集裝箱車輛車廂環(huán)境實時監(jiān)控系統(tǒng)

易成勇 黃連麗 郭保良 丁雪成

摘? 要：針對傳統(tǒng)貨運物流車輛對于車廂內(nèi)部情況監(jiān)控不足而往往造成不必要的財產(chǎn)損失及人員傷亡的情況運用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及嵌入式技術(shù)的有效結(jié)合，綜合多種技術(shù)層面支持，將貨運集裝箱納入互聯(lián)網(wǎng)，在物聯(lián)網(wǎng)各種技術(shù)的支持下建立了以貨運集裝箱為中心、互聯(lián)網(wǎng)為后臺支持、移動客戶端加車載平臺為主要監(jiān)控端的立體式三位一體式集裝箱監(jiān)控平臺。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng);集裝箱;實時控制;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP277? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0031-03

Abstract： In view of the fact that the traditional freight logistics vehicles often cause unnecessary property losses and casualties due to the lack of internal monitoring of the internal conditions of the carriages， the effective combination of modern Internet technology and embedded technology is used to integrate a variety of technical support， integrate freight containers into the Internet， and with the support of various technologies of the Internet of things， a three-in-one container monitoring platform is established， which takes the freight container as the center， the Internet as the background support， and the mobile client and vehicle platform as the main monitoring end.

Keywords： monitoring system; container; real-time control; Internet of things

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的高速發(fā)展，在全球掀起了一波又一波信息化建設(shè)浪潮，以數(shù)據(jù)資源為核心，積極打造集裝箱物流信息平臺，成為全面提升集裝箱綜合物流服務(wù)的重要途徑。當前，我國的集裝箱物流信息化發(fā)展面臨著重重困難。在信息感知方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚未得到普遍深入的應(yīng)用，針對以上存在的問題，我們結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系準備要搭建一個統(tǒng)一、開放、動態(tài)的集裝箱物流信息平臺[1]。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)功能比較豐富，整體有多種監(jiān)控終端：服務(wù)器、智能車載終端、手機控制、下位機小車以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成，通過藍牙4.0、ZigBee、wifi等進行數(shù)據(jù)通信交換。依托云端服務(wù)器、智能車載終端、手機APP為物流車駕駛員、物流管理人員及供求雙方提供了三位一體式立體的信息渠道。通過不同平臺獲取車內(nèi)信息，方便了用戶的使用，實現(xiàn)對集裝箱車輛的實時監(jiān)控[2]。最后將采集到的信息送到顯示模塊及智能手機顯示，總體方案設(shè)計如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 驅(qū)動方案模塊

考慮到車輛行走需要控制兩個減速電機，使其處于不同工作狀態(tài)，兩個減速電機的工作狀態(tài)不同，且轉(zhuǎn)速不定。為了使電路更加穩(wěn)定，選用L298N電機驅(qū)動芯片，使能端口由DSP28335提供PWM波進行控速，再利用兩個GPIO口輸出高低電平來控制電機的正反轉(zhuǎn)。電路使用TLP521-4光耦合器使輸入輸出之間相互隔離，由于電信號具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，輸出信號對輸入端無影響，完全的電氣隔離可有效地防止電機反激脈沖損壞主控[3]。具體電路如圖2。

2.2 傳感器模塊

由于集裝箱和庫房等場所環(huán)境比較惡劣，傳統(tǒng)的條形碼標簽多為紙質(zhì)，附著于外包裝上，容易在運輸過程中受到外部環(huán)境的污染，磨損至完全無法識別。而RFID標簽芯片內(nèi)置于塑料殼內(nèi)，有很強的抗污能力和耐久性;而且RFID辨別器具有同時識別多種商品、快速完成掃描出入庫、較大存儲空間、可重復(fù)利用等特點?，F(xiàn)在商品所需要攜帶的信息量也越來越大。我們這里選用RFID標簽來標記商品。具體電路如圖3。

溫度測量主要有半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器等。熱電偶的熱惰性會使測量的指示值落后于被測溫度的變化，而我們需要實時監(jiān)測密閉車廂內(nèi)部的溫度，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控車廂內(nèi)部的溫度變化。所以選用DS18B20，其對溫度的感知靈敏，反應(yīng)更快，適應(yīng)電壓范圍3.0-5.5V，溫度范圍可達-55℃～+125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃，是檢測溫度的很好的選擇[4]（圖4）。

普敏氣體煙霧傳感器，在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高，對燃燒廢氣的檢測也是比較精準，這里我們選用MQ-2氣體檢測模塊。MQ-2氣體傳感器是利用二氧化錫在清潔空氣中的電導(dǎo)率較低，電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體的濃度的增加而增大等特性，通過簡單的電路處理就可得到非常好的信號，使AD采集更加的精確[5]。具體電路圖如圖5。

2.3 傳感器信息采集與處理

控制系統(tǒng)采用TI公司TMS320F28335DSP數(shù)字信號處理器作為主控制，TMS320F28335具有強大的控制和信號處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法，片上整合了Flsah儲存器、快速的A/D轉(zhuǎn)換器、增強的PWM（脈沖調(diào)制模塊）、事件管理器、增強型CAP（脈沖捕獲模塊）、SCI（串行通信）等外設(shè)，此種整合使用戶能夠快速開發(fā)產(chǎn)品。單片機控制系統(tǒng)框圖如圖6。

利用片上整合的時鐘完成程序時序控制;利用A/D轉(zhuǎn)換器完成傳感器電壓實時采集;利用Epwm模塊完成電機驅(qū)動控制;利用Ecap模塊完成車輛運行速度采集;利用SCI模塊完成數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.1 乙醇氣體濃度采集

車輛前部和后部各裝有2個超聲波測距模塊，主控實時地監(jiān)控超聲波模塊傳回的數(shù)據(jù)，判斷車輛前后是否存在障礙物。若檢測到車輛前后存在障礙物，主控立馬發(fā)送警報給顯示界面，并關(guān)閉電機驅(qū)動，使車輛停下來，避免與障礙物發(fā)生碰撞。

3 系統(tǒng)測試

先將模擬車輛電池充電到12V，打開電源開關(guān)打開手機APP。設(shè)置車輛模擬駕駛，設(shè)置五組溫度預(yù)警值、五組濃度預(yù)警值、五組避障距離，分別測試系統(tǒng)對異常情況作出的處理。觀察車輛模型上的車載終端顯示器上的環(huán)境參數(shù)變化。用液化氣模擬易燃氣體測試，同時利用集熱器模擬溫度變化。我們可以看到，車載終端和APP終端對于環(huán)境變化都有相應(yīng)的參數(shù)變化以及溫度報警燈功能[6]。觀察并記錄實驗數(shù)據(jù)（表1、表2、表3）。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)“集裝箱車輛車廂環(huán)境實時監(jiān)控系統(tǒng)”集智能采集、自適應(yīng)性控制和遠程監(jiān)控于一身，能夠?qū)噧?nèi)多種環(huán)境數(shù)據(jù)在不同工作模式下進行測試，通過網(wǎng)絡(luò)能夠遠程管理，測試精度達1%以內(nèi)，控制精度在0.5%以內(nèi)，能應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的多個方面，具有很高的市場價值和很強的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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