CN207304933U - 一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，包含：在信号机和手持机之间进行低功耗无线通信；若干个信号机，分别采集对应冷藏集装箱的状态参数并向外发射无线通信信号；手持机，与信号机通信，以接收冷藏集装箱的状态参数进行查看，或者发送控制指令并接收反馈的冷藏集装箱的状态参数进行查看；每一信号机包含：串口接入插头，与冷藏集装箱的数据串口连接，以采集冷藏集装箱的状态参数；控制模块，与串口接入模块连接，用于向冷藏集装箱发送控制指令；通信模块，与控制模块连接，用于向手持机发送冷藏集装箱的状态参数、地理位置信息及接收手持机发送的控制指令。本实用新型具有经济实用、便捷拆装，易操作的优点。

Description

一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，特别涉及一种码头堆场或远洋货轮上的冷藏集装箱无线巡检系统。

背景技术

冷藏集装箱在堆存、运输过程中必须根据货主所指定的温度进行管理，需要码头作业人员、船上电工人员定时巡检。目前，传统的巡检方式是巡检人员随身携带记录本到冷藏箱旁边记录每个冷藏集装箱的温度，如出现与货主所指定的运输温度不符合或者发现冷藏集装箱工作异常时，通知有关人员检查和修理。此种巡检方式不仅周期长、效率低、数据的准确性难以保证，更为关键的是堆场复杂的作业过程或海上恶略的天气环境的攀爬过程会有造成工作人员的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，通过为冷藏集装箱巡检人员配置手持机，实现对巡检范围内装置有信号机的冷藏集装箱发出的信号进行无线监测作业状态，帮助巡检人员无需攀爬即可准确、高效的记录冷藏集装箱巡检结果的目的。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，包含：

若干个信号机，分别采集对应冷藏集装箱的状态参数；手持机，与信号机通信，以接收信号机发送的冷藏集装箱的状态参数进行查看，或者发送控制指令并接收信号机反馈的冷藏集装箱的状态参数进行查看。其中，每一信号机包含：插头，其一端与冷藏集装箱的数据串口插口连接，以采集冷藏集装箱的状态参数；系统控制模块，其与所述插头的另一端连接，向所述冷藏集装箱发送采集状态参数的指令，并接收冷藏集装箱反馈的状态参数，以及根据接收到的状态参数来对该信号机的工作进行控制；电源模块，用于为信号机提供电能；通信模块，通过无线通信连接模式与手持机通信。

优选地，所述电源模块进一步包含：电池以及电源管理模块；所述电池为所述信号机提供工作电源；

所述系统控制模块检测所述冷藏集装箱的状态参数含有的工作状态，根据检测的结果所述电源管理模块对该信号机的状态进行切换：

若检测所述冷藏集装箱处于工作状态，且所述信号机未处于工作状态时，则所述电源管理模块切换所述信号机至工作状态；

若检测所述冷藏集装箱未处于工作状态时，所述电源管理模块切换所述信号机处于低功耗待机状态；

若检测所述冷藏集装箱处于工作状态，且所述信号机也处于工作状态时，则所述信号机采集所述冷藏集装箱的状态参数。

优选地，所述插头为数据串口接入插头；所述数据串口接入插头与所述冷藏集装箱的数据串口接口连接；所述插头通过电路与信号处理电路与系统控制模块连接。

优选地，无线通信连接模式下的所述通信模块，进一步包含天线、无线信号收发模块与调制模块，执行A和/或B的操作。

A、所述调制模块接收所述系统控制模块输出的状态参数并根据预定的协议调制成无线通信信号，并发送给所述无线信号收发模块；所述无线信号收发模块对所述调制成无线通信信号的状态参数进行功率放大和滤波操作并向所述天线输出；所述天线接收经滤波放大处理的状态参数，并向外发射。

B、所述天线接收并输出所述监控平台或手持机发送的控制命令；所述无线信号收发模块接收所述天线发送的控制命令进行滤波放大处理并向所述调制模块输出；所述调制模块接收并对所述控制命令根据预定的协议进行调制且向所述系统控制模块进行输出；所述系统控制模块接收所述经调制的控制命令并执行。

优选地，所述信号机进一步设有信号机蜂鸣器，其与所述系统控制模块连接，所述系统控制模块若检测到冷藏集装箱的状态参数含有严重故障代码或温度存在异常时，则信号机蜂鸣器长鸣报警。或者，所述系统控制模块接收到电源管理模块低电量提示，则信号机蜂鸣器短鸣报警。

优选地，所述手持机包含：通信天线，其用于接收与信号机天线发送的频率相匹配的无线通信信号，并向滤波放大模块输出；所述滤波放大模块接收所述通信天线输出的无线通信信号，对其中存在的干扰信号进行过滤，对所需要的无线通信信号进行放大，向所述信号解调模块输出；所述信号解调模块接收无线通信信号并根据设定的协议进行数据解析并向系统控制单元输出经数据解析后的无线通信信号；所述系统控制单元接收所述经数据解析后的无线通信信号并根据预设的指令集，对所述手持机设有的显示模块，存储模块以及蜂鸣器进行控制；所述显示模块根据所述系统控制单元的指令，将所述状态参数进行格式化处理显示数据；所述存储模块存储所述系统控制单元输出的状态参数；当所述状态参数含有严重故障代码或温度存在异常时，所述手持机蜂鸣器进行长鸣报警。

优选地，所述冷藏集装箱的状态参数包含冷藏集装箱的箱号、设定温度、设定湿度、送风温度、回风温度、湿度、USDA传感数据、故障代码之中的任意一项或其任意组合。

优选地，通过多个信号机天线之间建立的天线自组网连接模式，在此模式下，每个信号机天线用于发送所在信号机采集的数据，还用于接收其他一个或多个信号机采集的数据，并转发给天线自组网中发送功率覆盖范围内的任意一个其他信号机天线；经天线自组网将数据向手持机传输。

优选地，所述天线自组网的天线的数据帧包含以下字段：SID：发送方自身ID；SSN：发送方自身维护的发送帧序列号；DID：目标节点ID，作为接收者的ID；DSN：该数据帧作为应答帧时设为发送方的SSN，作为主发帧时设为0；FID：转发者ID；FCNT：转发计数器；由发送方设置的最大转发次数，在转发者转发时将该值减1，该帧为0时不再允许转发该帧；Payload：帧有效载荷；CRC：数据帧校验值，每次转发时需要重新计算校验值。

优选地，信号机的无线信号收发模块设有记录天线转发过的数据帧的SID与SSN的转发记录表。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

由于信号机能够采集冷藏集装箱的箱号，因此信号机无需与冷藏集装箱耦合，实现全覆盖；信号机具有独立的电池供电能力，便捷安装在冷藏集装箱的数据输出串口后即可对冷藏集装箱进行无线监控；信号机采集到的冷藏集装箱的状态参数通过无线通信方式传输至手持机。

本实用新型中信号机可由巡检人员根据巡检的实际工作需要便捷插入到相关冷藏集装箱上，随即开始进行数据采集与无线通信信号发射。

信号机天线既可以发送数据，也可以接收数据并实现数据转发功能，支持与发送功率覆盖范围内的任一天线之间建立自组网转发传递数据，借此绕过集装箱堆存环境下复杂的屏蔽阻隔，将数据通过多路径扩散出去。

当冷藏集装箱未处于作业状态时，信号机自动进入低功耗待机状态；当冷藏集装箱转入工作状态时，信号机自动进入工作状态，从而保证了信号机使用时间的持久性。

本实用新型中配备有手持机的巡检人员在巡检过程中，可沿途搜索并接收50米以上范围内信号机发射的无线通信信号。通过采用该种方式，可以有效的避免巡检人员在巡检工作过程中大量的攀爬与手抄工作，同时减少了巡检难度，提高了效率。

本实用新型所述基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统能够克服恶劣天气对码头堆场、海上货轮冷藏集装箱巡检工作的影响，加快巡检进程，提高巡检的数据质量。

附图说明

图1为本实用新型一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统的冷藏集装箱的结构示意图；

图2为本实用新型一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统的信号机的结构框图；

图3为一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统的信号机的手持机的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。如图1所示，冷藏集装箱10的工作面板100上主要有风机101、工作组102以及用于下载数据的数据串口接口103；以上组成部分是冷藏集装箱100的标配部件。

结合图2至图3所示，一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，包含：多个信号机与手持机；所述信号机便捷插入到需要监测的冷藏集装箱上，用于通过手持机发送的控制指令采集冷藏集装箱的状态参数并以无线通信信号的方式将所述状态参数进行输出；所述手持机配备给冷藏集装箱巡检人员在巡检过程中持有，接收在其周边一定距离范围内的任意所述信号机发出的无线通信信号，将冷藏集装箱的状态参数向巡检人员直观显示，从而实现无线巡检作业。所述巡检人员使用手持机在冷箱巡检时，在集装箱堆场或集装箱船舶的堆存环境下，可沿途搜索并接收50米以上范围内信号机发射的无线通信信号。

如图2所示，所述信号机设有信号处理模块与电源电路模块。所述信号处理模块50进一步包含：通过电路依次连接的系统控制模块54，调制模块53与无线信号收发模块52。所述电源电路模块59进一步包含：电池57以及与所述电池连接的电源管理模块58。所述电源管理模块58与所述系统控制模块54连接；所述电源管理模块58根据系统控制模块54反馈的冷藏集装箱运作状态信息自动在作业状态和低功耗待机状态之间切换；所述电池为所述信号机提供工作电源。

所述信号机进一步设有与所述无线信号收发模块52连接的天线51，以及与所述系统控制模块54连接的插头56和信号机蜂鸣器55。所述插头56与所述冷藏集装箱的数据串口103相匹配，用于接入冷藏集装箱实现数据通信，以采集冷藏集装箱的状态参数。

所述信号机蜂鸣器55根据收到系统控制模块54输出的指令，进行长鸣或短鸣报警。当所述系统控制模块54检测到冷藏集装箱的故障代码或温度存在异常后，通知信号机蜂鸣器55进行长鸣报警。当所述系统控制模块54接收到电源管理模块58低电量提示时，通知信号机蜂鸣器55进行短鸣报警。

所述系统控制模块54接收到电源管理模块58所输出的工作电压后，向冷藏集装箱发送指令采集冷藏集装箱的状态参数并输出，并控制所述状态参数以一定时间间隔值进行输出。

所述调制模块53接收所述状态参数并根据预定的协议调制成无线通信信号，并发送给所述无线信号收发模块52。所述无线信号收发模块52用于对所述调制成无线通信信号的状态参数进行功率放大和滤波操作并向所述天线51输出。所述天线51接收经滤波放大处理的状态参数，并向外发射。

如图3所示，所述手持机包含：系统控制单元65；依次与所述系统控制单元65连接的信号解调模块62，滤波放大模块61与通信天线60。所述手持机进一步包含：与所述系统控制单元65连接的显示模块63、电源模块67、存储模块66与蜂鸣器64。

所述手持机的通信天线60，用于接收与信号机天线51发出的无线通信信号的频率相匹配的无线通信信号并输出。所述滤波放大模块61，用于接收所述通信天线60输出的无线通信信号，对其中存在的干扰信号进行过滤，对所需要的无线通信信号进行放大，最后向所述信号解调模块62输出。所述信号解调模块62接收无线通信信号并按照设定的协议进行数据解析，然后将所述数据解析后的无线通信信号向所述系统控制单元65输出。所述系统控制单元65接收并将解析后的状态参数输出。所述显示模块63接收并将所述状态参数进行格式化处理显示数据。

当状态参数含有故障代码或温度存在异常时，所述系统控制单元65通知手持机的蜂鸣器64进行长鸣报警。所述存储模块66用于接收并存储所述状态参数。所述电源模块67用于为所述手持机提供工作电源。

本实施例中，判断温度存在异常的预设值为5，但不限于5；所述温度存在异常的判断标准是：当设定温度大于等于0度时，回风温度与设定温度的差值的绝对值大于5即为温度异常；当设定温度小于0度时，送风温度与设定温度的差值大于5即为温度异常。

综合上述基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，所述天线自组网通讯协议的实现原理为：

各个信号机设有的天线之间建立天线自组网，所述天线自组网既可以发送数据，也可以接收数据并实现数据转发功能，支持与发送功率覆盖范围内的任一天线之间建立自组网转发传递数据，借此绕过集装箱堆存环境下复杂的屏蔽阻隔，将数据通过多路径扩散出去。该方式可有效解决集装箱堆存环境下的信号屏蔽阻隔问题。

所述各个天线的数据发送速率>1MBit，数据帧占空时间<1ms，具体的数据帧格式如表1所示：

表1为天线的数据帧格式

字段名

SID

SSN

DID

DSN

FID

FCNT

Payload

CRC

字段类型

word

word

word

word

word

word

bytes

word

数据帧说明：

SID：为发送方自身ID。

SSN：发送方自身维护的发送帧序列号，且每次发送序列号自动加1，但不能为0。

DID：目标节点ID，即作为手持机或监控平台ID。

DSN：应答帧设为发送方的SSN，主发帧设为0。

FID：转发者ID。

FCNT：转发计数器；由发送方设置的最大转发次数，转发者转发时将该值减1，该帧为0时不再允许转发该帧。

Payload：帧有效载荷，即需要传输的有效通讯数据。

CRC：数据帧校验值，每次转发时需要重新计算校验值。

所述天线自组网进一步包含以下过程：

天线作为发送方发送数据时，将天线自身ID填入SID，使SSN自动加1，但不能为0；将手持机或监控平台ID填入DID，主发数据时DSN置0，应答数据时将DSN设置为发送方的SSN；将FID设为天线自身ID，根据设定的最大转发次数设置FCNT，将需要传输的有效通讯数据填入Payload，将计算出的校验值填入CRC。

天线接收空中数据帧时，天线在邻节点表内对周围邻节点ID进行记录更新；如果数据帧的DID在其邻节点表内，天线转发该数据帧并将FCNT设为0；数据帧的DID不在邻节点表内，天线转发该数据帧并将FCNT减1。

当天线转发数据帧时，天线接收到的数据帧的DID不是该天线自身ID且FCNT不为0时，将FID设为天线自身ID且将FCNT减1后，转发该数据帧，并且只成功转发一次；天线接收的数据帧的FCNT为0时，说明目标节点已经接收到数据帧或已达到最大转发次数，不再转发该数据帧。

通过信号机的无线信号收发模块设有转发记录表，来记录天线转发过的数据帧的SID与SSN；同一个SID只记录最近转发的SSN，如果接收到的数据帧在所述转发记录表内，则停止转发该数据帧。

天线在主发或转发数据帧时，要求采用一对一的握手方式侦测自身发出数据帧的完整性，若数据帧空中遭破坏，则数据帧需要经过一个随机延时后再次发送或转发。

综上所述，数据帧的扩散转发传播特征非常适合在信号屏蔽或阻断严重的复杂环境下的传输接力，即使在复杂坑道内的角落也能通过彼此接力绕射传输到目标节点。由于对同一数据帧只转发一次，节点发出的信息会被周围节点转发向外延扩散，不会回流。FCNT通过设置合理的数值可以控制转发次数，防止数据帧在目标节点不在网络覆盖范围内时的无效转发。

综合上述基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，本实用新型的应用原理为：

将信号机的插头接入到需要巡检的冷藏集装箱标准数据串口接口中。系统控制模块检测冷藏集装箱的工作状态；若冷藏集装箱处于工作状态，信号机处于未工作状态，系统控制模块通知电源管理模块切换所述信号机至工作状态。

若冷藏集装箱处于未工作状态，系统控制模块通知电源管理模块切换所述信号机至低功耗待机状态。

如果冷藏集装箱与信号机均处于工作状态，则所述系统控制模块向冷藏集装箱发送数据采集指令，冷藏集装箱接到指令后执行并反馈最新的状态参数，所述状态参数包含但不限于冷藏集装箱的箱号、设定温度、设定湿度、送风温度、回风温度、湿度、压缩机压力、USDA1/2/3传感数据、故障代码。

当冷藏集装箱的温湿度存在异常或者存在严重故障代码时，系统控制模块控制蜂鸣器进行长鸣报警。系统控制模块向调制模块传输状态参数并控制发送时间点。经过调制模块与无线信号收发模块调制、放大和滤波的无线通信信号通过天线向外发射。

在此过程中，基于多个信号机的天线构成的上述天线自组网通讯协议，则天线同时可以作为接收者，进行无线通信信号的接收再转发。根据设定好的采集频率循环，直至该冷藏集装箱巡检工作结束，拔掉插头。

巡检人员携带手持机进行冷藏集装箱堆存现场进行巡检工作。

巡检人员进入无线通信信号覆盖范围后，手持机接收到信号机发出的频率相匹配的无线通信信号。收到无线通信信号后，通过手持机的滤波放大模块对其中存在的干扰信号进行过滤，对所需要的无线通信信号进行放大，最后传输至信号解调模块。信号解调模块收到无线通信信号后，按照相关协议进行数据解析，然后传输至系统控制模块。系统控制模块接收到解析好的冷藏集装箱状态参数后，下发指令至显示模块进行数据直观显示，同时下发指令至存储模块存储状态参数。

若状态参数中有冷藏集装箱存在温湿度异常或者严重的故障代码，下发指令至所述手持机设有的蜂鸣器进行长鸣报警。巡检未结束则一种重复上述过程直至手持机无线巡检系统关闭或手持机电源关闭。无线巡检过程结束后，可以将手持机存储模块中的无线巡检数据导出形成本次巡检记录表，用以代替传统的纸质巡检记录表。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于，所述系统中包含：

若干个信号机，分别采集对应冷藏集装箱的状态参数；

手持机，与信号机通信，以接收信号机发送的冷藏集装箱的状态参数进行查看，或者发送控制指令并接收信号机反馈的冷藏集装箱的状态参数进行查看；其中

每一信号机包含：

插头，其一端与冷藏集装箱的数据串口接口连接，以采集冷藏集装箱的状态参数；

系统控制模块，其与所述插头的另一端连接，向所述冷藏集装箱发送采集状态参数的指令，并接收冷藏集装箱反馈的状态参数，以及根据接收到的状态参数来对该信号机的工作进行控制；

电源模块，用于为信号机提供电能；

通信模块，通过无线通信连接模式与手持机通信。

2.如权利要求1 所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于：

所述电源模块进一步包含：电池以及电源管理模块；所述电池为所述信号机提供工作电源；

所述系统控制模块检测所述冷藏集装箱的状态参数含有的工作状态，根据检测的结果所述电源管理模块对该信号机的状态进行切换：

若检测所述冷藏集装箱处于工作状态，且所述信号机未处于工作状态时，则所述电源管理模块切换所述信号机至工作状态；

若检测所述冷藏集装箱未处于工作状态时，所述电源管理模块切换所述信号机处于低功耗待机状态；

若检测所述冷藏集装箱处于工作状态，且所述信号机也处于工作状态时，则所述信号机采集所述冷藏集装箱的状态参数。

3.如权利要求1所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于，

无线通信连接模式下的所述通信模块，进一步包含天线、无线信号收发模块与调制模块，执行A和/或B的操作；

A、所述调制模块接收所述系统控制模块输出的状态参数并根据预定的协议调制成无线通信信号，并发送给所述无线信号收发模块；

所述无线信号收发模块对所述调制成无线通信信号的状态参数进行功率放大和滤波操作并向所述天线输出；

所述天线接收经滤波放大处理的状态参数，并向外发射；

B、所述天线接收并输出监控平台或手持机发送的控制命令；

所述无线信号收发模块接收所述天线发送的控制命令进行滤波放大处理并向所述调制模块输出；

所述调制模块接收并对所述控制命令根据预定的协议进行调制且向所述系统控制模块进行输出；所述系统控制模块接收所述经调制的控制命令并执行。

4.如权利要求1所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于，

所述信号机进一步设有信号机蜂鸣器，其与所述系统控制模块连接，

所述系统控制模块若检测到冷藏集装箱的状态参数含有严重故障代码或者温度存在异常，则信号机蜂鸣器长鸣报警；

或者，所述系统控制模块接收到电源管理模块低电量提示，则信号机蜂鸣器短鸣报警。

5.如权利要求1所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于，

所述手持机包含：

通信天线，其接收与信号机天线发送的频率相匹配的无线通信信号，并向滤波放大模块输出；

所述滤波放大模块接收所述通信天线输出的无线通信信号，对其中存在的干扰信号进行过滤，对所需要的无线通信信号进行放大，向信号解调模块输出；

所述信号解调模块接收无线通信信号根据设定的协议进行数据解析并向系统控制单元输出经数据解析后的无线通信信号；

所述系统控制单元接收所述经数据解析后的无线通信信号并根据预设的指令集，对所述手持机设有的显示模块，存储模块以及手持机蜂鸣器进行控制；

所述显示模块根据所述系统控制单元的指令，将所述状态参数进行格式化处理显示数据；

所述存储模块存储所述系统控制单元输出的状态参数；

当所述状态参数含有严重故障代码或存在温度异常时，所述手持机蜂鸣器进行长鸣报警。

6.如权利要求1 所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于：

所述冷藏集装箱的状态参数包含冷藏集装箱的箱号、设定温度、设定湿度、送风温度、回风温度、湿度、USDA传感数据、故障代码之中的任意一项或其任意组合。

7.如权利要求1 所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于：

多个信号机天线之间建立的天线自组网连接模式，每个信号机天线发送所在信号机采集的数据，接收其他一个或多个信号机采集的数据，并转发给天线自组网中发送功率覆盖范围内的任意一个其他信号机天线。

8.如权利要求7 所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于：

所述天线自组网的天线的数据帧包含以下字段：

SID：发送方自身ID；

SSN：发送方自身维护的发送帧序列号；

DID：目标节点ID，作为接收者的ID；

DSN：该数据帧作为应答帧时设为发送方的SSN，作为主发帧时设为0；

FID：转发者ID；

FCNT：转发计数器；由发送方设置的最大转发次数，在转发者转发时FCNT减1，该帧为0时不再允许转发该帧；

Payload：帧有效载荷；

CRC：数据帧校验值，每次转发时需要重新计算校验值。

9.如权利要求8所述一种基于自组网的冷藏集装箱无线巡检系统，其特征在于：信号机的无线信号收发模块设有记录天线转发过的数据帧的SID与SSN的转发记录表。