專利名稱：基于gprs的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于食品冷藏運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè) 裝置。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)冷鏈系統(tǒng)中車載和陸用溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和記錄設(shè)備的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)在駕駛室內(nèi) 對(duì)車廂內(nèi)溫度進(jìn)行顯示、調(diào)控和記錄，實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)不同車輛不同溫區(qū)溫度的適時(shí)監(jiān)測(cè) 與控制，是目前冷鏈控制中的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于食品運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)裝置，解決冷鏈控制 中的運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制難題。
本發(fā)明提供的用于食品運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)裝置，是基于GPRS的冷藏車多溫 區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)于冷藏車各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)和設(shè)于駕駛室中的嵌入式控 制平臺(tái)，以及兩者之間的通信網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)圖1和圖2所示。其中，
冷藏車分為常溫區(qū)、冷藏區(qū)和冷凍區(qū)三個(gè)區(qū)域，設(shè)于各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)，包 括溫度傳感器、環(huán)境溫度控制設(shè)備、微控制器以及與溫度傳感器和各設(shè)備之間的電信號(hào)連 接線，微控制器接收溫度傳感器送來(lái)的溫度信號(hào)，并控制環(huán)境溫度控制設(shè)備的工作；
所述的嵌入式控制平臺(tái)，由基于EP9315的控制板分別與觸摸屏、CF卡讀取裝置、GPRS 通訊模塊、USB接口、以太網(wǎng)接口、 SDRAM、 FLASH、語(yǔ)音報(bào)警裝置和液晶顯示屏連接組成；
所述的通信網(wǎng)絡(luò)是RS485網(wǎng)絡(luò)，并自定義網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
本發(fā)明中，安裝在駕駛室中的嵌入式控制平臺(tái)通過(guò)GPRS通信模塊與物流管理中心建 立通信聯(lián)系，接收來(lái)自物流管理中心的數(shù)據(jù)，并將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到物流管理中心，便 于系統(tǒng)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)其貨物所要求的儲(chǔ)藏溫度區(qū)域?qū)洳貐^(qū)進(jìn)行 溫度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控多溫區(qū)冷藏車的運(yùn)輸整個(gè)過(guò)程的三個(gè)溫區(qū)的實(shí)時(shí)溫度。多溫區(qū)冷 藏車設(shè)計(jì)了可精確控溫的人工環(huán)境系統(tǒng)，使所有貨物能存放的更久、更安全。專門設(shè)計(jì)了 一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)RS485總線網(wǎng)絡(luò)，所有控制指令和數(shù)據(jù)通過(guò)RS485總線網(wǎng)絡(luò)可安全可靠 地傳送到現(xiàn)場(chǎng)MCU，并提供語(yǔ)音控制功能，為駕駛?cè)藛T提供了一個(gè)最人性化的控制平臺(tái)。 在多溫區(qū)冷藏車的每個(gè)溫區(qū)都設(shè)計(jì)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)，通過(guò)獨(dú)立的微處理器現(xiàn)場(chǎng)處理溫度 測(cè)量值，并且對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行控制，完成溫區(qū)的精確控溫。


圖1為本發(fā)明的組成模塊示意圖。 圖2為本發(fā)明的硬件設(shè)計(jì)示意圖。 圖3為本發(fā)明的功能示意圖。 圖4為本發(fā)明的軟件流程圖。 圖5為圖4中解析數(shù)據(jù)并顯示在屏幕上的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置(如圖l)，包括設(shè)置在冷藏車各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)和設(shè)置在駕駛室中的嵌入式控制平臺(tái)以及兩者之間的通信網(wǎng)絡(luò)。其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控 點(diǎn)，包括溫度傳感器、環(huán)境溫度控制設(shè)備、微控制器以及溫度傳感器和設(shè)備之間的電信號(hào) 連接；嵌入式控制平臺(tái)包括基于EP9315的控制板、觸摸屏裝置、CF卡讀取裝置、GPRS通 訊模塊、USB接口、以太網(wǎng)接口、 SDRAM、 FLASH、語(yǔ)音報(bào)警裝置和液晶顯示屏等；通過(guò)RS485 總線組成其通信網(wǎng)絡(luò)，其硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。
首先，基于PC機(jī)的物流管理中心可以調(diào)度車輛，進(jìn)行冷藏貨物的裝車處理， 一旦裝 車完畢，物流管理中心會(huì)通過(guò)Internet發(fā)出出貨指令，其記錄了車輛號(hào)、溫區(qū)號(hào)、貨物 編號(hào)、溫度上限和溫度下限。每一輛冷藏車的駕駛室都安裝了帶有GPRS模塊的嵌入式控 制平臺(tái)，所有的車輛都會(huì)收到該信息，但只有對(duì)應(yīng)的車輛(即指定車輛號(hào)的車輛)會(huì)將該 條信息寫(xiě)入自己的嵌入式控制平臺(tái)，并同時(shí)與下端的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)控制點(diǎn)通訊，實(shí)現(xiàn)采集多溫 區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)溫度。
嵌入式控制平臺(tái)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)之間的通信是通過(guò) RS485總線組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量值和控制平臺(tái)的控制命令都是通過(guò)RS485總線 進(jìn)行傳送，通過(guò)設(shè)計(jì)的通訊格式實(shí)現(xiàn)了可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸和解析。
每輛冷藏車分為常溫區(qū)、冷藏區(qū)和冷凍區(qū)三個(gè)區(qū)域，本發(fā)明對(duì)于每一個(gè)溫區(qū)建立各自 獨(dú)立的監(jiān)控點(diǎn)，使用TI公司的MSP430F149作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)的微處理器，微處理器通過(guò)I/O 通道連接溫度傳感器測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，通過(guò)繼電開(kāi)關(guān)控制制冷設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 一方面， 現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)其環(huán)境溫度，并現(xiàn)場(chǎng)處理并保存，同時(shí)還通過(guò)RS485總線傳輸至嵌入式 控制平臺(tái)進(jìn)行長(zhǎng)期保存(保存歷史數(shù)據(jù))，并由嵌入式控制平臺(tái)通過(guò)GPRS將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù) 發(fā)送至物流管理中心，提供系統(tǒng)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另一方面，如果溫度超 過(guò)了區(qū)域的控制值，嵌入式控制平臺(tái)會(huì)立刻報(bào)警，并形成控制命令通過(guò)RS485總線發(fā)送至
現(xiàn)場(chǎng)微處理器，下端的三個(gè)溫區(qū)的微處理器同時(shí)收到控制命令并解析，只有解析出的區(qū)域 號(hào)是本區(qū)域號(hào)的微處理器才會(huì)具體地執(zhí)行本條命令，對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行控制處理。
另外，嵌入式控制平臺(tái)還包括觸摸屏模塊、USB接口、以太網(wǎng)接口、 CF讀卡器模塊、 SDRAM、 FLASH,并且提供語(yǔ)音控制功能，為駕駛?cè)藛T提供了一個(gè)最人性化的控制平臺(tái)。 本發(fā)明裝置采用的主要技術(shù)如下-
1、 嵌入式技術(shù)
對(duì)于駕駛室的控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)，是基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行的。嵌入式的優(yōu)點(diǎn)是可處理大 量采集信號(hào)，主控制器采用Cirrus Logic公司EP9315處理器，EP9315是一個(gè)高度集成的 基于ARM920T內(nèi)核的S0C處理器，具有獨(dú)立的16Kbyte Data Cache (數(shù)據(jù)緩存)和16Kbyte Instrustion Cache (指令緩存)，可支持多種嵌入式操作系統(tǒng)如Linux、 Windows CE的MMU (存儲(chǔ)管理單元)，主頻率200MHz，總線速度可達(dá)100MHz。內(nèi)部都有的MaverickCrunch 系統(tǒng)控制協(xié)處理器增加了浮點(diǎn)、整數(shù)和信號(hào)處理指令和優(yōu)化的數(shù)字音頻壓縮算法。ARM920T 微處理器以單獨(dú)的16K字節(jié)、64路結(jié)合組(set-associative)指令以及數(shù)據(jù)高速緩存為核 心。MaverickCrunchTM協(xié)處理器更進(jìn)一步增強(qiáng)了其性能。EP9315微處理器erickCrunch引 擎是一種先進(jìn)的混合模式數(shù)學(xué)協(xié)處理器，可大大提高ARM內(nèi)核的單/雙精度整數(shù)及浮點(diǎn)處 理能力。當(dāng)對(duì)數(shù)字音頻和視頻格式進(jìn)行編碼、通過(guò)以太網(wǎng)處理數(shù)據(jù)、或執(zhí)行其它運(yùn)算密集 型計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，該引擎可為EP9315提供必需的速度和性能。采用2片32M的 三星K4S511632C COMS SDRAM作為系統(tǒng)RAM,共計(jì)64M的RAM空間可以負(fù)擔(dān)嵌入式操作系 統(tǒng)、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)融合和動(dòng)態(tài)圖形處理等相關(guān)數(shù)據(jù)處理事務(wù)；采用2片16M的Intel 28F128J3 FLASH,作為系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)，用于存放linux操作系統(tǒng)、基本驅(qū)動(dòng)程序、QT應(yīng) 用程序、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)表單結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)融合處理的部分中間表單；CF卡作為移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備， 用于存放較大的數(shù)據(jù)庫(kù)文件以及字庫(kù)等。
2、 GPRS技術(shù)
采用WAVEC0M Q2403模塊作為GPRS模塊，
GPRS (General Packet Radio Service)——通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的承載業(yè)務(wù)，其基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)引入了一些新模塊GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN (Gateway GPRS Support Node)、 GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN (Serving Gateway Support Node)、 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)月艮務(wù)中心(Point—To—Multipoint Service Center, PTM-SC)、邊界網(wǎng)關(guān)(Boarder Gateway, BG)、改進(jìn)基站子系統(tǒng)BSS等。GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gi 參考點(diǎn)接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)， 一般采用IP協(xié)議和基于PPP協(xié)議的連接方式?；贗P協(xié)議連 接時(shí)，GGSN需要支持IP協(xié)議，并作為路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接；基于PPP協(xié)議連接時(shí)，
GGSN除了需要支持IP協(xié)議外，還需要支持PPP協(xié)議和其它基于NCP的應(yīng)用協(xié)議，GGSN終 結(jié)到MMS的PPP連接或?qū)PP幀傳送到PDN， PPP幀可通過(guò)L2TP隧道進(jìn)行封裝。 3、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)
現(xiàn)場(chǎng)處理模塊主要以MSP430F149單片機(jī)為核心處理器，既是數(shù)據(jù)處理單元，又是控 制處理單元，內(nèi)部自帶的FLASH單元主要用于存放系統(tǒng)代碼和控制算法，在硬件設(shè)計(jì)上采 用SPI電路外擴(kuò)兩片ATMEL的Data Flash芯片(AT45DB021)用于大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)。由傳感 器采集來(lái)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵所在， 一方面，在硬 件上采取溫度器線性化處理，另一方面，在軟件上進(jìn)一步對(duì)溫度器進(jìn)行溫度標(biāo)定以提高溫 度測(cè)量的精度。
標(biāo)定方法如下將溫度傳感器置于標(biāo)準(zhǔn)參考溫度下，記錄在此標(biāo)準(zhǔn)參考溫度下單片機(jī) 采集的傳感器的輸入信號(hào)值(這里的標(biāo)準(zhǔn)參考溫度指的是已知的高精度溫度場(chǎng)，標(biāo)定之后 傳感器能達(dá)到的最終精度與該標(biāo)準(zhǔn)溫度的精度有很大的關(guān)系)，按從小到大的順序測(cè)量出 一組被測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到某一測(cè)量參數(shù)的一組不等間距的己知數(shù)據(jù)， 據(jù)此求出處于己知數(shù)據(jù)之外的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。常用的非線性校正方法有線性插值、多項(xiàng)式插值、 査表法等。運(yùn)用n次多項(xiàng)式或n個(gè)線性插值對(duì)非線性進(jìn)行逼近，可以保證在n+l個(gè)節(jié)點(diǎn)校 正誤差為零，即逼近曲線恰好經(jīng)過(guò)這些節(jié)點(diǎn)。但是由于這些數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，含有隨機(jī)誤 差，則這些校正方程并不能反映實(shí)際的函數(shù)關(guān)系，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，往往次數(shù)太高，使用起 來(lái)不方便。同時(shí)由于使用査表法或分段線性插值，編程實(shí)現(xiàn)非常繁鎖，所以在系統(tǒng)中使用 了最小二乘法擬合進(jìn)行數(shù)值逼近，使逼近模型比較符合實(shí)際關(guān)系，在形式上也盡可能的簡(jiǎn) 單。因?yàn)闇囟葌鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)與絕對(duì)溫度成正比例，再經(jīng)過(guò)硬件上的線性化處理，基本 上輸出信號(hào)與溫度成正比，所以可確定最小二乘法所需的形式為直線形式。
本發(fā)明中，軟件的流程見(jiàn)圖4和圖5所示。
權(quán)利要求
1、一種基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在冷藏車各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)和設(shè)置在駕駛室中的嵌入式控制平臺(tái)以及兩者之間的通信網(wǎng)絡(luò)模塊，冷藏車分為常溫區(qū)、冷藏區(qū)和冷凍區(qū)三個(gè)溫區(qū)，其特征在于所述設(shè)置于各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)，包括溫度傳感器、環(huán)境溫度控制設(shè)備、微控制器以及與傳感器和設(shè)備之間的電信號(hào)連接線；微控制器接收溫度傳感器送來(lái)的溫度信號(hào)，并控制環(huán)境溫度控制設(shè)備的工作；所述的嵌入式控制平臺(tái)由基于EP9315的控制板分別與觸摸屏、CF卡讀取裝置、GPRS通訊模塊、USB接口、以太網(wǎng)接口、SDRAM、FLASH、語(yǔ)音報(bào)警裝置和液晶顯示屏連接組成；所述的通信網(wǎng)絡(luò)采用RS485網(wǎng)絡(luò)，并自定義的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述 嵌入式控制平臺(tái)通過(guò)GPRS與物流管理中心建立通信聯(lián)系，接收來(lái)自物流管理中心的數(shù)據(jù)， 并將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至物流管理中心，便于系統(tǒng)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述 SDRAM采用2片32M的三星K4S511632C C0MS作為系統(tǒng)的RAM，用于存儲(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)、 移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)融合和動(dòng)態(tài)圖形處理相關(guān)數(shù)據(jù)，所述FLASH采用2片16M的Intel 28F128J3 作為系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)，用于存放Linux操作系統(tǒng)、基本驅(qū)動(dòng)程序、QT應(yīng)用程序、移動(dòng)數(shù)據(jù) 庫(kù)表單結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)融合處理的部分中間表單。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)模塊采用WAVEC0M Q2403模塊，其中包括GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服 務(wù)中心、邊界網(wǎng)關(guān)、改進(jìn)基站子系統(tǒng)BSS; GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gi參考點(diǎn)接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)， 采用IP協(xié)議和基于PPP協(xié)議的連接方式；基于IP協(xié)議連接時(shí)，GGSN支持IP協(xié)議，并作 為路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接；基于PPP協(xié)議連接時(shí)，GGSN除了支持IP協(xié)議外，還支持 PPP協(xié)議和其它基于NCP的應(yīng)用協(xié)議，GGSN終結(jié)到廳S的PPP連接或?qū)PP幀傳送到PDN， PPP幀通過(guò)L2TP隧道進(jìn)行封裝。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPRS的多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述 溫度傳感器進(jìn)行了線性化處理，并進(jìn)行了溫定標(biāo)定。
全文摘要
本發(fā)明屬于溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于GPRS多溫區(qū)冷藏車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。該裝置包括設(shè)于冷藏車各個(gè)溫區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制點(diǎn)和設(shè)于駕駛室中的嵌入控制平臺(tái)，冷藏車分為常溫區(qū)，冷藏區(qū)和冷凍區(qū)；設(shè)于各個(gè)溫區(qū)的測(cè)量控制點(diǎn)包括溫度傳感器，環(huán)境溫控設(shè)備和微控制器；嵌入式控制平臺(tái)由控制主板分別與觸摸屏、CF卡讀取裝置、GPRS通信模塊、USB接口等到連接組成，通信網(wǎng)絡(luò)采用RS485網(wǎng)絡(luò)。裝置通過(guò)GPRS模塊與物流管理中心進(jìn)行通信。本裝置可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)和制冷設(shè)備的控制，以保證現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度達(dá)到冷藏要求，同時(shí)再通過(guò)GPRS發(fā)送到物流管理中心，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控制。本發(fā)明高效、可靠、操作方便，實(shí)現(xiàn)了冷鏈控制中的運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。
文檔編號(hào)G08C17/00GK101174358SQ200710171270
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者海 劉, 濤 池, 晶 謝, 明 陳 申請(qǐng)人:上海水產(chǎn)大學(xué)