一种用于冷链物流信息服务的智能物联网系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能物联网系统。

背景技术：

使用货运车辆长途运输货物时，对货物地理位置和实时状态进行监测和反馈，是物流领域的重大课题之一，尤其对于冷链运输的细分领域，由于对货物的到达时间和运输过程中的实时温度、湿度、光照度、振动、气氛等参数有着较高的要求，在冷链运输车辆上实现货物状态实时监控尤为重要。对于冷链货物的仓储过程中，对仓库全空间内的温度控制也是保证仓储质量的重要保证。而随着国家经济和社会水平的日益发展，对海产冷鲜等冷链货物的储运物流的需求也日益增加，利用现代传感和通讯技术对货物在储运过程中的实时位置和状态进行监控，并反馈给客户，成为备受关注的技术需求。

由于冷链物流的特殊要求，对货物状态监测的实时性要求较高，对货物位置、温度、湿度、光照、加速度、角速度、气体环境等多参数都有监控需求，当前用于普通物流的监控设备适应性较差，不能对多参数进行实时的测量和反馈，数据的安全性和准确性往往也得不到保证。

当前的通信技术已经能够组成有线网络，部分网络还带有局部的无线连接组网，实现数据上传。但无线化覆盖程度较低，导致整个网络的灵活性差，特别是由于井下巷道、车辆对无线通信的影响，无线通信的可靠性降低。且整个网络通常无法根据被测对象的不同而进行动态组网。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供了一种能够实现实时多参数无线测量和便捷动态无线组网的冷链物流网系统，该系统可靠性高，且提高了对冷链物流的检测能力。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于冷链物流信息服务的智能物联网系统，包括局域网无线传感系统、用于接收传感器数据和车辆位置数据的接入广域网的物流信息服务器和用于通过扫码方式录入分布式无线传感节点身份识别码并发送给物流信息服务器以及接收物流信息服务器推送的传感器数据和车辆位置数据的APP移动端，其中：

局域网无线传感系统包括：一个有唯一身份识别码的无线数据中心节点和有唯一身份识别码的分布式无线传感节点；

无线数据中心节点包括用于检测车辆位置的GPS模块、第一微处理器、第一射频通信模块和蜂窝移动通信模块，第一微处理器分别与GPS模块、第一射频通信模块和蜂窝移动通信模块连接；

分布式无线传感节点包括用于测量物流环境参数的传感器、第二射频通信模块和第二微处理器，第二微处理器分别与第二射频通信模块和各传感器连接；

第一微处理器和第二微处理器通过第一射频通信模块和第二射频通信模块连接(即建立数据交互)，第一微处理器和物流信息服务器通过接入广域网的蜂窝移动通信模块连接(即建立数据交互)；

物流信息服务器和APP移动端通过广域网连接。

所述无线数据中心节点还包括当移动蜂窝网络通讯中断时用于存储传感器数据和车辆

位置数据的存储卡，所述存储卡与第一微处理器连接。

所述无线数据中心节点还包括电源/电池管理模块和人机交互界面。

所述物流信息服务器还用于当传感器数据参数和车辆位置数据参数超过警报阈值时，启

动在物流车辆驾驶室设置的警报装置或启动仓库管理中心设置的警报装置。

所述物流信息服务器还用于向APP移动端推送警报信息。

所述传感器为温度传感器或湿度传感器或光照度传感器或加速度传感器或角加速度传

感器或气体传感器。

所述第一微处理器用于对分布式无线传感节点的传感数据及GPS模块的车辆位置数据

进行数据融合。

所述蜂窝移动通信模块为3G通信模块。

所述身份识别码通过扫码上传或服务器分配的方法设置。

所述第一射频通信模块或第二射频通信模块为433MHz通信模块。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1)本实用新型的集合了局域无线传感网络、物流信息服务器和面向客户的数据访问接口，多传感器集成，多数据融合在一套系统里集成多参数的测量，可以根据客户需要对运输途中的冷链车辆的位置和货物信息进行快速、实时的查询，对冷链物流运输过程中的环境参数进行全面的监控，提高了冷链物流的管理效率，改善了托运方的用户体验。

2)每一台无线数据中心节点和分布式无线传感节点都有唯一的身份识别码，在系统初始配置时，使用APP扫码，或者访问服务器网页进行远程配置，可以实现便捷的动态组网，有效避免了不同车辆或者不同仓储区域的节点网络间可能的相互干扰，局域网络具有稳定性好和抗干扰能力强等优点，提高了系统的灵活性和适应性。

3)考虑到物流车辆在长途运输的过程中会遇到通信网络不稳定的情况，本系统在无线数据中心节点上设计了数据离线存储功能，避免数据损失，提高了系统的可靠性。

4)本实用新型中，服务器具有报警功能，通过警报装置、APP端等对车载系统中的驾驶员以及仓储系统中的管理员进行预警，提高物流运输过程的监测能力和反应效率。

附图说明

图1为本实用新型的物联网系统结构原理图；

图2为本实用新型的无线数据中心节点原理图；

图3为本实用新型的分布式无线传感器节点结构原理图。

具体实施方式

本实用新型基于传感技术、数据融合技术、无线混合组网技术、网络服务器/客户机技术、移动智能终端技术，组织面向冷链物流的多参数分布式无线传感系统及其智能数据交互网络，通过多参数的传感节点测量冷链物流货物的位置、温度、湿度、光照度、加速度、角加速度、气体环境等原始传感参数，通过射频局域网实现传感数据的汇集，通过无线数据中心节点实现数据融合和嵌入式处理，通过高速蜂窝网络接入广域网，并与工作在广域网中的物流信息服务器实现数据交互，再利用移动终端的网络数据交互功能实现与终端用户的接口，完成传感信息(包括上述的位置、温度等)的推送和报警，实现对货物的全程实时远程监控。同时，利用网络发现和网络配置的方法，实现对系统中节点的唯一识别和动态配置。

如图1所示，为本实用新型冷链物流网系统原理结构图，冷链物流网系统包括一个或一个以上的局域网无线传感系统、必要数量的接入广域网的物流信息服务器、面向客户的数据访问接口，面向客户的数据访问接口包括PC端和APP(指应用)移动端。整套物流网的信息交互中心是物流信息服务器，服务器位于广域因特网内，通过因特网可以和系统的其他部分进行实时的数据交互，可以同时提供网页访问和APP访问。客户可以通过这套冷链物流网系统实时掌握物流运输的信息。

每一个冷链物流车辆或仓储室内配置一套局域无线传感网络系统，此系统负责实时采集车辆的位置信息和货物储存的环境信息，并将这些数据按照一定的方式传送给物流信息服务器。经过授权的客户可以使用任意接入因特网的计算机终端，通过网页访问物流信息服务器，获得相应的物流信息。使用智能手机上的物流信息APP应用，也可以从服务器访问数据，使客户可以实时掌握物流运输的信息。局域无线传感网络包括一个无线数据中心节点和一个或一个以上的分布式无线传感节点。无线数据中心节点置于车辆货箱或者驾驶室内，分布式无线传感节点可以设置于货箱内需要监控参数的位置。

如图2所示，为局域网无线传感系统中的无线数据中心节点原理图，包括3G通讯模块、第一射频通信模块、GPS模块、第一微处理器、存储卡和USB接口，第一微处理器为第一单片机处理器，也可以为其他类型的微处理器，局域无线传感网络中无线数据中心节点的第一单片机处理器可以通过3G通讯模块与因特网中的物流信息服务器进行信息交互，和智能手机上的物流信息APP软件，物流管理人员可以通过APP软件对冷链货物进行远程实时监控。3G信号在全国范围内有着广泛的覆盖率，传输速度也完全满足货物信息传递的需要，可以实现局域无线传感网络和物流信息服务器的实时互联。3G通讯模块也可以为其他蜂窝移动通信模块，如2G通讯模块(可以为GPRS)或4G通讯模块。GPS模块用于实时监测冷链车辆所在位置，能够提供十米左右的定位精度，满足了物流运输实时监控的需求。单一单片机处理器通过第一射频局域网和传感网络内的分布式无线传感节点进行通讯，能够按照依次查询的方式向分布式无线传感节点发送数据请求指令，指令中包含所需要查询的分布式无线传感节点身份信息。第一射频局域网以433MHz射频频段为典型实施例，并不限于其他频段。第一射频通信模块可以为433MHz通信模块，也可以为其他频段的通信模块。

实用新型的局域无线传感网络系统设计了身份识别和动态组网的功能。每个无线数据中心节点和每个分布式无线传感节点均有唯一的身份识别信息，分布式无线传感节点在接收到无线数据中心节点的数据请求指令后，对其中的身份信息进行识别，如果与本机身份信息吻合，则将此时采集到的环境和状态参数进行打包发送。无线数据中心节点通过这种方式获得各个测量点的货物储存环境和状态参数(温度、湿度、光照度、加速度、角加速度、毒害气体含量等)。无线数据中心节点对冷链车辆所在位置和货物储存环境参数进行实时监测和数据融合，通过3G通讯模块把数据交互给物流信息服务器，实现实时的远程传感数据采集和汇总。

此外，无线数据中心节点还包括的组件有电源/充电电池管理模块和人机交互界面等。人机界面采用简约和增强两种设计方案，其中简约设计方案采用薄膜按键和指示灯提示作为交互方式，用于设备开启、设备绑定、设备回收、报警提示；增强设计方案采用电阻式触摸屏，除具备简约设计的全部功能外，还用于显示当前的连接状态、传感参数、访问情况等。

无线数据中心节点在采集到来自分布式无线传感节点的测量数据后，还可以在本地对数据进行筛查，如果出现数据异常并超过阈值范围后，将通过警报机制，对车辆驾驶操作人员或仓储管理人员发送警报，操作人员可以及时处理异常情况。警报机制可以是启动在物流车辆驾驶室设置的警报装置或启动仓库管理中心设置的警报装置，警报装置可以为设置警报灯或蜂鸣警报器。此外，异常数据也会在由PC端访问服务器网页时，提供异常警报。服务器也会将异常数据信息推送到APP移动端上，对客户进行提示。通过以上这种方式可以实现多级信息反馈。

如图3所示，为局域网无线传感系统中的分布式无线传感节点结构原理图，分布式无线传感节点采用传感器模块的通用接口设计方法，可以集成多个微传感器，包括s个传感器(s为大于或等于1的整数)、第二射频通信模块和第二微处理器，传感器可以为温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、加速度传感器、角加速度传感器、气体传感器等，传感器带有SPI、I²C或其他通用的模拟、数字接口，与第二微处理器直接相连，对各传感器的数据进行实时读取，同时对货物环境的不同参数进行测量和监控。第二微处理器为第二单片机处理器，也可以为其他类型的微处理器。分布式无线传感节点能够在一个射频局域网内实现多台共存，与无线数据中心节点进行实时通讯。分布式无线传感节点按照规定的顺序和方法，向无线数据中心节点进行应答，并交互传感数据和指令。第二射频通信模块可以为433MHz通信模块，也可以为其他频段的通信模块。

为了便于局域网内各节点的身份识别，并排除其他同类型网络的干扰，本实用新型的局域无线传感网络系统设计了身份识别和动态组网的功能。每一台无线数据中心节点和分布式无线传感节点都有唯一的身份识别码，所有的唯一身份识别码可以通过扫码上传或服务器分配等方法设置，并且能够通过唯一身份识别码动态发现和识别网络中的节点。在系统初始配置时，使用APP扫码，或者访问服务器网页进行远程配置，可以将一台无线数据中心节点与多台分布式无线传感节点的身份识别码信息录入到服务器中，实现在服务器层面的组网。无线数据中心节点在开机初始化的阶段，会通过3G网络访问服务器，下载本机所属局域网的所有分布式无线传感节点的身份识别码，在本地储存为组网信息。在局域网的工作过程中，无线数据中心节点根据本地的组网信息，对网内的分布式无线传感节点进行定时的逐个查询，然后再接收来自分布式无线传感节点的包含其身份识别码和传感数据信息的数据包，由无线数据中心节点进行收集整理，再上传服务器。通过这种组网方式，可以实现快速组网，并且利用身份识别机制，有效避免了不同车辆或者不同仓储区域的节点网络间可能的相互干扰，局域网络具有稳定性好和抗干扰能力强等优点。考虑到物流车辆在长途运输的过程中会遇到通信网络不稳定的情况，为了便于物流公司管理、分析数据，同时避免因网络故障引起的数据丢失，本系统在无线数据中心节点上设计了数据离线存储功能，当系统检测到3G通信中断后，将会把从分布式无线传感节点获得的测量数据通过存储到内置的存储卡中，待通信恢复之后重新传输到第一单片机处理器中，继而传输到服务器，或通过USB接口直接传输到终端或服务器上。

位于广域因特网中的物流信息服务器，能够允许多台数据中心远程实时访问，并收集和存储来自局域无线传感网络的货物数据。管理员和授权的客户可以通过计算机终端运行网页程序登录网页，访问某分布式数据中心的冷链货物位置和环境传感数据。物流信息服务器也向智能手机上的物流信息APP软件提供访问端口，允许授权的物流信息APP软件访问某分布式数据中心的冷链货物位置和环境传感数据。用户可以通过计算机终端访问网页，或物流信息APP软件，针对不同的环境参数在物流信息服务器内设置货物环境的警报阈值，当物流信息服务器收到局域无线传感网络所提供的货物环境参数超过警报阈值，物流信息服务器物流服务器将进行特殊记录，并向物流信息APP软件推送超过阈值的传感数据的报警信息。

物流信息APP软件，使用特定的语言编写，分别针对iOS和Android系统，可以运行在智能手机上，通过无线联网访问服务器并获取授权查询位于某冷链货物的监测数据。物流信息APP软件，还能够接收来自服务器的报警推送信息，并在手机上显示警报信息提示。为了方便用户远程访问货物绑定传感卡的数据，开发基于PC和移动智能设备的APP软件。PC机的应用程序可以采用Virtual Studio开发，也采用Lab Windows/CVI等快速开发。移动智能设备方面，iPhone/iPad应用可以采用X Code。

物流信息服务器是整个传感网络的核心信息中枢。由于无线数据中心已通过3G接入互联网，服务器通过千兆以太网接入互联网，因此智能物流服务器的后台开发与当前主流服务器的开发模式完全相同，其功能主要包括：分析、管理、存储智能物流传感数据，为客户提供访问授权和连接，维护网络。

所述第一单片机处理器和第二单片机处理器为当前主流的高性价比STM32系列微处理器，基于ARM内核，可以运行实时操作系统或不带有操作系统的循环程序，其主要承担功能包括传感器数据采集读取、数据融合与编码、存储管理、人机界面管理，以及无线/有线通信数据传输。

3G通讯模块采用华为公司出产的MC系列电信3G网络模块和MU系列联通3G网络模块，并可以基于微型PCI-E接口扩展联通4G网络，为升级提供空间。

本实用新型为详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。