单片无线收发芯片nRF905。
本发明的电子无线通讯报警和管理实现如下：工作时，通过传感器感应集装箱门(如干箱冷箱的门或罐箱封口)的开关状态；传感器采集到的门开关状态信号经信号调理模块调理整形后再通过数据处理模块进行处理，集装箱门开关的时间从实时时钟模块读取并与门开关状态动作记录一起保存在数据存储模块，处理后的有用数据也存储于数据存储模块；当集装箱经过检查点时，数据存储模块中的数据和报警信息可以通过无线收发模块以无线远程方式被授权终端自动读出，并从此数据可判别集装箱门的正常开关和非法开关情况。授权用户可以通过终端对此关封内存中的历史记录进行读取，从而实现电子关封信息的管理。
加密解密模块可以判别用户的身份，授权用户可解除关封的警戒模式，避免关封对合法开门动作进行报警。
本发明的肉眼可识别报警实现如下：
本发明的报警元件可为一次性的，在集装箱门被非法打开时会产生不可恢复的、肉眼可识别的警报状态。任何人通过此报警元件显示的状态可以判断集装箱是否被非法打开过。此报警元件是一次性的，在集装箱门被非法打开后产生不可恢复的警报状态，在警报解除后，必须人工对此报警元件进行更换。工作时，数据处理模块基于从传感器采集的信号对门状态进行判断。当集装箱存在非法开门时，强行开门动作会触发关封的报警信号，关封内部处理模块在得到报警信号后，生成一强电流或高电压给报警元件，在强电流或高电压下，报警元件会产生一次性不可恢复的变化，报警元件从正常状态变化到不可恢复的异常状态，如惰性气体灯泡的颜色从透明变换为红色的报警色，可直接被检查人员在肉眼观察范围内察觉，还可采用保险丝，效果相同。
本发明的报警元件也可为可恢复的，在集装箱门被非法打开时会产生可恢复的、肉眼可识别的警报状态。任何人通过此报警元件显示的状态可以判断集装箱是否被非法打开过。此报警元件是可恢复的，在集装箱门被非法打开后产生警报状态，在警报解除后，通过授权终端或设置在控制电路上的开关对报警元件进行恢复。工作时，数据处理模块基于从传感器采集的信号对门状态进行判断。当集装箱存在非法开门时，强行开门动作会触发关封的报警信号，关封内部处理模块在得到报警信号后控制报警元件从正常状态变化到异常状态，如彩色发光二极管由正常发绿光转变为发红光，可直接被检查人员在肉眼观察范围内察觉，当警报解除后，通过授权终端或设置在控制电路上的开关取消报警信号，彩色发光二极管由发红光转变为正常发绿光，还可采用或液晶显示器或小功率灯泡或者是电变色涂层，效果相同。
报警元件不在正常状态中的情况都被认为是异常状态，因此，破坏报警元件也会使得报警元件显示出异常状态，难以伪装。报警元件的选取还要考虑到省电，毕竟集装箱在远途运输中电源的供应是一个既有存在的问题。
在集成集装箱关封的芯片中还可写有集装箱唯一的ID号作为关封号，此唯一的关封号可同时通过激光打印的方式刻印在关封外表面，从集装箱外可以肉眼读到此关封号，当配置有此集装箱的关封通过检查点时，可以通过核对关封号来实现对集装箱的自动识别，亦即实现了第三重检查。
本发明的集成式集装箱关封的传感器对门的开关状态进行探测，对集装箱门端的两个存在彼此相对位移的位置的距离的变化进行感应，例如，通过如两扇门位置接近、门与门框之间距离变化，或者锁杆与套圈之间转动的相对位移等距离的变化而引起传感器输出电流和电压的变化。传感器可采用如霍尔位移传感器、磁阻传感器、接近开关传感器、电容传感器、行程开关等。传感器感应门开关状态后，映射成输出电压或电流的变化。传感器输出的电压/电流信号经过调理模块调理放大以后进行A/D转换，经转换后的信息在控制电路进行处理，控制电路中的程序算法对采集的数据进行分析处理来判断集装箱门的开关状态。
本发明的集成式集装箱关封1的结构及其在集装箱门上的安装如图3至图5所示，控制电路11装设在集装箱的左箱门21的内侧，传感器12装设在从控制电路11处向右箱门方向延伸出来的安装板131上并正对右箱门22(或门框，当集装箱只装有一扇门时)且当箱门关闭时与该右箱门22(或门框)接触，安装板131正对左、右两箱门的门缝处向外延伸出“L”形连接板132，“L”形连接板132卡装在左箱门21门框竖梁的边缘处，报警元件14和天线15装设在“L”形连接板132的外端并位于左箱门21外侧且通过电线穿过门缝与控制电路11连接，安装板131上正对左箱门21的内表面还可装设磁铁16从而吸附在左箱门21的门框竖梁的内表面上。
集成式集装箱关封1也可装设在右箱门22上并使传感器12正对左箱门21，其安装方式与上述相似。
“L”形连接板132的外端装设报警元件14的位置还固设有包覆报警元件14的透明罩，用以保护报警元件14。
如图3至图5所示，传感器12采用行程开关，当右箱门22关闭时触发行程开关，开关信号通过导线输入控制电路11，在控制电路11中将进行模数转换、数据判断、数据存储、以及无线收发电路将信号通过导线传输给天线15，然后发射给接收终端，并可以在非法开门时产生一报警信号使报警元件14发出报警信号，在玻璃外罩141上形成可见异状。这样可以在通关或是检查时直观的发现非法开门情况。行程开关11还可以设有储能装置，其可将机械能转换为电能存储，延长电池寿命，即当右箱门22关闭时行程开关被压缩的机械能被储存，当开门时，压缩能被释放转为电能由控制电路11里面的电路转换后存储入电池，这样可以增加电池的使用寿命。
在传感器方面，目前最经常使用的霍尔传感器进行探测时必须有导磁材料靠近才能够触发传感器，这样在应用于非导磁材料时就无法起到作用。
如图5所示，传感器12装设在从控制电路11处延伸出来的安装板131上并正对右箱门22，包括磁场变化感应传感器121、导磁装置123和顶装在两者之间的弹簧122，磁场变化感应传感器121的安装位置是靠近安装板131而远离右箱门22，导磁装置的安装位置是远离安装板131而靠近右箱门22，导磁装置123当箱门关闭时在弹簧122的作用下与右箱门22形成抵触连接。
导磁装置123可以是磁钢、永磁铁等导磁物质，磁场变化感应传感器121为对磁场变化产生反应的传感器，如霍尔传感器，干簧管传感器等。
当左右箱门相互靠拢关闭时，右箱门22压迫弹簧122及导磁装置123向箱内移动，磁场变化感应传感器121依据导磁装置123的位移产生一个持续变化的信号，通过控制电路11分析，判断导磁装置123与传感器121的距离，当距离低于下限值时，认为门被关闭，当导磁装置123与传感器121的距离大于上限值时，认为为门被打开，将门开关的信号存储在控制电路中，通过本关封外设的报警元件报警，并通过天线与无线终端进行通讯传递门的开关状态信息。
磁场变化感应传感器121和导磁装置123的安装位置可以互换，甚至不装导磁装置123，而在磁场变化感应传感器121和安装板131之间装设弹簧122使传感器121与右箱门22形成抵触连接，利用金属左箱门21作为导磁装置，效果均相同。将导磁装置与霍尔传感器集成在一起，当关闭箱门时使导磁装置与霍尔传感器之间的距离发生改变而引起霍尔传感器感知门开关状态的变化。
综合上述，本发明通过对集装箱门开关状态的感应来判断集装箱门的开关情况，并将数据记录在关封电子模块内存中。集装箱在通过检查点时，内存中的数据可以通过无线方式被自动读出。如果集装箱被非法打开过，在内存中会生成报警信息，检查点的终端通过从阅读器读到的关封数据中的报警信息可以判断集装箱何时被非法打开过，从而将此集装箱判断为高危集装箱。同时，在关封伸出集装箱壳体的部分设有一报警元件，此报警元件是肉眼可视的。在集装箱被非法打开时，此报警元件从正常状态改变到异常状态。检查员通过此肉眼可识别的报警元件的状态很方便的判断集装箱是否被非法打开过。如果有非法打开，再通过授权人员通过关封读写终端对集装箱关封的内部数据进行读取和分析，进一步判断集装箱被非法打开的时间、地点等相关情况，并采取进一步的处理措施。另外，在集成关封的芯片中还可写有集装箱唯一的ID号作为关封号，此唯一的关封号可同时通过激光打印的方式刻印在关封外表面，从集装箱外可以肉眼读到此关封号，当配置有此集装箱的关封通过检查点时，可以通过核对关封号来实现对集装箱的自动识别，从而进行第三重检查。
此集成式集装箱关封，通过无线数据读取和肉眼可识别的报警元件，实现无线报警方式与肉眼可识别的报警方式，从而方便可靠地对集装箱的箱门状态进行检测与报警。突破了传统机械关封必须人工就近检查和电子关封必须通过专用设备授权检查的缺点，实现了电子关封和传统肉眼可识别关封的集成功能，该关封的使用既符合当前的集装箱管理的传统流程，通过肉眼可识别的关封方式保证集装箱安检的效率，又实现对集装箱安全检查的分级管理，避免电子关封读写设备广泛授权下的管理混乱与潜在风险。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种集成式集装箱关封，其特征在于：所述的集成式集装箱关封至少包括
一感应箱门的开关状态的传感器；
一可与无线终端进行无线通讯实现数据传输的无线收发模块；
一报警元件，装设在集装箱外部并在控制电路的控制下发出肉眼可识别的集装箱箱门正常状态信号或异常状态报警信号；以及
一控制电路，分别与传感器、无线收发模块和报警元件连接，接收传感器的信号并进行处理，控制无线收发模块收发信号，控制报警元件发出正常状态信号或异常状态报警信号并储存报警信息以及识别用户身份并响应授权用户要求解除报警信息；
集装箱检查人员识别到所述报警元件发出的异常状态报警信号后方需进一步读写所述报警信息，以采取进一步的处理措施。
2.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的报警元件在控制电路的控制下发出肉眼可识别的报警信号并不可再恢复正常状态。
3.根据权利要求2所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的报警元件为惰性气体灯泡或保险丝。
4.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的报警元件在控制电路的控制下发出肉眼可识别的报警信号并可再恢复正常状态。
5.根据权利要求4所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的报警元件为彩色发光二极管或液晶显示器或小功率灯泡或者是电变色涂层。
6.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路包括：
连接传感器的信号调理模块；
分别连接信号调理模块、无线收发模块和报警元件的数据处理模块；
连接数据处理模块的数据存储模块；以及
提供各模块运行所需电源的电源管理模块。
7.根据权利要求6所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的实时时钟模块。
8.根据权利要求6所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的加密解密模块。
9.根据权利要求6所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路进一步包括连接数据处理模块的复位及看门狗电路。
10.根据权利要求8所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路中的数据处理模块和加密解密模块集成在一微处理器中。
11.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的集成式集装箱关封的控制电路中写有集装箱ID号作为关封号，该关封号刻印在该集成式集装箱关封外表面。
12.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的控制电路装设在集装箱的一扇箱门的内侧，所述的传感器装设在从该一扇箱门处向另一扇箱门或门框延伸出来的安装构件上并正对该另一扇箱门或门框且当箱门关闭时与该另一扇箱门或门框接触，所述的天线和报警元件装设在箱门外侧并通过电线穿过门缝与控制电路连接。
13.根据权利要求12所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的传感器包括：
一磁场变化感应传感器，装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；
一弹簧，该弹簧的一端装设在该传感器上；以及
一导磁装置，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
14.根据权利要求12所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的传感器包括：
一导磁装置，装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；
一弹簧，该弹簧的一端装设在该导磁装置上；以及
一磁场变化感应传感器，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
15.根据权利要求12所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的传感器包括：
一弹簧，该弹簧的一端装设在从该一扇箱门延伸出来的安装构件上；以及
一磁场变化感应传感器，装设在该弹簧的另一端且当箱门关闭时在该弹簧的作用下与该另一扇箱门或门框形成抵触连接。
16.根据权利要求1所述的集成式集装箱关封，其特征在于，所述的传感器进一步包括一个可将机械能转换为电能存储的储能装置。
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