適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，其特征是組成包括：RFID讀寫模塊、傳感器接口模塊、控制接口模塊和微處理器模塊；RFID讀寫模塊用于設定車廂微環(huán)境的目標參數(shù)，傳感器接口模塊包括模擬式傳感器接口、數(shù)字式傳感器接口和輸入端子，控制接口模塊包括驅動電路、繼電器組和輸出端子。本發(fā)明能根據(jù)貨品不同方便、快捷地設定和更改所需的環(huán)境參數(shù)，并通過配置多種不同類型傳感器實時采集車廂環(huán)境參數(shù)，同時智能調節(jié)車廂微環(huán)境，從而滿足冷鏈物流的“3T”原則。
【專利說明】適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及冷鏈物流的車廂微環(huán)境信息感知與智能調控設備【技術領域】，具體涉及一種適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊。
【背景技術】
[0002]冷鏈物流是隨著科學技術的進步、制冷技術的發(fā)展而建立起來的以冷凍工藝學為基礎，以制冷技術為手段的低溫物流，保證食品質量，減少食品消耗的一項系統(tǒng)工程。冷鏈在食品生產中已經廣泛應用，但是，目前在醫(yī)學上的應用也越來越重要，血液、疫苗以及許多藥品都需要通過冷鏈進行運輸，對于冷鏈的要求更為嚴格。
[0003]近年來，隨著人們生活水平的提高，人們對于冷鏈物品的消費要求也在逐年增高。人們對于相關的冷鏈物流運作也越來越受關注。冷鏈物流一般遵循“3T”原則，即產品質量最終取決于在冷鏈物流中忙藏和流通時間(Time)、溫度(Temperature)和產品耐藏性(Tolerance)0 “3T”原則主要是指出了冷鏈物品品質保持所允許的時間和產品溫度之間的關系，但是有時候其他環(huán)境參數(shù)也會影響溫度的變化，對于冷鏈物品的保鮮度也是有一定的影響。
[0004]在冷鏈物流中，由于運輸物品的種類繁多，依據(jù)每種物品各自特性的要求，他們所需求的車廂微環(huán)境也各不相同，這不僅需要專用的車輛并保持特定的車廂微環(huán)境，更需要一種通用的測控模塊來進行車廂微環(huán)境的實時檢測和控制，從而滿足冷鏈物流的“3T”原則。
[0005]雖然目前對于冷鏈物流的應用與研究比較多，但現(xiàn)有的方案、技術或產品在以下三個方面存在局限:
[0006]1、車廂微環(huán)境參數(shù)的設定、更改不方便。由于不同冷鏈物流物品對車廂微環(huán)境參數(shù)的要求不同，因此需要設定合理的各參數(shù)范圍，并在儲運不同物品時更改參數(shù)。在現(xiàn)有方法中，相關信息一般存儲在微處理器或存儲器中，不利于車廂微環(huán)境參數(shù)的設定、更改。
[0007]2、車廂微環(huán)境監(jiān)測缺乏通用性。一方面，一種物品需要多種傳感器，有些是模擬式傳感器，有電流型、電壓型，且信號調理過程不同，有些是數(shù)字式傳感器，且數(shù)字式傳感器有不同的接口方式；另一方面，換一種物品往往需要更換不同的傳感器。因此現(xiàn)有的特定或專用的監(jiān)測模式不能滿足方便、經濟和高效的要求。
[0008]3、缺乏車廂微環(huán)境控制手段。目前的技術方案只是對冷鏈物流的車廂微環(huán)境進行智能檢測，當檢測數(shù)據(jù)不在所設定的范圍內，只是進行報警，起到提示作用，不能智能調節(jié)所測的環(huán)境參數(shù)。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種具有普適性、多功能的適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，能根據(jù)不同種類的貨品進行方便、快捷地設定和更改所需的環(huán)境參數(shù)，并通過配置多種不同類型傳感器實時采集車廂微環(huán)境參數(shù)，同時智能調節(jié)車廂微環(huán)境，從而滿足冷鏈物流的“3T”原則。
[0010]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0011]本發(fā)明一種適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊的特點是組成包括:RFID讀寫模塊、傳感器接口模塊、控制接口模塊和微處理器模塊；
[0012]所述RFID讀寫模塊用于設定車廂微環(huán)境的目標參數(shù)并傳遞給所述微處理器模塊；
[0013]所述傳感器接口模塊包括模擬式傳感器接口、數(shù)字式傳感器接口和輸入端子，所述模擬式傳感器接口和數(shù)字式傳感器接口分別通過所述輸入端子接入各自不同種類的模擬傳感器和數(shù)字傳感器，以獲取所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號，并傳遞給所述微處理器模塊；
[0014]所述微處理器模塊由MCU微處理器和存儲卡組成，并通過所述MCU微處理器讀取所述目標參數(shù)，同時接收所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號并存入所述存儲卡中；
[0015]所述MCU微處理器將所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號與所述目標參數(shù)進行比較，若超出所述目標參數(shù)的設定范圍，則通過PID算法獲得PWM方波的占空比；并將所述PWM方波的占空比發(fā)送給所述控制接口模塊；
[0016]所述控制接口模塊包括驅動電路、繼電器組和輸出端子；所述驅動電路根據(jù)所接收的PWM方波的占空比通過所述繼電器組控制與所述輸出端子相連接電器設備的功率大小。
[0017]本發(fā)明適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊的特點也在于:
[0018]所述模擬式傳感器接口是由多路選擇器、程控放大器和程控濾波器組成，用于將各種模擬式傳感器所采集的模擬參數(shù)信號進行選擇、放大和濾波。
[0019]所述數(shù)字式傳感器接口為由Iwire總線、I2C總線和SPI總線組成的跳線組，并通過跳線的方式獲取各種數(shù)字式傳感器所采集的數(shù)字參數(shù)信號。
[0020]所述微處理器模塊的組成還包括觸摸屏，所述觸摸屏用于設定多路選擇器、程控放大器和程控濾波器相應的參數(shù)或目標參數(shù)，并將所采集的各種參數(shù)信號和目標參數(shù)進行實時顯示。
[0021 ] 與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0022]1、本發(fā)明實現(xiàn)一種適用于冷鏈物流的車廂微環(huán)境通用測控模塊的設計，能為不同物品提供各自適宜的冷鏈物流車廂微環(huán)境的檢測與控制，具有通用性、高效的特點，從而有效解決現(xiàn)有的冷鏈物流車廂微環(huán)境所存在的問題，為現(xiàn)代冷鏈物流的發(fā)展提供一種有效的檢測與控制措施。
[0023]2、本發(fā)明通過使用RFID讀寫模塊，用于對冷鏈物流車廂微環(huán)境的參數(shù)的設定，提供了一種先進的車廂微環(huán)境參數(shù)設置的有效方式，將FRID技術與車廂微環(huán)境的參數(shù)設置有機的結合起來，為以后的相關技術的設置提供了一種參考方法。
[0024]3、本發(fā)明通過使用PID算法智能控制各類電器設備，解決了現(xiàn)有技術中只有報警，起到提示作用的難題，從而對冷鏈物流車廂微環(huán)境進行更有效的調節(jié)。
[0025]4、本發(fā)明通過使用多路選擇器、程控放大器與程控濾波器，為不同的模擬式傳感器提供不同的放大倍數(shù)及濾波的截止頻率，提高了模擬傳感器類型的選擇范圍。
[0026]5、本發(fā)明通過使用Iwire總線、I2C總線和SPI總線組成的跳線組，通過簡單的跳線方式進行不同的數(shù)字式傳感器的選擇，具有簡單、高效的特點。
[0027]6、本發(fā)明通過觸摸屏設備能進行高效快速的參數(shù)設定和更改，從而達到模擬傳感器的最佳采集性能，同時也能將所采集的各種參數(shù)信號進行實時顯示，方便隨時追蹤車廂微環(huán)境的參數(shù)變化情況，直觀便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明FRID讀寫模塊應用示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明傳感器接口模塊示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明控制接口模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的通用測控模塊主要是提供一種簡單易用的適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的測量與智能控制，對于不同的運輸物品，通過使用不同的傳感器與電器設備確保運輸物品的環(huán)境參數(shù)處于適宜的環(huán)境。
[0033]在現(xiàn)有的冷鏈物流車廂微環(huán)境的技術中，一般只是對于不同的運輸物品采用專有的運輸車輛加上專有的電器設備確保此次運輸物品的環(huán)境參數(shù)處于適宜的環(huán)境范圍。而對于本發(fā)明的通用專用模塊是隨著不同的運輸物品而配置不同的傳感器與電器設備，不再局限專車專用。
[0034]如圖1所示，本實施例中，一種適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊的組成包括:RFID讀寫模塊、傳感器接口模塊、控制接口模塊和微處理器模塊，其中微處理器模塊控制其他三個模塊；通過微處理器模塊對RFID讀寫模塊、傳感器模塊與控制接口模塊地有效控制和連接構成此通用測控模塊，從而滿足適用于不同運輸貨品的冷鏈物流車廂微環(huán)境。
[0035]如圖2所示，本實施例中，RFID讀寫模塊用于設定車廂微環(huán)境的目標參數(shù)和貨物信息并傳遞給微處理器模塊；方便對不同貨物所需環(huán)境參數(shù)的更改；本實施例中，RFID讀寫模塊使用Thingmagic M5e RFID讀寫器。對于RFID讀寫器所涉及的讀寫信息的獲取，是通過專用的RFID讀寫器與計算機相連接，通過上位機的方法將所要運輸?shù)呢浧返男畔⑴c所需要的車廂環(huán)境信息寫入RFID卡中，其中對于RFID卡可以使用簡單的DES加密算法，確保其信息的安全性。
[0036]在現(xiàn)有技術中，對于一種運輸物品所需要的傳感器類型，如果要更換某一種傳感，需要更換所涉及的硬件電路及軟件程序，所花費的人力、物力的代價是比較大的。本實施例中所涉及的各類通用傳感器接口就可以有效的避免此類問題。
[0037]而在現(xiàn)在冷鏈物流的車廂微環(huán)境的監(jiān)測過程中，所檢測的車廂微環(huán)境參數(shù)一般只涉及溫度、濕度、光照強度，甲烷、二氧化碳或者二氧化硫等氣體的含量，車廂震動的強烈程度等。一般涉及的各類傳感器不外乎是模擬式傳感器或者數(shù)字式傳感器，可以根據(jù)實際需求選擇各類適合的傳感器來實現(xiàn)要求。
[0038]如圖3所示，傳感器接口模塊包括模擬式傳感器接口、數(shù)字式傳感器接口和輸入端子，模擬式傳感器接口和數(shù)字式傳感器接口分別通過輸入端子接入各自不同種類的模擬傳感器和數(shù)字傳感器，以獲取車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號，并傳遞給的微處理器模塊；模擬式傳感器接口是由多路選擇器、程控放大器和程控濾波器組成，用于將各種模擬式傳感器所采集的模擬參數(shù)信號進行選擇、放大和濾波。對于不同類型的模擬式傳感器通過MCU微處理器控制的觸摸屏對多路選擇器、程控放大器和程控濾波器相應的參數(shù)設置，獲取模擬式傳感器的最佳工作狀態(tài)。在本實施例中，模擬式傳感器接口是通過CD4052B多路選擇器、PGA205程控放大器和TLC14程控濾波器實現(xiàn)的，對于模擬式傳感器接口，首先將所采集的模擬量通過CD4052B多路選擇器進行開關選擇，接著通過PGA205程控放大器進行信號放大，最后經過TLC14程控濾波器進行濾波處理后獲得模擬參數(shù)信號連接至微處理器的A/D口轉換為數(shù)字信號；對于PGA205程控放大器的放大倍數(shù)、TLC14程控濾波器濾波的截止頻率可以通過TFTLCD觸摸屏進行放大倍數(shù)和截止頻率的選擇，從而有效滿足不同模擬式傳感器的放大和濾波參數(shù)要求。
[0039]數(shù)字式傳感器接口由Iwire總線、I2C總線和SPI總線組成的跳線組，并通過跳線的方式確定數(shù)字式傳感器的接通與否，從而獲取各種數(shù)字式傳感器所采集的數(shù)字量；同時傳遞給微處理器模塊；具體實施中，由于I2C總線式的數(shù)字傳感器比Iwire單總線的數(shù)字式傳感器應用更廣泛，因此可以多設置I2C總線的輸入端子。
[0040]如圖1所示，微處理器模塊是由MCU微處理器、觸摸屏和存儲卡組成，微處理器模塊通過MCU微處理器讀取RFID讀寫模塊中的目標參數(shù)，同時接收車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號并存入存儲卡中；微處理器的A/D 口將接收到的車廂微環(huán)境模擬量轉換為數(shù)字信號量，然后微處理器將接收處理后的模擬量與數(shù)字量轉換成相應的環(huán)境參數(shù)信息與貨物信息一并存入存儲卡中，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供真實可靠的數(shù)據(jù)來源。對于缺少RFID卡的車輛在運輸貨品時，還可以通過觸摸屏對車廂微環(huán)境的目標參數(shù)進行設置，并將設置的參數(shù)信息存入存儲卡中，從而不局限于一種參數(shù)設定方式。
[0041]本實施例中，微處理器模塊使用STM32F103ZET6MCU處理器、TFTLCD觸摸屏和金士頓SD卡4G存儲卡來實現(xiàn)的。對于存儲在SD存儲卡內的信息可以通過TFTIXD觸摸屏讀取，或通過RS232串口線與電腦進行通信，獲取SD存儲卡內的信息，還可以通過專用的SD讀卡器充當中間介質獲取SD卡中的信息，為以后的數(shù)據(jù)信息分析提供有效的數(shù)據(jù)信息來源；其次使用SD卡的另一個用處就是對于不同的存儲容量要求可以通過簡單的更換SD卡來實現(xiàn)，而無需改動任何硬件環(huán)境與軟件程序。
[0042]在實際工程中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID控制器以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型，控制理論的其他技術也難以采用，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定時，應用PID控制技術最為方便。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時問和微分時間的大小。
[0043]MCU微處理器將車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號與車廂微環(huán)境目標參數(shù)進行比較,若超出車廂微環(huán)境目標參數(shù)的范圍，則通過PID算法獲得PWM方波的占空比；并將PWM方波的占空比發(fā)送給控制接口模塊；PID算法可以將現(xiàn)場采集的環(huán)境參數(shù)與設定的目標參數(shù)的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定PWM方波的占空比，后續(xù)的驅動電路根據(jù)此PWM方波的占空比大小決定各調節(jié)量的強弱，若現(xiàn)場實時采集的車廂微環(huán)境參數(shù)與目標參數(shù)的偏差大則占空比大，驅動電路的輸出功率變大，從而使實測值與設定值的偏差迅速減少；反之，若二者的偏差小則占空比減小，驅動電路的輸出功率減少，直至目標值與實測值相等或者在允許誤差范圍內，以達到自動控制的目的。
[0044]如圖4所示，控制接口模塊包括驅動電路、繼電器組和輸出端子；驅動電路可以通過輸出端子與外部強電設備相連接，從而達到強電與弱電分離和控制外部控制器件的功能，電路用繼電器作為開關控制器件，繼電器組是由各種不同類型的電磁繼電器組成的；由于MCU微處理器的驅動能力有限，無法直接驅動繼電器，因此本發(fā)明使用ULN2003芯片作為繼電器的驅動芯片，繼電器組可根據(jù)電器設備組的電器設備需求配置不同的繼電器；
[0045]驅動電路根據(jù)所接收的PWM方波的占空比通過繼電器組控制與輸出端子相連接電器設備的功率大小。在冷鏈物流的車廂微環(huán)境的智能控制過程中，一般涉及的電器設備為加濕器、除濕器、日光燈、加熱器、排氣扇、空調等，它們的電器特性各不相同，所需的繼電器類型也是不同的，可以根據(jù)實際的貨物要求來配備。使用PID算法控制所涉及的控制參數(shù)也需要根據(jù)實際需要通過TFTLCD觸摸屏進行有效設置。在車輛運行過程中，當檢測到車廂微環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時，通過改變PID算法的比例系數(shù)、積分時問和微分時間參數(shù)來控制不同的電器設備的功率大小，從而使得車廂微環(huán)境達到適宜的環(huán)境參數(shù)范圍，實現(xiàn)了智能控制的目的。
【權利要求】
1.一種適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，其特征是組成包括=RFID讀寫模塊、傳感器接口模塊、控制接口模塊和微處理器模塊； 所述RFID讀寫模塊用于設定車廂微環(huán)境的目標參數(shù)并傳遞給所述微處理器模塊； 所述傳感器接口模塊包括模擬式傳感器接口、數(shù)字式傳感器接口和輸入端子，所述模擬式傳感器接口和數(shù)字式傳感器接口分別通過所述輸入端子接入各自不同種類的模擬傳感器和數(shù)字傳感器，以獲取所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號，并傳遞給所述微處理器模塊； 所述微處理器模塊由MCU微處理器和存儲卡組成，并通過所述MCU微處理器讀取所述目標參數(shù)，同時接收所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號并存入所述存儲卡中； 所述MCU微處理器將所述車廂微環(huán)境的各種參數(shù)信號與所述目標參數(shù)進行比較，若超出所述目標參數(shù)的設定范圍，則通過PID算法獲得PWM方波的占空比；并將所述PWM方波的占空比發(fā)送給所述控制接口模塊； 所述控制接口模塊包括驅動電路、繼電器組和輸出端子；所述驅動電路根據(jù)所接收的PWM方波的占空比通過所述繼電器組控制與所述輸出端子相連接電器設備的功率大小。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，其特征是:所述模擬式傳感器接口是由多路選擇器、程控放大器和程控濾波器組成，用于將各種模擬式傳感器所采集的模擬參數(shù)信號進行選擇、放大和濾波。
3.根據(jù)權利要求1所述的適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，其特征是:所述數(shù)字式傳感器接口為由Iwire總線、I2C總線和SPI總線組成的跳線組，并通過跳線的方式獲取各種數(shù)字式傳感器所采集的數(shù)字參數(shù)信號。
4.根據(jù)權利要求2所述的適用于冷鏈物流車廂微環(huán)境的通用測控模塊，其特征是:所述微處理器模塊的組成還包括觸摸屏，所述觸摸屏用于設定多路選擇器、程控放大器和程控濾波器相應的參數(shù)或目標參數(shù)，并將所采集的各種參數(shù)信號和目標參數(shù)進行實時顯示。
【文檔編號】G05B19/042GK103777557SQ201410072285
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】江朝暉, 楊春合, 主保玉 申請人:安徽農業(yè)大學