用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置的制作方法

专利名称：用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置的制作方法
用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置
駄舰
本发明涉及集装箱，尤其涉及集装箱的安全监测装置。 背暈技术
随着国际贸易的不断发展和扩大，集装箱运输因其具有货运能力大、运输 成本低等优点而已成为世界各国所广泛采用的重要货运手段。但是近年来，由 于世界各国普遍提高了防范风险，防范恐怖活动的安全意识。各国对于集装箱 在运输过程中的安全要求越来越高，其中较为重要的一项要求是对于进入本国 的货运集装箱应有明确的保障措施，保证这些进入本国的集装箱从始发地封装 后均处于安全状态，即不允许被非法开启。但是，如何及时了解、掌握并防止 集装箱在运输和贮藏过程中的被非法开启情况是比较困难的事，以往是通过对 集装箱各开启、连接、锁固等部件进行目测检査，判断是否发生过被非法破坏、 替换等情况，这样检测是十分困难的，而且劳动强度大，同时也存在检测不出 来的情况。
目前的集装箱的先进安全措施一般采用机电结合，如申请人在先前申请的
中国专利CN200320102151.1公开了一种用于货物集装箱的隐蔽式安全装 置，主要公开了一种对集装箱门打开状态进行捕获的机械结构，在该结构中可 以设置电子系统以构建安全检测装置及系统。中国专利CN03268275.1公开 了一种集装箱状态监控装置，并包括用来监测集装箱状态信息的监测系统和用 来控制该监测系统的控制系统，所述监测系统包括用来监测集装箱状态信息的 监测电路模块、与该监测电路模块连接的微处理器、用来存储集装箱状态信息 的存储器、用来将该监测电路模块监测到的状态信息发送出去的无线发射模块 以及与用来接收控制系统发出的工作命令的无线接收模块。美国专利US 6747558公开了一种用标记来提供集装箱安全的方法及装置，通过一栓和两空 心线圈的位置变化来检测集装箱门的开启/关闭状态。美国专利申请US 20050179545公开了一种集装箱安全监测方法与系统，通过检测一传感器来检 测集装箱一扇门的动作，并可以把传感信号发送出去。
虽然，现有技术已经从多方面努力以寻求对集装箱门的开启进行安全监 测，但在安全性、事件记录实时性、可重用性及系统监测的实现等方面都仍然 存在这样那样的问题。并且，关键一点，在集装箱进出港口、码头、堆场时， 都是多个集装箱在多个闸道平行进出。由于信号收发器信号覆盖范围在100 米距离，这样会造成一个闸道的阅读器读到另一个闸道的集装箱，从而造成获 取信息的混乱和信息不真实，这就是集装箱信息获取的临道干扰问题和集装箱 定位错误问题。

发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，而从低频场的发射和接收方式着手，以 解决集装箱信息获取的临道干扰以及集装箱的正确定位问题。
为了实现上述目的，本发明生产制造一种用于集装箱的解决临道干扰的低 频唤醒定位装置，包括设置于闸道的固定设备和设置亍集装箱上的电子关封， 固定设备和电子关封内均设有高频收发电路和微处理器，而电子关封内还设有 一低频接收电路，包括接收天线、放大器和比较器，经接收天线获取的空间电 磁波产生的感应电动势送放大器放大后，输出给比较器，由比较器给出数字接 收信号，送微处理器进行处理；固定设备内还设有一低频发射电路，包括发射 天线，本振，ASK (Amplitude Shift Keyed,幅移键控)调制器，由微处理器 给ASK调制器提供数字发送信号，由本振给ASK调制器提供本振信号，再由 ASK调制器输出调制信号送所述发射天线，向空间发射电磁波；电子关封内 的低频接收电路与固定设备内的低频发射电路相匹配，两者的有效通讯距离限 定在第一设定距离范围内；固定设备通过低频发射电路向电子关封发送的信号 中包括位置信息；电子关封在通过低频接收电路接收到该位置信息后，通过高 频收发电路向固定设备返回的信号中包括该位置信息。
这种结构，电子关封和固定设备的低频无线通信的配合，可有效解决集装 箱的临道干扰问题，通过特定的位置信息的传递，可有效解决集装箱的正确定 位问题。
所述低频发射电路还包括一功率放大器，串接于所述ASK调制器与发射
天线之间，由功率管或MOS管构成的推挽电路。
通过在原驱动输出端和发射天线谐振电路之间增加一功率放大器，可以 增大低频唤醒场的范围，确保在第一设定距离范围内，固定设备与电子关封 的通讯可靠。
所述低频接收电路中的接收天线是三轴方向的，所述低频接收电路中还 包括一累加器，该累加器包括三输入端和一输出端，累加器的三输入端与所 述天线的各轴方向的感应电动势经所述放大器放大后的输出对应连接，累加 器的输出端信号送所述比较器。
这种三轴方向的感应电动势叠加方式，可以很好地解决低频接收电路的
方向性问题。
还包括手持设备，该手持设备内设有高频收发电路，微处理器和一低频 发射电路，该低频发射电路与所述固定设备内的低频发射电路结构相同；所 述电子关封内的低频接收电路与手持设备内的低频发射电路的有效通讯距离 限定在第二设定距离范围内；所述手持设备通过低频发射电路向电子关封发 送的信号中包括位置信息；所述电子关封在通过低频接收电路接收到该位置 信息后，通过高频收发电路向手持设备返回的信号中包括该位置信息。
采用手持设备，可以很好地弥补采用固定设备所存在的一些应用缺陷，比 如，增加操作的灵活性。
所述第一设定距离范围为4米。
所述第二设定距离范围为1.5米。
这种距离限定，是根据实际应用中，闸道的宽度，集装箱本身的尺寸，综 合考虑而确定的，可以很好地满足实际应用的需要。
与现有技术相比，本发明的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装 置，在有效唤醒的同时，能很好地解决临道干扰和正确定位问题。


图1是本发明的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置实施例 的应用示意；
图2是本发明实施例所述安全监测装置电路框图.；
图3是本发明实施例所述低频接收电路原理图； 图4是本发明实施例所述低频发送电路原理图。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
本发明的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置实施例的应用 情况，如图1所示，在港口、堆场、码头等设有多个闸道100的地方，于闸道 口处设置有固定设备300，用于进行对集装箱200上的电子关封进行通讯，获 取有关信息，进行相应的监管，固定设备300可利用有线网络或无线网络与远 程管理中心服务器400进行通信，而操作人员600，比如海关官员，还可以通 过手持设备500对集装箱上的电子关封进行通讯，获取有关信息，进行相应的 监管，该手持设备内部功能结构与固定设备300相当，也可以有线网络或无线 网络与远程管理中心服务器400进行通信。固定设备300和手持设备500的内 部电路组成至少包括低频发射电路，高频收发电路，微处理器和天线，而集 装箱200上的电子关封的内部电路1的结构，则如图2所示，包括通信控制 模块2、位移传感模块12和电源15。
其中，位移传感模块12由磁场强度设定装置13与霍尔传感电路14构成， 主要用于监测集装箱左右门之间的水平位移的大小变化，监测的位移范围5ram 到80mm，精度O. lmm。磁场强度设定装置13是由一定强度的环形磁钢构成， 在装置前端形成一定强度的磁场，霍尔元件位于环形磁钢中心处，在集装箱门 的开关过程中，磁场强度发生会变化，导致霍尔元件产生较好的线性输出信号， 较高的灵敏度。霍尔传感电路14由霍尔元件和信号处理电路构成，主要感应 集装箱门在开关过程中磁场强度的变化，使所选用的霍尔元件产生相应的电压 信号，该电压信号经过滤波等处理后送通信控制模块2，该电压信号由通信控 制模块2进行采样后，根据适当的算法，可以作出集装箱门开关状态的判断。 位移传感模块12可以被周期性休眠，所谓周期性休眠指的是霍尔传感电路14 周期性地进入低功耗的非正常工作状态，比如电路的工作电源受控切断。
其中，通信控制模块2是由控制处理电路16、信息存储电路19、 UHF无 线射频通信电路20、 LF无线射频唤醒电路17、扩展接口电路18构成，主要 用于处理位移传感模块12的输出信号、各种事件信息存储与控制、与固定设
备300或手持设备500之间的无线数据传输、周期性休眠与无线射频唤醒及定 位等功能。控制处理电路16由MCU单元及相关辅助电路构成，用于数据处理、
功能控制、系统程序存储和运行等功能，并且实现了周期性休眠的工作方式， 即以一定时间为周期的启动MCU和传感功能并且保持较短时间，然后进入系统 休眠周期；信息存储电路19主要由一个低电压可读写的串行存储单元构成， 用于信息存储；UHF无线射频通信电路20由一个半双工、低功耗的UHF无线 射频通信器件、相关辅助电路及天线23构成，用于同固定设备300或手持设 备500之间的进行UHF无线射频数据传输，采用ISM工作频率段，可以根据不 同地区的监管要求选用一315MHz、 433MHz、 915MHz、 2.4GHz几个频段；LF无 线射频唤醒电路17由一个LF无线射频接收器、相关辅助电路及天线21构成， 用于LF无线唤醒和解决多装置间的定位问题。LF无线唤醒工作方式是LF无 线射频器件监听到LF射频工作命令报文时系统进入工作程序打开UHF射频器 件，反之系统保持周期性休眠。LF工作频率为125KHz， LF无线射频的通信距 离只有1一2米范围，可以通过身份识别实现点对点单一通信，实现了多装置 间的定位。扩展接口电路18由JTAG、 UART、可扩展的传感接口构成，用于编 程、调试、有线通信、扩展传感元件等功能。
其中，所述电源15包括一次性直流锂电池，为整个电子关封的电路提供 工作电源。
LF无线射频唤醒电路17的一个实施例，如图3所示，其中X、 Y、 Z分 别为x轴、y轴、z轴方向上的耦合电感，构成三轴方向的LC谐振电路，该三 轴方向的LC谐振电路就构成了天线21，可保证在各个方向上都能很好的接收 到信号。低频发射芯片选用Atmel公司出品的超低功耗125Khz的唤醒接收器 ATA5282,其与微控制器之间的接口为两根线，NDATA为数据线，NSCL为移位 脉冲信号线，当空间中有与LC谐振频率相匹配的电磁场时，LC两端产生感生 电动势，当此感生电动势超过ATA5282设定门限值时，NDATA端会输出一串方 波信号，对应NSCL端输出一串移位脉冲信号，微控制器接收到低频信号后， 将此信息与关封保存数据绑定，形成若干数据帧，通过UHF无线射频通信电路 20发送给固定设备300或手持设备500，固定设备300或手持设备500通过低 频绑定信息来识别关封位置。
为了与电子关封中的LF无线射频唤醒电路17相配合，在固定设备300 或手持设备500中设有低频发射电路，该低频发射电路由一个LF无线射频发 射器、相关辅助电路及天线构成，如图4所示，其中发射芯片选用Atniel 公司出品的125Khz发射器ATA5276，其驱动端为半桥MOS驱动的推挽电路， 通过MOS管的交替导通，产生125KHZ的激励信号，使LC振荡电路谐振，生成 125KHZ电磁场，能量通过电感释放出去。对于固定设备300而言，由于常规 的闸道宽度为6米左右，为了能够与闸道口处集装箱2()0上的电子关封有效通 讯，可以设定发射距离为3-4米，这可通过在ATA5276的输出驱动端增加一个 后置功放，来增强低频信号发射功率，而对于手持设备500，由于其与集装箱 200上的电子关封间的通讯距离在1.5米以内，就无须添加后置功放了。
如图1所示，在闸道110中的集装箱210上设置有电子关封211，在闸道 120中的集装箱220上设置有电子关封221，闸道130中的集装箱230上设置 有电子关封231，在闸道110的端口处设置一固定设备310，在闸道120的端 口处设置一固定设备320，在闸道130的端口处设置一固定设备330，通过上 述的低频发射电路，固定设备310可唯一地发射唤醒信号给电子关封211，固 定设备320可唯一地发射唤醒信号给电子关封221，固定设备330可唯一地发 射唤醒信号给电子关封231。
当集装箱通过某一闸道时，对应闸道上的低频天线周期性的发送预先设定 的一闸道位置信息，每个闸道上的低频天线发送不同闸道位置信息标识。固定 设备300在将安装在集装箱200上的电子关封唤醒的同时，且传递其对应的位 置标识信息。电子关封在被成功唤醒，且接收到正确的位置信息后，通过UHF 无线射频通信电路20与固定设备300中的高频收发电路之间进行无线通讯， 固定设备300将信息上传区域服务器400，区域服务器400对电子关封状态进 行分析，当电子关封状态正常时，此车可以正常通行，如果电子关封有报警记 录，则需要对集装箱200进行进一步查验，以达到快速通关和安全监管的目的。
除了采用设置于闸道处的的固定设备300进行上述通关监管外，也可以由 操作人员600通过手持设备500实现类似的功能，这里不再赘述。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案， 本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应 的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置，包括设置于闸道的固定设备和设置于集装箱上的电子关封，所述固定设备和电子关封内均设有高频收发电路和微处理器，其特征在于所述电子关封内还设有一低频接收电路，包括接收天线、放大器和比较器，经接收天线获取的空间电磁波产生的感应电动势送放大器放大后，输出给比较器，由比较器给出数字接收信号，送微处理器进行处理；所述固定设备内还设有一低频发射电路，包括发射天线，本振，ASK调制器，由微处理器给ASK调制器提供数字发送信号，由本振给ASK调制器提供本振信号，再由ASK调制器输出调制信号送所述发射天线，向空间发射电磁波；所述电子关封内的低频接收电路与固定设备内的低频发射电路相匹配，两者的有效通讯距离限定在第一设定距离范围内；所述固定设备通过低频发射电路向电子关封发送的信号中包括位置信息；所述电子关封在通过低频接收电路接收到该位置信息后，通过高频收发电路向固定设备返回的信号中包括该位置信息。
2、 如权利要求1所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装 置，其特征在于所述低频发射电路还包括一功率放大器，串接于所述ASK 调制器与发射天线之间。
3、 如权利要求2所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装 置，其特征在于所述功率放大器是由功率管或MOS管构成的推挽电路。
4、 如权利要求1所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装 置，其特征在于所述低频接收电路中的接收天线是三轴方向的。
5、 如权利要求4所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装 置，其特征在于所述低频接收电路中还包括一累加器，该累加器包括三输入端和一输出端，累加器的三输入端与所述天线的各轴方向的感应电动势经 所述放大器放大后的输出对应连接，累加器的输出端信号送所述比较器。
6、 如权利要求1所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置，其特征在于还包括手持设备，该手持设备内设有高频收发电路，微处理器和一低频发射电路，该低频发射电路与所述固定设备内的低频发射电路结构相同；所述电子关封内的低频接收电路与手持设备内的低频发射电路的 有效通讯距离限定在第二设定距离范围内；所述手持设备通过低频发射电路 向电子关封发送的信号中包括位置信息；所述电子关封在通过低频接收电路 接收到该位置信息后，通过高频收发电路向手持设备返回的信号中包括该位 置信息。
7、 如权利要求1至6任一所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒 定位装置，其特征在于所述固定设备通过低频发射电路向电子关封发送信号 是周期性的。
8、 如权利要求1至6任一所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒 定位装置，其特征在于所述第一设定距离范围为4米。
9、 如权利要求7所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置，其特征在于所述第一设定距离范围为4米。
10、 如权利要求6所述的用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置，其特征在于所述第二设定距离范围为1.5米。
全文摘要
一种用于集装箱的解决临道干扰的低频唤醒定位装置，包括设置于闸道的固定设备和设置于集装箱上的电子关封，固定设备和电子关封内均设有高频收发电路和微处理器，电子关封内还设有一低频接收电路，包括接收天线、放大器和比较器；固定设备内还设有一低频发射电路，包括发射天线，本振，ASK调制器；电子关封内的低频接收电路与固定设备内的低频发射电路相匹配，两者的有效通讯距离限定在第一设定距离范围内；固定设备通过低频发射电路向电子关封发送的信号中包括位置信息；电子关封在通过低频接收电路接收到该位置信息后，通过高频收发电路向固定设备返回的信号中包括该位置信息。在有效唤醒的同时，能很好地解决集装箱的临道干扰和正确定位问题。
文档编号G06K7/00GK101192265SQ20061015718
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者周受钦, 丰 尹 申请人:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司