一種用于集裝箱管控的wsid標(biāo)簽裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，包括微處理器單元、無線通信單元、加速度傳感器單元和電源管理單元，所述電源管理單元包括太陽能板、鋰電池充電控制子單元、鋰電池組和電壓轉(zhuǎn)換子單元。本實用新型滿足了監(jiān)測、定位、跟蹤、優(yōu)化調(diào)度及運輸安全的需求；提高了集裝箱管控的生產(chǎn)運輸效率，實現(xiàn)了“無縫銜式”實時作業(yè)。
【專利說明】—種用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的集裝箱自動識別技術(shù)主要有采用條形碼的“可視技術(shù)”和RFID電子標(biāo)簽識別技術(shù)等，在實際應(yīng)用中，采用條形碼的“可視技術(shù)”在工作的時候需要借助掃描儀，掃描儀在人的指導(dǎo)下工作，只能接收掃描儀探頭視野范圍內(nèi)的條形碼，一次一個，每次讀取數(shù)量少。此外，條形碼如果被劃破，污染或是脫落，或者大雨大霧等惡劣天氣，掃描儀就無法辨認(rèn)目標(biāo)。掃描儀只能識別生產(chǎn)者和產(chǎn)品的ID號，并不能識別產(chǎn)品的具體內(nèi)容。而且，在大多數(shù)情況下，集裝箱只使用噴涂的數(shù)碼，掃描儀辨識常常會發(fā)生誤讀。為了避免這樣的現(xiàn)象，又經(jīng)常使用人工輸入數(shù)碼進入計算機的方法。這種方法不但識別效率低，而且也會出現(xiàn)輸入錯誤。
[0003]RFID電子標(biāo)簽識別技術(shù)，雖然有識別標(biāo)簽的識別距離和正確識別率較數(shù)碼和條形碼方面的優(yōu)越，但卻無法滿足現(xiàn)代集裝箱管理需要。首先，無源RFID標(biāo)簽的識別距離就目前能夠做到的相當(dāng)有限，最長也只有10米左右，而且使用時對人體有一定的危害。有源RFID標(biāo)簽識別距離要較無源射頻標(biāo)簽長，在一定的無線通信功率范圍內(nèi)對人體沒有危害，但目前除了后面介紹的我們自行研制的WSID標(biāo)簽外，已有的RFID標(biāo)簽從原理上能夠做到的識別距離和通信、組網(wǎng)方法遠(yuǎn)不能滿足對集裝箱的監(jiān)測、定位、跟蹤以及優(yōu)化調(diào)度的需求。此外，集裝箱運輸安全也應(yīng)包括貨物安全(防掉包、防偷竊)和恐怖活動。物流欺詐偷盜和貨物轉(zhuǎn)移的犯罪活動大部分都發(fā)生在集裝箱載體上。而目前已有的RFID的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足于運輸安全的需要。再次，系統(tǒng)成本較高，主要表現(xiàn)在讀寫器上，特別是在需要增加監(jiān)控的覆蓋范圍而增加讀寫器的數(shù)量時更是如此，而且讀寫器的組網(wǎng)目前尚未完全形成一個共認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。
實用新型內(nèi)容
[0004]實用新型目的:本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，并融合了智能傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和嵌入式計算技術(shù)的用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置。
[0005]技術(shù)方案:本實用新型所述的用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，包括微處理器單元、無線通信單元、加速度傳感器單元和電源管理單元，所述電源管理單元包括太陽能板、鋰電池充電控制子單元、鋰電池組和電壓轉(zhuǎn)換子單元；所述微處理器單元由AVR系列微處理器芯片和JTAG調(diào)試接口子單元組成；所述無線通信單元由射頻芯片和天線組成，采用射頻芯片CC1000或CC1020作為處理芯片，所述微處理器單元采用SPI總線與無線通信單元的數(shù)據(jù)接口相連；所述加速度傳感器單元為高精度三軸加速度傳感器，通過I2C總線與所述微處理器單元相連，并將震動信號量輸入微處理器單元進行換算、解析、校驗、存儲和傳輸。
[0006]所述鋰電池充電控制子單元由鋰電池充電管理芯片、晶體管或MOSFET管、充電狀態(tài)指示燈以及外圍電路組成；所述鋰電池充電管理芯片通過肖特基勢壘整流器與太陽能板相連，將太陽能板輸出的直流電壓通過自適應(yīng)可調(diào)充電電路給鋰電池組充電，并且對鋰電池組溫度進行連續(xù)監(jiān)測，對充電電路進行必要的保護和調(diào)節(jié)；鋰電池組輸出端與電壓轉(zhuǎn)換子單元輸入端相連，并通過升、降壓芯片或穩(wěn)壓管及相應(yīng)外圍電路將電壓轉(zhuǎn)換子單元輸出端電壓進行等級變換，為微處理器單元及其他設(shè)備的運行提供所需的供電電壓等級。
[0007]所述加速度傳感器上設(shè)有敏感元件，通過壓電效應(yīng)將被測點的三軸方向加速度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，并經(jīng)過信號調(diào)理電路改善信噪比，以及進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，最后送入AVR微處理器，AVR微處理器再進行數(shù)據(jù)處理、存儲并發(fā)送給無線通信單元。
[0008]有益效果:本實用新型通過高精度三軸加速傳感器監(jiān)控集裝箱，當(dāng)集裝箱有如盜竊等信息時，WSID標(biāo)簽裝置將信息通過433MHz無線頻段發(fā)送給本地終端，并將集裝箱信息與調(diào)度表進行對比，如果該集裝箱不在調(diào)度表內(nèi)，則發(fā)出圖像聲音等報警信號，通知管理員；本實用新型滿足了監(jiān)測、定位、跟蹤、優(yōu)化調(diào)度及運輸安全的需求；提高了集裝箱管控的生產(chǎn)運輸效率，實現(xiàn)了 “無縫銜式”實時作業(yè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型WSID標(biāo)簽裝置節(jié)點的結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖2是本實用新型處理器單元和無線通信單元電路圖。
[0011]圖3是本實用新型加速度傳感器電路圖。
[0012]圖4是本實用新型電源管理單元電路圖。
【具體實施方式】
[0013]結(jié)合圖1至圖4描述本實用新型用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置。本實用新型用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，包括微處理器單元、無線通信單元、加速度傳感器單元和電源管理單元，所述電源管理單元包括太陽能板、鋰電池充電控制子單元、鋰電池組和電壓轉(zhuǎn)換子單元；
[0014]所述微處理器單元由微處理器芯片Ul及其他相應(yīng)外圍電路組成。微處理器芯片Ul 米用 AVR 系列微處理器芯片 ATmegal28、ATmegal28A、ATmegal28L、ATmega64、ATmega64A或ATmega64L，它主要用于集裝箱位置信息以及震動信號的計算、解析、校驗和存儲，以及完成集裝箱管控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點裝置整個數(shù)據(jù)計算、信號控制、算法處理和無線數(shù)據(jù)收發(fā)控制等任務(wù)。JTAG接口為標(biāo)準(zhǔn)DIPlO腳調(diào)試接口，可以通過AVR仿真器與PC機相連，用于系統(tǒng)程序的調(diào)試、仿真和燒錄。
[0015]所述無線通信單元由數(shù)據(jù)傳輸控制子單元和無線收發(fā)接口子單元組成，采用無線收發(fā)通信芯片CC1000或CC1020中的一種作為處理芯片。所述處理器單元采用SPI總線與無線通信單元的數(shù)據(jù)接口相連。所述加速度傳感器為高精度三軸加速度傳感器，選用AD公司三軸加速度傳感器ADXL345，用于檢測集裝箱是否被移動或者被盜；加速度傳感器通過I2C總線以及INT中斷腳與所述處理器單元相連，并將震動信號量輸入處理器單元進行換算、解析、校驗、存儲和傳輸。
[0016]所述鋰電池充電控制子單元由鋰電池充電管理芯片、晶體管或MOSFET管、充電狀態(tài)指示燈以及外圍電路組成；所述鋰電池充電管理芯片通過肖特基勢壘整流器與太陽能電池板相連，將太陽能板輸出的直流電壓通過自適應(yīng)可調(diào)充電電路給鋰電池組充電，并且對鋰電池組溫度進行連續(xù)監(jiān)測，對充電電路進行必要的保護和調(diào)節(jié)；鋰電池組輸出端與電壓轉(zhuǎn)換子單元輸入端相連，并通過升、降壓芯片或穩(wěn)壓管及相應(yīng)外圍電路將電壓轉(zhuǎn)換子單元輸出端電壓進行等級變換，為微處理器單元及其他設(shè)備的運行提供所需的供電電壓等級。所述加速度傳感器上設(shè)有敏感元件，通過壓電效應(yīng)將被測點的三軸方向加速度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，并經(jīng)過信號調(diào)理電路改善信噪比，以及進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，最后送入AVR微處理器，AVR微處理器再進行數(shù)據(jù)處理、存儲并發(fā)送給無線通信單元。
[0017]具體實施步驟如下:
[0018]1.傳感主板上電，首先完成初始化工作，包括處理器單元和無線通信單元的初始化以及加速度傳感器的初始化；
[0019]2.WSID標(biāo)簽裝置廣播消息，若移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點偵聽到該廣播消息后，通過三次握手，WSID標(biāo)簽裝置與移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點建立連接；
[0020]3.建立連接后，移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點發(fā)送信息查詢請求給WSID標(biāo)簽裝置，WSID標(biāo)簽裝置收到查詢信息后，將集裝箱ID號以及該集裝箱其它基本信息(上下游港口、貨物內(nèi)容、運輸時間及貨主等)進行打包，通過433MHz無線收發(fā)單元發(fā)送給移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點，移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點收到集裝箱基本信息后，通過GPRS模塊將該集裝箱的基本信息通過2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至港口遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；抗干擾性強，信號繞射性(穿透性)強，并支持各種點對點，一點對多點及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)通訊方式，具有收發(fā)一體、穩(wěn)定可靠等特點，能完全滿足港口物流大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0021]4.WSID標(biāo)簽裝置廣播消息，若移動機載GPS/WSID信息處理傳輸節(jié)點未偵聽到該廣播消息，則WSID標(biāo)簽裝置進行自組網(wǎng)。
[0022]5.WSID標(biāo)簽裝置自組網(wǎng)，首先給每個WSID標(biāo)簽裝置編號，再設(shè)置其hop值(到根節(jié)點最大跳數(shù))，將WSID基站作為根節(jié)點，hop值設(shè)為0，而將所有的WSID標(biāo)簽裝置的hop值統(tǒng)一設(shè)為255，此時WSID標(biāo)簽裝置洪泛狀態(tài)信息(AM值為255)，其他WSID標(biāo)簽裝置收到狀態(tài)信息就存入自己的路由表中，將自己的鄰居WSID標(biāo)簽裝置(到該標(biāo)簽裝置跳數(shù)為I)作為父節(jié)點，WSID基站的鄰居WSID標(biāo)簽裝置將WSID基站作為父節(jié)點，到WSID基站的跳數(shù)為1，然后廣播路由信息，其鄰居WSID標(biāo)簽裝置收到信息后，更新自己到WSID基站的路由信息和父節(jié)點編號，每次收到狀態(tài)信息，WSID標(biāo)簽裝置就更新一次路由表，直到所有的WSID標(biāo)簽裝置都設(shè)置了自己到根節(jié)點的跳數(shù)。這樣就建立了一個樹形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個WSID標(biāo)簽裝置建立一個完整的路由表，里面包含自己的編號、父節(jié)點的編號、到WSID基站的跳數(shù)等信息。在選擇的過程中，WSID標(biāo)簽裝置會優(yōu)先選擇跳數(shù)最少的鄰居WSID標(biāo)簽裝置作為父節(jié)點，若果跳數(shù)相同，則會比較通信鏈路的質(zhì)量，選擇通信鏈路質(zhì)量高的鄰居WSID標(biāo)簽裝置作為父節(jié)點。
[0023]6.組網(wǎng)完成后，由WSID基站廣播時間同步請求消息，hop值為I的WSID標(biāo)簽裝置收到時間同步請求信息后，繼續(xù)廣播時間同步請求信息；hop值為2并且路由表中父節(jié)點是hop值為I的WSID標(biāo)簽裝置收到后仍然廣播；用這種方式，從樹形拓?fù)涞母?jié)點將時間同步請求消息一直發(fā)送給末端WSID標(biāo)簽裝置。[0024]7.在路由表建立后，除了正常的傳輸數(shù)據(jù)之外，WSID基站每隔一段時間進行路由信息的廣播。每個WSID標(biāo)簽裝置收到廣播信息后，對自己的路由表進行更新，特別是對父節(jié)點的維護，會重新評估與鄰居WSID標(biāo)簽裝置的跳數(shù)和通信質(zhì)量。如果當(dāng)前的父節(jié)點的跳數(shù)大于1，則將其從路由表中刪除，從鄰居WSID標(biāo)簽裝置中選取通信質(zhì)量較好的WSID標(biāo)簽裝置作為父節(jié)點。
[0025]8.WSID標(biāo)簽裝置完成時間同步后，進入偵聽模式，若有新的WSID標(biāo)簽裝置進入堆場，則進行新的組網(wǎng)，轉(zhuǎn)至3 ;
[0026]9.若采集到的震動信號在x、y、z軸上的值分別小于預(yù)設(shè)定的閾值，同時融合值也小于預(yù)設(shè)定的融合值
【權(quán)利要求】
1.一種用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，其特征在于: 包括微處理器單元、無線通信單元、加速度傳感器單元和電源管理單元，所述電源管理單元包括太陽能板、鋰電池充電控制子單元、鋰電池組和電壓轉(zhuǎn)換子單元； 所述微處理器單元由AVR系列微處理器芯片和JTAG調(diào)試接口子單元組成；所述無線通信單元由射頻芯片和天線組成，采用射頻芯片CClOOO或CC1020作為處理芯片，所述微處理器單元采用SPI總線與無線通信單元的數(shù)據(jù)接口相連； 所述加速度傳感器單元為高精度三軸加速度傳感器，通過I2C總線與所述微處理器單元相連，并將震動信號量輸入微處理器單元進行換算、解析、校驗、存儲和傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，其特征在于:所述鋰電池充電控制子單元由鋰電池充電管理芯片、晶體管或MOSFET管、充電狀態(tài)指示燈以及外圍電路組成； 所述鋰電池充電管理芯片通過肖特基勢壘整流器與太陽能板相連，將太陽能板輸出的直流電壓通過自適應(yīng)可調(diào)充電電路給鋰電池組充電，并且對鋰電池組溫度進行連續(xù)監(jiān)測，對充電電路進行必要的保護和調(diào)節(jié)； 鋰電池組輸出端與電壓轉(zhuǎn)換子單元輸入端相連，并通過升、降壓芯片或穩(wěn)壓管及相應(yīng)外圍電路將電壓轉(zhuǎn)換子單元輸出端電壓進行等級變換，為微處理器單元及其他設(shè)備的運行提供所需的供電電壓等級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于集裝箱管控的WSID標(biāo)簽裝置，其特征在于:所述加速度傳感器上設(shè)有敏感元件，通過壓電效應(yīng)將被測點的三軸方向加速度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，并經(jīng)過信號調(diào)理電路改善信噪比，以及進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，最后送入AVR微處理器，AVR微處理器再進行數(shù)據(jù)處理、存儲并發(fā)送給無線通信單元。
【文檔編號】H04W64/00GK203813819SQ201420177487
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】陳俊杰, 蔡民杰, 蔣燕飛 申請人:南京拓諾傳感網(wǎng)絡(luò)科技有限公司, 東南大學(xué)