装备用智能终端及其通信方式自适应切换方法与流程

本发明涉及集装箱为代表的物流装备领域，尤其涉及一种装备用智能终端及其通信方式自适应切换方法。

背景技术：

集装箱、道路运输车辆是全球物流运输的核心装备，全球国际货运90％以上都是通过集装箱完成，物流装备主要包括普通货物集装箱、罐式集装箱、冷藏集装箱以及配合道路运输车辆(挂车、半挂车)形成的道路运输装配。运输装备的智能化和信息化是影响现代交通物流的一个关键因素，由于集装箱、道路运输车辆作为物流核心装备没有智能化或智能化程度比较低，导致整个供应链的信息孤立，整个供应链的信息流的不畅通，是影响现代物流效率的一个关键因素。

目前，国内外众多专家、学者、企业、政府、高校都在对智能物流装备进行研究，也取得了一定的成果，主要集中在物流装备身份识别设备、物流装备安全设备、物流装备内部状态检测设备、物流装备环境控制设备或以上各种设备的结合产品。但是也存在一些不足，主要集中在与后台管理平台通信方式、物流装备用智能终端与物流装备上其它智能化设备的数据交换、物流装备特别是集装箱用智能终端电能供应三个方面上。

以集装箱为代表的物流装备是全球化的运输载体，在多式联运的基础上，它可能在世界的任何地方，货物托运人和集装箱运营公司需要时刻知道集装箱的位置、所装载货物情况、是否被入侵等信息，而目前集装箱与后台管理平台的数据交换主要集中在GPRS、GSM和RFID这三种无线方式。GPRS、GSM以及3G通信技术都是要依靠通信基站作为其信息接入点，但是在很多通信基站没有覆盖到的偏远地区和海洋之上，要依靠这种方式实现接入后台管理平台是不可能的；同样RFID也有这种缺点，而且RFID通信距离短，如果要实现实时监控集装箱，那么要在沿途布太多RFID阅读器，实现起来从各方面来说不合理。以上情况就需要利于一种能够全 球范围内可以更好监控以集装箱为代表的物流装备的技术——卫星通信。卫星、移动通信、RFID各自具有其优缺点，如何综合利用其有缺点进行设计一种新的装备用智能终端并能够进行通信方式的有规则切换，使各种通信方式优势互补，就显得很必要了。

物流装备智能化的进程使得围绕物流装备出现了很多智能化的设备，例如冷藏集装箱的冷机、电加热集装箱加热设备、罐式集装箱的储液控制系统、普通集装箱内置电子锁、运输车辆智能终端以及其它智能化传感器等等，如何采集这些设备的工作参数并对这些设备进行控制操作，进而更加高效的对物流装备进行管理也是十分迫切的需求，而能与后台管理平台通信的装备用智能终端设备自然就被当作必不可少的中间媒介，同时由于物流装备上智能化设备的通信接口各式各样，这就要求能与后台管理平台通信的装备用智能终端具有多种通信接口进行匹配。另外物流装备上还有单向输出和受控设备，这些设备也需要单向数据采集口和单向数据输出口。

第三个问题就是物流装备、特别是集装箱用智能终端的电能消耗和供电，装备用智能终端在电能消耗抑制上主要采用降低电源负载数量和减少单位时间内数据发送次数来降低能耗的，在供电方式上主要采用可多次充电的电池作为能源进行供电，对短距离低功耗的设备来说没有关系，但是对较高功耗、运输距离较长的以集装箱为代表的物流装备监控来说就显得有点力不从心了。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明公开了一种装备用智能终端，其特征在于，所述装备用智能终端包括：

通信模块，所述通信模块包括后台平台通信口，所述后台平台通信口包括卫星通信模块、移动通信模块和无线射频通信模块，所述后台平台通信口通过所述卫星通信模块、所述移动通信模块和所述无线射频通信模块中的至少一个通信，且各通信方式可以自适应切换；

输出控制模块，所述输出控制模块与所述通信模块相连，所述输出控 制模块包括自带控制执行设备、自带状态采集设备和微处理器；

数据模块，所述数据模块与所述输出控制模块相连，所述数据模块采集外部数据并将外部数据传输给所述输出控制模块；以及

供电模块，所述供电模块与所述通信模块、所述输出控制模块和所述数据模块相连，所述供电模块包括可充放电的电池组、电源管理模块、自发电装置和外部电源接口。

可选地，所述装备用智能终端为通风器、电子锁、防拆卸装置或独立设备。

可选地，所述卫星通信模块是与卫星相配合的卫星通信模块。

可选地，所述移动通信模块包括GPRS模块、3G模块和4G模块中的至少一种。

可选地，所述无线射频通信模块包括RFID模块和WSN模块中的至少一种。

可选地，所述RFID模块的频率为2.4GHz、915MHz和433MHz中的至少一种。

可选地，所述WSN模块采用ZIGBEE、ZWAVE、WIFI和蓝牙网络中的至少一种构建无线传感器网络。

可选地，所述通信模块还包括装备自有智能设备通信口，所述装备自有智能设备通信口与冷藏箱冷机、电加热箱加热系统、天然气罐箱加注系统和运输智能车体等智能设备中的至少一种通信，通信方式为RS232、RS485、CAN总线、Modbus总线和工业总线中的至少一种。

可选地，所述通信模块还包括装备自有无线数据传输口，所述装备自有无线数据传输口与装备自有的通信设备通信，通信方式包括蓝牙、WIFI、RFID、NFC和红外通信中的至少一种；所述装备自有无线数据传输口的通信频率采用2.45GHz、13.56MHz、38KHz、125KHz、433MHz、915MHz、868MHz和315MHz中的至少一种。

可选地，所述数据模块包括单向输入数据采集口和单向输出数据口。

可选地，所述单向输入数据采集口采集箱载设备的外部信号，所述外部信号包括数字开关量信号和模拟信号，所述数字开关量信号包括箱温、湿度、压力和开关状态中的至少一种，所述模拟信息号包括电压信号、电流信号、光信号中的至少一种；

所述单向输出数据口将输出信号输出到箱载设备，所述输出信号包括 PWM信号、数字开关量信号和模拟信号中的至少一种。

可选地，所述微处理器采用PIC16F690、SOP20、32位微控制器、MSP430和STM32系列中的至少一种。

可选地，所述自带控制执行设备包括状态指示灯和报警蜂鸣器中的至少一种。

可选地，所述自带状态采集设备包括开关状态采集传感器和电量检测传感器中的至少一种。

可选地，所述电源管理模块对所述装备用智能终端进行电量管理并监测实际电量；所述自发电装置为太阳能供电装置、风能供电装置、磁能供电装置、震动供电装置和摩擦供电装置中的至少一种；所述可充放电的电池组对所述自发电装置产生的电能进行蓄能，并将电能提供给所述装备用智能终端。

本发明还公开了一种装备用智能终端的通信方式自适应切换方法，其特征在于，所述装备用智能终端为上述的装备用智能终端，所述装备用智能终端的通信方式包括卫星通信方式、移动通信方式和无线射频通信方式，所述装备用智能终端的通信方式自适应切换方法是依据各通信方式被使用的优先级，依次判断当前通信方式是否有效，如若有效则依据优先级最高且有效的通信方式与所述后台运营平台进行通信，如若无效则通过查询下一级的通信方式是否有效，如若下一级有效则依据下一级且有效的通信方式与所述后台运营平台进行通信，依次循环进行查询并使用有效通信方式，且通信方式优先级可以被刷新；

可选地，当在每次发送到所述后台运营平台的数据中刷新通信方式优先级标志位有效时，装备用智能终端的通信方式被使用的优先级可以被刷新，进而来改变各种通信方式被循环查询并使用的优先顺序。

可选地，装备用智能终端的通信方式的优先级的刷新方式包括两种：第一种是依据人为输入，人为设定切换优先级；第二种是依据相关标准、全球资费数据库、控制器分析处理反馈的终端状态信息形成新的通信方式优先级；最终形成的新的通信方式优先级通过当前通信方式的下行链路发送给终端，进而形成新的通信方式切换方法；当第一种和第二种通信方式优先级的刷新方式都有效时，采用第一种刷新方式。

可选地，依据当前各通信方式被使用的优先级进行通信方式有效的查 询方式采用向下递上扩大的查询方式，所述向下递上扩大的查询方式是指每次查询下一级的通信方式是否有效时，需查询所有比下一级要查询的通信方式优先级高的通信方式。

根据本发明的装备用智能终端，包括通信模块、输出控制模块、数据模块和供电模块。能够结合多种通信模式，使得通信范围更广；且能够控制并管理智能化设备，并且采用自发电设备解决了供电问题。

附图说明

本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为装备用智能终端的架构示意图；

图2为按照本发明的一种装备用智能终端与后台平台的连接示意图，以及；

图3为按照本发明的一种装备用智能终端的通信方式自适应切换方法的流程图。

附图标记说明：

10、通信模块 20、输出控制模块

30、数据模块 40、供电模块

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图1所示，本发明公开了本发明公开了一种装备用智能终端，其可用于集装箱，装备用智能终端包括：通信模块10、输出控制模块20、数据 模块30以及供电模块40。

装备用智能终端其具体实现形式可根据物流装备的种类及功能需求而定，可将其设计为物流装备用智能电子锁或者构造为设置在集装箱通风器中。

装备用智能终端可以为通风器、电子锁、防拆卸装置或其他单独的独立设备，其可以安装在物流装备上。

具体地，通信模块10包括后台平台通信口，装备用智能终端通过该后台平台通信口与后台平台进行通信，从而后台平台可以得知安装有装备用智能终端的物流装备的信息，包括诸如位置、货品资料等信息。

后台平台通信口包括卫星通信模块、移动通信模块和无线射频通信模块，后台平台通信口通过卫星通信模块、移动通信模块和无线射频通信模块中的至少一个通信。

进一步地，卫星通信模块可以为与诸如ORBCOMM(轨道通信公司)的低轨道卫星相配合的卫星通信模块。移动通信模块包括GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)模块、3G(3rd-generation，第三代移动通信技术)模块和4G(4th-generation，第四代移动通信技术)模块中的至少一种。

无线射频通信模块包括RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)模块和WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)模块中的至少一种。

再进一步地，RFID模块的频率为2.4GHz、915MHz和433MHz中的至少一种；而WSN模块可采用ZIGBEE(ZigBee，"紫蜂"短距离无线通信技术)、ZWAVE(Z-Wave无线组网规格)、WIFI(wireless fidelity，无线网络)和蓝牙网络中的至少一种构建无线传感器网络。

另外，由于物流装备还可能设置有其他智能设备，诸如冷藏箱的冷机、电加热箱的加热系统、智能传感器、智能车体等等，通信模块10还可包括与箱载智能设备通信的装备自有智能设备通信口，以使得后台平台可得知这些箱载智能设备的工作状态等信息。

装备自有智能设备通信口，所述装备自有智能设备通信口与冷藏箱冷机、电加热箱加热系统、天然气罐箱加注系统和运输智能车体等智能设备中的至少一种通信，可以为通信的方式为RS232(通信接口)、RS485(通信接口)、CAN总线、Modbus总线或工业总线，或者常用的其它通信方式， 可根据具体需要进行选择。

当然，通信模块10也可以通过无线方式与装备的智能设备进行通信。即通过装备自有无线数据传输口与装备的智能设备通信。

通信的方式可包括蓝牙、WIFI、RFID、NFC或红外通信中。装备自有无线数据传输口的通信频率采用2.45GHz、13.56MHz、38KHz、125KHz、433MHz、915MHz、868MHz和315MHz中的至少一种。

现描述输出控制模块20，输出控制模块20与通信模块10相连，输出控制模块20包括自带控制执行设备和微处理器。

微处理器可采用PIC16F690、SOP20、Precision32^TM 32位微控制器、MSP430或STM32系列。

与微处理器相连的自带控制执行设备可包括电子锁马达、状态指示灯和报警蜂鸣器。而诸如电子锁开关状态采集传感器和电量检测传感器的自带状态采集设备可对自带控制执行设备的状态进行采集，并传输给微处理器。在采用自发电技术进行发电的自发电装置无法满足电池组供电且电池组电量不足时，状态指示灯进行电量不足报警提示，工作人员可通过外部电源接口给装备用智能终端电源模块供电。

除了自带控制执行设备的信号，微处理器还需要外部数据信号。数据模块30与输出控制模块20(微处理器)相连，数据模块30采集外部数据并将外部数据传输给输出控制模块20。

在图示实施方式中，数据模块30包括单向输入数据采集口和单向输出数据口。

单向输入数据采集口采集箱载设备的外部信号，外部信号包括数字开关量信号和模拟信号，数字开关量信号包括箱温、湿度、压力或开关状态，模拟信息号包括电压信号、电流信号、光信号中的至少一种。

单向输出数据口将输出信号输出到箱载设备，输出信号包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号、数字开关量信号或模拟信号。

给通信模块10、输出控制模块20和数据模块30提供电力源的供电模块40分别与通信模块10、输出控制模块20和数据模块30相连。在图示实施方式中，供电模块40包括可充放电的电池组、电源管理模块、自发电装置和外部电源接口。

电源管理模块对装备用智能终端进行电量管理并监测实际电量。

自发电装置可以为太阳能供电装置、风能供电装置、磁能供电装置、震动供电装置和摩擦供电装置等常见的供电装置。以通过诸如太阳能和风能的能量进行蓄电和供电，从而解决了长距离运输的供电问题。

可充放电的电池组对自发电装置和外部电源接口提供的电能进行蓄能，并将电能提供给装备用智能终端。

此外，本发明还公开了一种具有上述装备用智能终端的集装箱。该集装箱包括具有诸如通风器、电子锁、防拆卸装置或独立设备等构造的装备用智能终端。

如图2和图3所示，本发明还公开了一种装备用智能终端的通信方式自适应切换方法，装备用智能终端为上述的装备用智能终端，装备用智能终端的通信方式包括卫星通信方式、移动通信方式和无线射频通信方式，装备用智能终端的通信方式自适应切换方法是依据各通信方式被使用的优先级，依次判断当前通信方式是否有效，如若有效则依据优先级最高且有效的通信方式与所述后台运营平台进行通信，如若无效则通过查询下一级的通信方式是否有效，如若下一级有效则依据下一级且有效的通信方式与所述后台运营平台进行通信，依次循环进行查询并使用有效通信方式，且通信方式优先级可以被刷新。

当在每次发送到所述后台运营平台的数据中刷新通信方式优先级标志位有效时，装备用智能终端的通信方式被使用的优先级可以被刷新，进而来改变各种通信方式被循环查询并使用的优先顺序。

装备用智能终端的通信方式的优先级的刷新方式包括两种：第一种是依据人为输入，人为设定切换优先级；第二种是依据相关标准、全球资费数据库、控制器分析处理反馈的终端状态信息形成新的通信方式优先级；最终形成的新的通信方式优先级通过当前通信方式的下行链路发送给终端，进而形成新的通信方式切换方法；当第一种和第二种通信方式优先级的刷新方式都有效时，采用第一种刷新方式。

依据当前各通信方式被使用的优先级进行通信方式有效的查询方式采用向下递上扩大的查询方式，所述向下递上扩大的查询方式是指每次查询下一级的通信方式是否有效时。需查询所有比下一级要查询的通信方式优先级高的通信方式。

该装备用智能终端的通信方式自适应切换方法可依据通信距离的远 近、通信成本、通信数据流量的大小以及通信所消耗能量的大小来进行切换。这样，在没有基站覆盖的区域，诸如远洋，装备用智能终端可通过卫星通信模块进行通信，而这种通信并不基于移动通信基站或者无线射频读取设备。当然，本领域技术人员应当知道，在诸如港口等设置有移动通信基站或移动通信信号覆盖的地方，装备用智能终端的后台平台通信口可通过移动通信模块进行通信。在诸如工作人员使用无线射频读取设备时，装备用智能终端的后台平台通信口可通过无线射频通信模块进行通信。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。