一种冷链车运输跟踪系统的制作方法

本发明涉及食品安全电子溯源和物联网领域，具体地讲是一种冷链车运输跟踪系统。

背景技术：

冷链车运输是生鲜农产品从收购到消费过程中不可缺少的一环，它是生鲜农产品供应链中保持生鲜农产品特殊质量所必需进行温湿度控制的环境。对生鲜农产品冷链车进行监测追踪是保证生鲜农产品特殊质量安全最为重要的环节之一。传统的生鲜农产品冷链车监测追踪系统主要是将监测设备放在冷链车中，靠人工记录每个时间段的车厢环境参数和冷链车装货卸货的时间，管理人员只能在冷链车运输结束后对异常情况进行处理，无法实现对异常状况进行实时处理，会造成较大的经济损失；对于冷链车的监测依旧处于温湿度的监测阶段，并没有对冷链车每次开箱作业时间和时长进行监测；GPS本身存在误差，对冷链车的每次启动时刻和每次停车时刻无法精准监测。

近年来物联网中的短距离无线通信技术发展迅速，为优化生鲜农产品冷链车实时监控追踪系统提供了新途径。作为物联网核心技术之一的短距离无线通信技术被广泛应用于设施农业监控领域和智能设备领域，并取得了显著的成果。在生鲜农产品冷链车监测追踪系统的研究与应用中，由于每一辆冷链车每次运输距离不确定和为了便于调配，从出发点出发到再返回出发点最长时间需要几个月，而位于车厢内的传感节点的供电电源采用纽扣电池或干电池，所以供电电源能量不是很充足，所以必须设计低功耗、数据稳定性好的传感节点。由于冷链车车厢内的终端传感节点功能简单，主要耗能是短距离无线通信模块。近年来比较流行的短距离无线通信技术有三种：1)WiFi全称是Wireless Fidelity，它使用的是2.4GHz附近的频段，使用的标准由两个：IEEE802.11a和IEEE802.11b。其无线电波的覆盖范围广，覆盖范围半径约达100m，传输速度可以达到11Mbps。IEEE802.11中规定的发射功率不能超过100mW，WiFi实际发射功率约为60mW～70mW，WiFi以功耗换取带宽，而且大多数便携WiFi设备都需要常规充电；2)ZigBee是IEEE802.15.4的商业名称，属于个人区域网络(PAN)的范畴，是一种有效通信距离在几米至几十米之间、发射功率仅为1mW、最高传输速率只有250Kb/s、低成本、低复杂度的双向无线通信技术。ZigBee的典型搜索设备的时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms，而且采取了碰撞避免策略，避开了发送数据时的竞争和冲突，其MAC层采用了完全确认的数据传输模式。一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内最多可以同时存在100个独立而且互相重叠覆盖的ZigBee网络，所以ZigBee具备强大的网络容纳量和自组网功能。ZigBee的特性很适合用于自动控制领域，满足小型廉价设备的无线通信和控制的要求。但是ZigBee传输速率依旧较低，数据传输不稳定，时延不确定，功耗依旧比较大；3)蓝牙4.0在蓝牙3.0+HS的传统版本标准上加入了高速传输技术和Wibree标准的低功耗的传输技术，是集传统蓝牙、高速技术及低功耗标准的“三者合一”的蓝牙。蓝牙4.0传输速率快，其传输速率可高达1Mb/s；蓝牙4.0版本使用的是24位的循环冗余校验(CRC)，这确保了所有封包在受到干扰时仍能保持最大的稳定性；蓝牙4.0采用了简单的高斯频移键控(GFSK)调制，拥有非常低的运行功耗和待机功耗，它只在需要传输数据时才会启动，其他时间均处于休眠状态，这很大程度上减少了能量的耗损。但是，蓝牙4.0可连接设备比较少，在实际应用上只能稳定的连到7个设备，而且蓝牙4.0在确保传输信息的很高安全性的同时限制了其数据的传输容量。

由于在生鲜农产品冷链车的小空间车厢范围需安放的传感节点较少且传感节点需要满足低功耗和数据稳定地高速率传输，而且传感节点每次所需传输的数据量极少，所以在生鲜农产品冷链车监测追踪系统中使用蓝牙4.0有着明显的优势。能耗问题和实时精确检测一直是生鲜农产品冷链车运输监测追踪的核心问题，本发明针对生鲜农产品冷链车运输的特点，在引入蓝牙4.0的基础上，设计了一种基于GPS和蓝牙4.0的冷链车运输追踪系统，能够很好地解决能耗问题和实施精确监测问题，有助于发挥物联网技术运用在冷链车运输追踪上的优势，推动冷链车运输追踪系统的大规模应用，为生鲜农产品的食品安全提供保障。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供一种。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种冷链车运输跟踪系统，其特征在于，包括若干位于冷链车车厢内部的传感节点和位于驾驶室的网关，传感节点采集的数据传送至网关，网关将所有数据传送至服务器。

进一步的，所述传感节点包含传感器模块I、微控制器模块I、短距离无线通信模块I和能量供应模块I，传感器模块I、微控制器模块I和短距离无线通信模块I依次连接，传感器模块I、微控制器模块I和短距离无线通信模块I均与能量供应模块I连接。

进一步的，所述传感器模块I包含温湿度传感器、光照传感器和调节电路I，温湿度传感器和光照传感器分别连接调节电路I，调节电路I与微控制器模块I连接。

进一步的，所述温湿度传感器选用SHT1x系列，为SHT10、SHT11或SHT15，工作电压范围是2.4～5.5V；光照传感器选用BH1750FVI，工作电压范围是2.4～3.6V；调节电路I是在温湿度传感器、光照传感器的电源引脚VDD、GND之间分别增加一个100nF的电容，用以去耦滤波；在温湿度传感器、光照传感器的电源引脚VDD和时钟输入引脚SCK之间、电源引脚VDD和数据输入引脚DATA/SDA之间分别增加一个4.7K的上拉电阻。

进一步的，能量供应模块I采用两节干电池或者3.3V纽扣电池，为传感器模块I、微控制器模块I和短距离无线通信模块I提供电源。

进一步的，所述微控制器模块I采用STM8L100xx系列芯片，它是一款工作在1.65V～3.6V电压范围内的8位超低功耗微控制器，该系列微控制器具备8KFlash、2K EEPROM、USART、SPI、I²C、多功能定时器等满足本发明的功能需求；短距离无线通信模块I与微控制器模块I连接，受微控制器模块I驱动，短距离无线通信模块I采用蓝牙4.0与在驾驶室的网关进行数据的交互，蓝牙4.0的核心芯片采用蓝牙协议栈芯片CC2540，CC2540芯片是TI公司生产的完全兼容蓝牙4.0的BLE协议栈的SOC芯片，CC2540芯片具备超低功耗的睡眠模式和运行模式，当两种模式互相转化时可以进一步地实现超低功耗，这使CC2540芯片可以很好地应用于低功耗系统，它的工作电压范围是2.0～3.6V，发送模式下电流损耗为19.6mA，待机模式下仅为0.4uA。

进一步的，网关包含短距离无线通信模块II、微控制器模块II、传感器模块II、GPS+GPRS模块和能量供应模块II，短距离无线通信模块II、传感器模块II和GPS+GPRS模块分别与微控制器模块II连接，微控制器模块II和短距离无线通信模块II与调节电路III连接，传感器模块II和GPS+GPRS模块与调节电路IV连接，调节电路III和调节电路IV与车载电源连接。

短距离无线通信模块II与微控制器模块II连接，受微控制器模块II控制。短距离无线通信模块II与短距离无线通信模块I采用的技术方案一样，它负责与传感节点进行数据的交互，所述短距离无线通信模块II连接短距离无线通信模块I，进行数据的交互。

进一步的，传感器模块II包含三轴加速度传感器和调节电路II，三轴加速度传感器和调节电路II连接，调节电路与微控制器模块II连接；三轴加速度传感器选用MPU6050，它通过I2C协议与微控制器模块II传递数据，MPU6050工作电压范围是3.3V～5V，具备一个有助于降低系统功耗的片上1024字节FIFO，它带有三个陀螺仪，每个陀螺仪负责检测围绕各个轴转动的速度，这样我们可以很好地监测冷链车的行驶状态，调节电路II也就是保证三轴加速度传感器MPU6050正常工作的外围电路

进一步的，微控制器模块II采用芯片STM32F103RET6，它是一款以Cortex-M3为核心的工作在2V～3.6V电压范围内的32位低功耗微控制器。该微控制器CPU频率为72MHz，具备512K Flash、64Kb RAM、USART、SPI、I²C、多功能定时器等满足本发明需求的功能。

GPS+GPRS模块与微控制器模块II连接，受微控制器模块II驱动。GPS+GPRS模块的核心芯片使用KL2303-A，KL2303-A是使用MTK最新(到20160115为止)推出的MT2503芯片设计的，KL2303-A的工作电压范围：3.8V～4.2V，典型值是4.0V，KL2303-A是GPS+北斗+GSM四频段模块，是一款邮票孔接口的GNSS+GPRS无线定位模块，KL2303-A支持AGPS辅助定位，支持OTA无线升级，运行异常可自动回复正常，并集成GPRS后台标准协议，具有定位速度快、精度高、可靠性高、返修率极低、体积小、重量轻等优点，其超强的GPS和GSM接收能力解决了盲区恢复慢和上传延时问题。

进一步的，能量供应模块II包含车载电源、调节电路III和调节电路IV，车载电源经过调节电路III调节后为微控制器模块II和短距离无线通信模块II提供工作电源，车载电源经过调节电路IV调节后为传感器模块II和GPS+GPRS模块提供工作电源。调节电路III和调节电路IV使用的核心芯片都是RT8292AHZSP，它是一款高效率的直流同步电压转换器，输入电压范围为4.5V～23V，输出电压范围为0.8V～20V，输出电流可高达2A，在RT8292AHZSP的作用下，可将车载电源转变为支持各个模块工作的电源。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的传感节点采用了超低功耗的蓝牙4.0和超低功耗微控制器STM8L100xx系列，比ZigBee能耗更小，传感节点的使用寿命更长；

(2)本发明的传感节点添加了光照传感器，将传感节点安装在冷链车的车厢门上，可以实现对冷链车每次开箱作业时间和时长进行监测；

(3)本发明的网关使用了以MTK最新推出的MT2503芯片设计的GPS+GPRS模块KL2303-A，其超强的GPS和GSM接收能力解决了盲区恢复慢和上传延时问题，而且大大缩小了网关硬件体积，更便于在驾驶室内放置；

(4)本发明在网关上添加了三轴加速度传感器，很好地弥补了GPS本身存在的误差，实现了对冷链车的每次启动时刻和每次停车时刻进行精准监测。

附图说明

图1为本发明的传感节点连接框图；

图2为本发明的网关连接框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种冷链车运输跟踪系统，其特征在于，包括若干位于冷链车车厢内部的传感节点和位于驾驶室的网关，传感节点采集的数据传送至网关，网关将所有数据传送至服务器；所述传感节点包含传感器模块I 1、微控制器模块I 2、短距离无线通信模块I 3和能量供应模块I 8，传感器模块I 1、微控制器模块I 2和短距离无线通信模块I 3依次连接，传感器模块I 1、微控制器模块I 2和短距离无线通信模块I 3均与能量供应模块I 8连接；所述传感器模块I 1包含温湿度传感器4、光照传感器5和调节电路I 6，温湿度传感器4和光照传感器5分别连接调节电路I 6，调节电路I 6与微控制器模块I 2连接；，所述温湿度传感器4选用SHT1x系列，为SHT10、SHT11或SHT15，工作电压范围是2.4～5.5V；光照传感器5选用BH1750FVI，工作电压范围是2.4～3.6V；调节电路I6是在温湿度传感器4、光照传感器5的电源引脚VDD、GND之间分别增加一个100nF的电容，用以去耦滤波；在温湿度传感器4、光照传感器5的电源引脚VDD和时钟输入引脚SCK之间、电源引脚VDD和数据输入引脚DATA/SDA之间分别增加一个4.7K的上拉电阻；能量供应模块I8采用两节干电池或者3.3V纽扣电池，为传感器模块I 1、微控制器模块I 2和短距离无线通信模块I 3提供电源；传感节点添加了光照传感器，将传感节点安装在冷链车的车厢门上，可以实现对冷链车每次开箱作业时间和时长进行监测。

所述微控制器模块I 2采用STM8L100xx系列芯片，它是一款工作在1.65V～3.6V电压范围内的8位超低功耗微控制器，该系列微控制器具备8K Flash、2K EEPROM、USART、SPI、I²C、多功能定时器等满足本发明的功能需求；短距离无线通信模块I与微控制器模块I连接，受微控制器模块I驱动，短距离无线通信模块I 3采用蓝牙4.0与在驾驶室的网关进行数据的交互，蓝牙4.0的核心芯片采用蓝牙协议栈芯片CC2540，CC2540芯片是TI公司生产的完全兼容蓝牙4.0的BLE协议栈的SOC芯片，CC2540芯片具备超低功耗的睡眠模式和运行模式，当两种模式互相转化时可以进一步地实现超低功耗，这使CC2540芯片可以很好地应用于低功耗系统，它的工作电压范围是2.0～3.6V，发送模式下电流损耗为19.6mA，待机模式下仅为0.4uA。

网关包含短距离无线通信模块II 9、微控制器模块II 10、传感器模块II 11、GPS+GPRS模块12和能量供应模块II 13，短距离无线通信模块II 9、传感器模块II 11和GPS+GPRS模块12分别与微控制器模块II 10连接，微控制器模块II 10和短距离无线通信模块II 9与调节电路III 16连接，传感器模块II 11和GPS+GPRS模块12与调节电路IV 15连接，调节电路III 16和调节电路IV 15与车载电源14连接。

短距离无线通信模块II 9与微控制器模块II 10连接，受微控制器模块II 10控制，短距离无线通信模块II 9与短距离无线通信模块I 3采用的技术方案一样，采用蓝牙4.0，蓝牙4.0的核心芯片采用蓝牙协议栈芯片CC2540，负责与传感节点进行数据的交互。

传感器模块II 11包含三轴加速度传感器17和调节电路II 18，三轴加速度传感器16和调节电路II 18连接，调节电路II 18与微控制器模块II 10连接；三轴加速度传感器16选用MPU6050，它通过I2C协议与微控制器模块II传递数据，MPU6050工作电压范围是3.3V～5V，具备一个有助于降低系统功耗的片上1024字节FIFO，它带有三个陀螺仪，每个陀螺仪负责检测围绕各个轴转动的速度，这样我们可以很好地监测冷链车的行驶状态，调节电路II 18也就是保证三轴加速度传感器MPU6050正常工作的外围电路

微控制器模块II 10采用芯片STM32F103RET6，它是一款以Cortex-M3为核心的工作在2V～3.6V电压范围内的32位低功耗微控制器。该微控制器CPU频率为72MHz，具备512K Flash、64Kb RAM、USART、SPI、I²C、多功能定时器等满足本发明需求的功能。

GPS+GPRS模块12与微控制器模块II 10连接，受微控制器模块II 10驱动。GPS+GPRS模块12的核心芯片使用KL2303-A，KL2303-A是使用MTK最新推出的MT2503芯片设计的，KL2303-A的工作电压范围：3.8V～4.2V，典型值是4.0V，KL2303-A是GPS+北斗+GSM四频段模块，是一款邮票孔接口的GNSS+GPRS无线定位模块，KL2303-A支持AGPS辅助定位，支持OTA无线升级，运行异常可自动回复正常，并集成GPRS后台标准协议，具有定位速度快、精度高、可靠性高、返修率极低、体积小、重量轻等优点，其超强的GPS和GSM接收能力解决了盲区恢复慢和上传延时问题。

能量供应模块II 13包含车载电源14、调节电路III 16和调节电路IV 15，车载电源14经过调节电路III 16调节后为微控制器模块II 10和短距离无线通信模块II 9提供工作电源，车载电源14经过调节电路IV 15调节后为传感器模块II11和GPS+GPRS模块12提供工作电源。调节电路III 16和调节电路IV 15使用的核心芯片都是RT8292AHZSP，它是一款高效率的直流同步电压转换器，输入电压范围为4.5V～23V，输出电压范围为0.8V～20V，输出电流可高达2A，在RT8292AHZSP的作用下，可将车载电源14转变为支持各个模块工作的电源。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。