本發(fā)明涉及物流監(jiān)控領(lǐng)域，涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的無源無線冷鏈運(yùn)輸車載實時監(jiān)控系統(tǒng)，特別適用于對運(yùn)輸環(huán)節(jié)要求較高的場合，比如冷鏈運(yùn)輸車、鮮活農(nóng)產(chǎn)品、藥品等運(yùn)輸車。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，人們的消費觀念從傳統(tǒng)的單一化向現(xiàn)代的多樣化、快捷化轉(zhuǎn)變，不但要求生鮮農(nóng)產(chǎn)品新鮮、衛(wèi)生、安全、營養(yǎng)，而且還要求品種多樣，配送迅速及時。冷鏈物流是指在生產(chǎn)、加工、儲存、運(yùn)輸、銷售，直到最終消費前的各個環(huán)節(jié)中，將易腐、生鮮食品始終保持在規(guī)定的低溫環(huán)境，以最佳的物流手段保證食品質(zhì)量，減少食品損耗的一種物流體系，是為了確保新鮮食品從生產(chǎn)源地安全地送達(dá)消費者手中而實施的一種必不可少的保障措施。

目前，我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品的年需求約為4億噸，但由于農(nóng)產(chǎn)品天生易腐的特性，且物流配送通常在常溫物流下進(jìn)行，導(dǎo)致在物流過程中損耗過大。生鮮產(chǎn)品從生產(chǎn)者到最終消費者的過程中，有80%的時間是在物流運(yùn)輸上，有20%的損耗是發(fā)生在流通環(huán)節(jié)中。據(jù)相關(guān)資料顯示，由于不恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)、運(yùn)輸、存儲造成的農(nóng)產(chǎn)品損失率超過20%，直接經(jīng)濟(jì)損失約為1000億元。因此，如何對生鮮產(chǎn)品進(jìn)行有效地冷鏈監(jiān)控和追溯管理的需求也越來越明顯。這些就促使生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流方式發(fā)生了重大變革，引發(fā)并且?guī)恿死滏溛锪骷斌E升溫。

冷鏈運(yùn)輸過程中，冷藏車廂環(huán)境狀態(tài)決定生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏期和貨架期的長短，如何準(zhǔn)確、實時、低成本的監(jiān)測冷藏車廂環(huán)境參數(shù)是保障生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運(yùn)輸順利進(jìn)行的關(guān)鍵。且鮮活物流一般采用的是具有冷柜或者類似保險柜之類的載具來運(yùn)輸食品，如果經(jīng)常打開貨廂無異于破壞了食品的鮮活環(huán)境，使物流信息的獲得受到了嚴(yán)重阻礙，并間接影響著物流信息的及時獲取，不利于物流調(diào)度及時掌握食品狀態(tài)、地理位置等信息。此外，這些系統(tǒng)中需要的保持鮮活的食品、農(nóng)產(chǎn)品和高品質(zhì)的藥品在多次開關(guān)貨廂時難免受到環(huán)境污染，衛(wèi)生質(zhì)量的降低很可能導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。

貨車報廢年限最長為15年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，還有很多原有車輛從事物流工作，且多數(shù)冷藏車只有一個溫區(qū)，隨著網(wǎng)購大潮來襲，承擔(dān)冷鏈運(yùn)輸?shù)牧闶圮囕v很難湊齊同一個溫度范圍的貨物，需要長時間的等待貨源，先到的貨物就容易升溫變質(zhì)，必須進(jìn)行分區(qū)管理。且對于選擇物流商的客戶而言，保證物品一直處于要求的溫度狀態(tài)，準(zhǔn)確掌握車輛位置信息和環(huán)境狀態(tài)，對整個環(huán)節(jié)的監(jiān)控非常有必要。

有專利研究如下:zl201610189225.5一種適宜冷鏈零擔(dān)物流的多溫區(qū)冷藏車廂，是從車體本身進(jìn)行了改變，解決了同一車廂包含多種溫區(qū)的功能，但是對溫度不能實時監(jiān)控，溫區(qū)溫度還是屬于不可追溯狀態(tài)。

zl201510162958.5一種鮮活物流物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方法，是通過在運(yùn)輸箱體上安裝rfid標(biāo)簽，且需要在物流線路運(yùn)輸途中安裝信息采集裝置，前期設(shè)備投入很大。

zl201510107378.6一種長途冰溫?；钸\(yùn)輸箱，只是車體和遠(yuǎn)程服務(wù)器采用無線通信方式，具體傳感器和控制器通過iic總線與所述a/d采集卡連接，有線方式限制了其布放的靈活性。

因此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中鮮活物流中存在的問題，提升物流網(wǎng)的智能化程度，保證食品和藥品等以更低的運(yùn)維成本和令人更滿意的效果送到目的地，本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的無源無線冷鏈運(yùn)輸車載實時監(jiān)控系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運(yùn)輸這一關(guān)鍵流通環(huán)節(jié)，需要對其所處的外部環(huán)境進(jìn)行全程監(jiān)控的問題。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)了車載終端主控制器，能夠完成冷鏈物流車實時定位和環(huán)境信息的實時監(jiān)測，遠(yuǎn)程終端可以實時監(jiān)測冷鏈信息，完成了物流環(huán)節(jié)環(huán)境信息的實時監(jiān)測，為農(nóng)產(chǎn)品信息追溯的一部分。并利用運(yùn)輸過程中對微小震動能量的搜集，采用enocean無線能量采集技術(shù)，enocean無線通信技術(shù)，實現(xiàn)傳感器傳輸模塊的供電和主控器充電，無需部署信號線，電源線，節(jié)能降耗，布置靈活。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的無源無線冷鏈運(yùn)輸車載實時監(jiān)控系統(tǒng)，包括車載終端主控制器101，傳感單元103，保溫容器104，基站106，服務(wù)器107和遠(yuǎn)程終端108；車載終端主控制器101分別與傳感單元103、基站106連接，基站106和遠(yuǎn)程終端108分別與服務(wù)器107連接；

在車輛控制室置放車載終端主控制器101，在車箱體內(nèi)的保溫容器104中設(shè)置傳感單元103，車載終端主控制器101通過enocean102通信協(xié)議與傳感單元103通信；

車載終端主控制器101通過無線網(wǎng)絡(luò)105與基站106通信；基站106將信息存儲于服務(wù)器107中，通過遠(yuǎn)程終端108進(jìn)行訪問和監(jiān)控服務(wù)器107。

所述車載終端主控制器101包括中央處理器212，定位模塊201，通訊模塊202，顯示模塊203，控制驅(qū)動電路204，開箱報警模塊205，enocean通訊模塊207，usb供電模塊208，震動能量搜集模塊209，能源管理模塊210，存儲器211；

所述中央處理器212分別與定位模塊201、通訊模塊202、顯示模塊203、控制驅(qū)動電路204、開箱報警模塊205、enocean通訊模塊207、能源管理模塊210，存儲器211連接，能源管理模塊210分別與usb供電單元208，震動能量搜集模塊209連接，enocean通訊模塊207與傳感單元103連接，定位模塊201、通訊模塊202分別與基站106連接。

所述傳感單元包括天線301、soc芯片模塊302、時鐘模塊303、復(fù)位模塊304、電源模塊305、溫度檢測模塊306、enocean能量采集單元307；

所述soc芯片模塊302的電壓輸入端vcc_soc和地線端gnd與電源模塊305的電壓輸出端vcc和地線端gnd對應(yīng)連接，soc芯片模塊302的射頻信號正極性端rf_p、射頻功率增益電壓rx/tx和射頻信號負(fù)極性rf_n分別與天線模塊301的射頻信號正極性端rf_p、射頻功率增益電壓端rx/tx和射頻信號負(fù)極性端rf_n對應(yīng)連接，soc芯片模塊302的復(fù)位輸入端reset與復(fù)位模塊304的復(fù)位輸出端reset端連接，soc芯片模塊302的時鐘輸入端clk與時鐘模塊303的時鐘輸出端clk連接，soc芯片模塊302的ad端和溫度檢測模塊306裝置的信號線連接，soc芯片模塊的電源引腳和溫度檢測模塊的電源引腳分別與電源模塊305或enocean能量采集單元307連接。

所述中央處理器212采用內(nèi)核armcortex-m系列微處理器stm32實現(xiàn)；定位模塊201采用gps或者北斗定位；通訊模塊202采用gprs或3g或4g通信模塊實現(xiàn)；顯示模塊203采用液晶顯示屏；控制驅(qū)動電路204支持多通道的控制信號輸出，可以外接控制信號，便于車輛原有制冷系統(tǒng)綜合控制使用；開箱報警模塊205則有效防止了外部人為干擾，并能進(jìn)行報警；enocean通訊模塊207實現(xiàn)對傳感單元103發(fā)射的enocean信號的收發(fā)；usb供電單元208連接車載電瓶，實現(xiàn)了不間斷供電；震動能量搜集模塊209搜集了車輛運(yùn)行過程中的震動能量，實現(xiàn)無電源供電；能源管理模塊210，實現(xiàn)了能量的管理與存儲；存儲器211完成實時監(jiān)控信息的存儲，為信息追溯提供保障；車載終端主控制器101通過通訊模塊202與基站106通信，中央處理器212中的協(xié)議轉(zhuǎn)換單元206實現(xiàn)enocean協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換并處理成基站106所能接受的通信信號，基站106將接收到的信息傳至服務(wù)器端以便于遠(yuǎn)程訪問。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

1.實現(xiàn)對冷鏈物流過程的全程追溯，實現(xiàn)了運(yùn)輸過程環(huán)境信息的全程監(jiān)控。

2.冷鏈物流車，空間狹小，不易布線，本系統(tǒng)不需要布置線纜，且安裝簡單，無需改動原有車線路，可實現(xiàn)對原有運(yùn)輸車輛的快速改造。

3.對需要密封的運(yùn)載物，采用無線通信技術(shù)，把溫度信號傳輸出去，不需開啟即實現(xiàn)了密閉測溫，實現(xiàn)了車體的分區(qū)的管理。

4.采用enocean能量搜集方式（震動能量搜集模塊209），將運(yùn)輸過程中微小振動能量搜集起來，將震動能轉(zhuǎn)化為電能；且節(jié)能降耗，充分利用運(yùn)輸車輛中的震動能，為傳感器和傳輸模塊提供了能量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中車載終端主控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明傳感單元的結(jié)構(gòu)示意圖（通過電源供電）；

圖4為本發(fā)明傳感單元實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖（通過enocean能量采集單元供電）；

圖5為車載終端主控制器的工作流程圖；

其中，101-車載終端主控制器，102-enocean通信協(xié)議，103-傳感單元，104-保溫容器，105-無線網(wǎng)絡(luò)，106-基站，107-服務(wù)器，108-遠(yuǎn)程終端；

201-定位模塊，202-通訊模塊，203-顯示模塊，204-控制驅(qū)動電路，205-開箱報警模塊，206-協(xié)議轉(zhuǎn)換單元，207-enocean通訊模塊，208-usb供電單元，209-震動能量搜集模塊，210-能源管理模塊，211-存儲器；212-中央處理器；

301-天線、302-soc芯片模塊、303-時鐘模塊、304-復(fù)位模塊、305-電源模塊、306-溫度檢測模塊、307-enocean能量采集單元。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

物聯(lián)網(wǎng)是一種信息技術(shù)，就是通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，實現(xiàn)物與物、物與人的通信，以便智能化的進(jìn)行識別、管理與控制。實現(xiàn)人們?nèi)魏螘r間、任何地點及任何物體的連接；使人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，提升人對物理世界實時控制和精確管理能力，從而實現(xiàn)資源優(yōu)化配置和科學(xué)智能決策。

包含3個層面，一是自動感知層面（利用傳感器、rfid等監(jiān)測需要關(guān)注物理信息量，涉及信息感知、采集、檢測、分析、處理），二是網(wǎng)絡(luò)傳輸層面（研究如何將這些數(shù)字信號的原始信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸、網(wǎng)絡(luò)接入），三是信息處理與應(yīng)用層面（遠(yuǎn)程控制、應(yīng)用、管理）。

具體的來說首先是安裝在冷鏈物流車上的多源信息感知終端，需要適時采集鮮活水產(chǎn)品所處的外部環(huán)境如溫度、濕度、時間、所處地址位置等相關(guān)重要信息，將這些信息通過傳感器傳到本車車載終端主控制器進(jìn)行本地存儲的同時，還要通過公共基站遠(yuǎn)程傳輸至中央服務(wù)器，實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)現(xiàn)地端與遠(yuǎn)程端的雙備份。

其次是通信系統(tǒng)，在物流車部署使用支持能量搜集的enocean無線通信技術(shù),對遠(yuǎn)程服務(wù)器用公共的gprs、3g、4g移動基站。

再就是服務(wù)器，通過物聯(lián)網(wǎng)利用終端進(jìn)行遠(yuǎn)程讀取和監(jiān)控。

如圖1所示，為系統(tǒng)架構(gòu)圖，包括車載終端主控制器101，傳感單元103，保溫容器104，基站106，服務(wù)器107和遠(yuǎn)程終端108。

在車輛控制室置放車載終端主控制器101，在車箱體內(nèi)根據(jù)需要布置傳感單元103，車載終端主控制器101通過enocean通信協(xié)議102和傳感單元103通信。由于enocean在室內(nèi)距離30米，可以不需要使用中繼器，直接和主控器通信，結(jié)構(gòu)簡單，且傳感單元103可以采用無源無線技術(shù)，不需要配備電池電纜和通信線路，布放靈活，可以放置到任意密封的保溫容器104中，從而實現(xiàn)對車廂的分區(qū)監(jiān)測管理。

車載終端主控制器101通過無線網(wǎng)絡(luò)105與基站106通信。并將信息存儲于服務(wù)器107中，通過遠(yuǎn)程終端108進(jìn)行訪問和監(jiān)控。

基站106可以是gprs、3g、4g移動基站。

本系統(tǒng)采用了enocean協(xié)議，一方面功耗低，另一方面enocean可以支持能量采集功能，其能量采集模塊能夠采集周圍環(huán)境產(chǎn)生的能量，比如機(jī)械能，室內(nèi)的光能，溫度差的能量等。這些能量經(jīng)過處理以后，用來供給enocean超低功耗的無線通訊模塊，實現(xiàn)真正的無數(shù)據(jù)線，無電源線，無電池的通訊系統(tǒng)。

車載終端主控制器是整個系統(tǒng)的核心，如圖2所示，包括中央處理器212，定位模塊201，通訊模塊202，顯示模塊203，控制驅(qū)動電路204，開箱報警模塊205，enocean通訊模塊207，usb供電單元208，震動能量搜集模塊209，能源管理模塊210，存儲器211。中央處理器212，可以采用內(nèi)核armcortex-m系列微處理器如stm32。定位模塊201采用gps或者北斗。通訊模塊202采用gprs、3g、4g通信模塊。顯示模塊203可以配置液晶顯示屏?？刂乞?qū)動電路204支持多通道的控制信號輸出，可以外接控制信號，便于車輛原有制冷系統(tǒng)綜合控制使用。增加了監(jiān)測系統(tǒng)的控制功能。開箱報警模塊205（蓋子按壓著一個點，開蓋觸動監(jiān)測到開關(guān)量）則有效防止了外部人為干擾，并能進(jìn)行報警。enocean通訊模塊207實現(xiàn)對傳感單元103發(fā)射的enocean信號的收發(fā)。usb供電單元208連接車載電瓶，實現(xiàn)了不間斷供電。震動能量搜集模塊209（enocean能量采集模塊，將震動能轉(zhuǎn)化為電能）搜集了車輛運(yùn)行過程中的震動能量，實現(xiàn)無電源供電。能源管理模塊210（主要實現(xiàn)穩(wěn)壓功能）實現(xiàn)了能量的管理與存儲。存儲器211完成實時監(jiān)控信息的存儲，為信息追溯提供保障。車載終端主控制器101通過通訊模塊202與基站106通信，協(xié)議轉(zhuǎn)換單元206實現(xiàn)enocean協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換并處理成基站106所能接受的通信信號，將信息傳至服務(wù)器端以便于遠(yuǎn)程訪問。

傳感單元103結(jié)構(gòu)實施例1如圖3所示，主要采用soc片上系統(tǒng)實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低。soc芯片模塊302的電壓輸入端vcc_soc和地線端gnd與電源模塊305的電壓輸出端vcc和地線端gnd對應(yīng)連接，soc芯片模塊302的射頻信號正極性端rf_p、射頻功率增益電壓rx/tx和射頻信號負(fù)極性rf_n分別與天線模塊301的射頻信號正極性端rf_p、射頻功率增益電壓端rx/tx和射頻信號負(fù)極性端rf_n對應(yīng)連接，soc芯片模塊302的復(fù)位輸入端reset與復(fù)位模塊304的復(fù)位輸出端reset端連接，soc芯片模塊302的時鐘輸入端clk與時鐘模塊303的時鐘輸出端clk連接。soc芯片模塊302的ad端和溫度檢測306裝置的信號線連接，電源與電源模塊相連，采用enocean無線通信技術(shù)，功耗很低。

傳感單元103結(jié)構(gòu)實施例2如圖4所示，沒有直接采用電源模塊305而是使用了enocean能量采集單元307，其他結(jié)構(gòu)與圖3相同，這樣實現(xiàn)了無電池供電，免維護(hù)。

具體工作流程如圖5所示，車載終端主控制器初始化，等待接收enocean信號傳感器信息，接收到后解析信息，如果溫度超過限值，立即報警，若是開啟輔助自動控制功能則主動開啟相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一般對原有車輛改造可能是制冷系統(tǒng)，空調(diào)等），同時并且存儲信息，如果到了上報周期，顯示并上報數(shù)據(jù)到服務(wù)器，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本系統(tǒng)采用了enocean協(xié)議，一方面功耗低，另一方面enocean可以支持能量采集功能，enocean能量采集模塊能夠采集周圍環(huán)境產(chǎn)生的能量，比如機(jī)械能，室內(nèi)的光能，溫度差的能量等。這些能量經(jīng)過處理以后，用來供給enocean超低功耗的enocean通訊模塊，實現(xiàn)真正的無數(shù)據(jù)線，無電源線，無電池的通訊系統(tǒng)。

傳感單元檢測溫度，通過enocean無線能量采集技術(shù)和無線通信技術(shù)，將溫度信息匯總到主控器，主控器將信息通過gprs/3g/4g網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器端。采用enocean能量搜集技術(shù)，利用運(yùn)輸過程中對微小震動能量的搜集，可以實現(xiàn)傳感器和主控器電能的供給，采用enocean無線通信技術(shù)，功耗低，實現(xiàn)傳感器的供電和主控器充電，無需部署信號線，電源線，節(jié)能降耗，布置靈活。