一種基於rfid電子封條的貨櫃管理系統和方法

2023-04-28 03:10:41 1

專利名稱：一種基於rfid電子封條的貨櫃管理系統和方法
技術領域：
本發明涉及貨櫃管理技術，更具體地說，涉及一種基於RFID電子封條的貨櫃 管理系統和方法。
背景技術：
電子封條(electronic seal，eSeal 或 electronic lock, elock)為物流管理提供 了便利並加強了物流管理的安全性，特別是邊防控制、海關清關(customclearance)等操 作。目前，已有一些技術應用在相關領域，描述如下1、無線監控系統，集成了無線跟蹤以及諸如GPS(global positioningsystem)的 通信技術和無線技術(例如，GPRS(General Packet Radio Service)、Wi-Fi (Wireless Fidelity))。該系統用於執行有效的物流運作管理。然而，由於該系統僅僅提供位置信息， 因此不能阻止偷竊和非法的開啟(unseal)操作。2、有源電子封條(必eal或elock)，包括集成有射頻識別技術(例如，有源RFID芯 片)的電子鎖和監控電子封條與貨櫃狀態的傳感器(sensor)。它可以為用戶提供較安全 的資產監控能力。但是，仍存在以下缺陷首先，該設備一般不能將物質資產的位置報告給 後端系統；再者，由於RFID標籤和傳感器一直處於工作狀態，該設備需消耗相對多的電能， 內置的電池不能滿足需要長途運輸的設備；另外，由於不同的製造商都有各自的數據格式 導致了數據格式不統一，那麼，收集的信息不能得到有效的共享和監控。3、無源電子封條使用無源RFID晶片，不內設傳感器。雖比上述有源電子封條便 宜，但是僅能提供有限的功能，比如自動識別功能和封條的基本特性。然而，無源電子封條 不能重複使用，而且不能為授權用戶提供加鎖和解鎖功能。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術中的電子封條不安全、功耗大、不適 合長距離運輸以及不能重複使用的缺陷，提供一種基於RFID電子封條的貨櫃管理系統 和方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種基於RFID電子封條的貨櫃 管理系統，包括RFID電子封條、傳感設備、控制裝置；所述控制裝置，與RFID電子封條和傳感設備通信連接，用於向RFID電子封條下達 密封或開啟指令、向傳感設備獲取貨櫃的狀態信息；所述RFID電子封條，安裝在貨櫃上並與控制裝置和傳感設備通信連接，用於 依據控制裝置下達的命令密封或開啟貨櫃並返回貨櫃的狀態信息至控制裝置；所述 RFID電子封條包括用於數據交換的第一通信模塊、第一電源供應單元；所述傳感設備，與控制裝置和RFID電子封條通信連接，用於監控貨櫃的狀態信 息，並依據控制裝置的請求返回狀態信息至控制裝置；所述傳感設備包括用於數據交換的 第二通信模塊、第二電源供應單元；
所述RFID電子封條和所述傳感設備每次完成操作後自動進入休眠狀態。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統中，所述RFID電子封條，包 括RFID標籤、存儲器、用於數據交換的第一通信模塊、電動機械鎖和第一電源供應單元；所 述RFID標籤包括貨櫃識別信息和RFID電子封條的狀態信息，所述狀態信息包括開啟狀 態、密封狀態、安全狀態；所述傳感設備包括數據採集接口、用於數據交換的第二通信模塊和第二電源供應 單元；所述控制裝置包括RFID讀寫模塊和第三通信模塊。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統中，所述第一通信模塊、第 二通信模塊以及第三通信模塊的數據格式為XML格式；所述RFID標籤工作的頻帶包括以下 任一種低頻(LF)、高頻(HF)或超高頻(UHF)。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統中，所述RFID電子封條 (100)和傳感設備(300)上設置有開關，控制裝置上設置有磁體；所述磁體通過開關喚醒處 於休眠狀態的RFID電子封條和傳感設備。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統中，所述第一通信模塊和 所述第二通信模塊為低功耗ZigBee模塊；所述第一電源供應單元和所述第二電源供應單 元為非接觸可充電電池。本發明還提供了一種基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，包括將用於監控貨櫃狀態信息並依據控制裝置的請求返回狀態信息至控制裝置的 傳感設備安裝於貨櫃內，並將用於依據控制裝置下達的命令密封或開啟貨櫃並返回集 裝箱的密封狀態至控制裝置的RFID電子封條安裝於貨櫃上；通過控制裝置向RFID電子封條下達密封指令並將密封狀態信息反饋至貨櫃車 輛管理系統，所述密封狀態信息包括密封成功信息、密封失敗信息；RFID電子封條每次完 成操作後自動進入休眠狀態；由傳感設備監控貨櫃的狀態信息，並將狀態的變化反饋至貨櫃車輛管理系 統；傳感設備每次完成操作後自動進入休眠狀態；當授權用戶發出開啟RFID電子封條命令時，由控制裝置向RFID電子封條下達開 啟指令並將開啟狀態信息反饋至貨櫃車輛管理系統，所述開啟狀態信息包括開啟成功信 息、開啟失敗信息；卸載並初始化所述傳感設備和所述RFID電子封條。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法中，所述RFID電子封條，包 括RFID標籤、存儲器、用於數據交換的第一通信模塊、電動機械鎖和第一電源供應單元；所 述RFID標籤包括貨櫃識別信息和RFID電子封條的狀態信息，所述狀態信息包括開啟狀 態、密封狀態、安全狀態；所述傳感設備包括數據採集接口、用於數據交換的第二通信模塊 和第二電源供應單元；所述控制裝置包括RFID讀寫模塊和第三通信模塊。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法中，所述第一通信模塊、第 二通信模塊、第三通信模塊的數據格式為XML格式；所述RFID標籤工作的頻帶包括以下任 一種低頻(LF)、高頻(HF)或超高頻(UHF)。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法中，所述RFID電子封條和所述傳感設備上設置有開關，所述控制裝置上設置有磁體；所述磁體通過開關喚醒處於休 眠狀態的RFID電子封條和傳感設備。在本發明提供的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法中，所述第一通信模塊和 所述第二通信模塊為低功耗ZigBee模塊；所述第一電源供應單元和所述第二電源供應單 元為非接觸可充電電池。實施本發明的技術方案，具有以下有益效果本發明可提供足夠的信息，包括集裝 箱封條信息、傳感器數據以及用於貨櫃跟蹤和監控的全球定位數據。長使用壽命的電源 管理技術以及基於RFID電子封條設備和傳感設備的電源的獨立供應解決了功耗(power consumption)問題。統一的數據格式(XML)使得數據能夠有效的交換和共享。而且，RFID 電子封條設備和傳感設備的數量可以定製的(tai lor-made)，並且可根據不同的用戶進行 不同的組合配置。對於貨櫃來說至少需要一個基於RFID電子封條設備，對於傳感器和 GPS來說，至少需要一個傳感設備。所以，基於模塊化的設計使得成本和配置非常靈活。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是依據本發明優選實施例的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統的結構示 意圖；圖2是依據本發明優選實施例的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法流程示意 圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。本發明集成了多種技術，例如基於RFID電子封條技術、傳感器技術、全球導航技 術(例如，GPS)。主要包括三個設備RFID電子封條、傳感設備和控制裝置，每一設備使用低 功耗技術模塊化實現。而且每一模塊均可以與其他模塊通信。數據交換以XML格式進行， 使得數據可在不同的平臺上傳輸、監控和共享。圖1是依據本發明優選實施例的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統的結構示 意圖。如圖1所示，貨櫃管理系統包括RFID電子封條100、傳感設備300、控制裝置200、 貨櫃車輛管理系統400、具有GPS功能的貨櫃車輛500。控制裝置200用於向RFID電 子封條100下達密封或開啟指令、向傳感設備300獲取貨櫃的狀態信息；RFID電子封條 100用於依據控制裝置200下達的命令密封或開啟貨櫃並返回貨櫃的狀態信息至控制 裝置200 ；傳感設備300用於採集貨櫃的狀態信息，並依據控制裝置的請求返回狀態信息 至控制裝置200。RFID電子封條100包括RFID標籤、用於存儲事件日誌的存儲器、用於數據交換的 第一通信模塊(例如但不限於GPRS、ZigBee)、電動機械鎖(electro-mechanical lock)和 電源供應單元(例如但不限於電池)。RFID標籤可以是有源或無源的，工作的頻帶可以是 低頻(LF)、高頻(HF)或超高頻(UHF)。RFID標籤包括用於識別貨櫃的特有信息以及電子封條的狀態數據。由於基於RFID電子封條設備在密封和解密封(開啟)操作的過程中不 會被破壞，所以所述基於RFID電子封條設備能夠被重複使用。傳感設備300，包括傳感器的數據收集接口(例如但不限於溫度傳感器、紅外傳感 器)、用於數據交換和傳輸的第二通信模塊以及電源供應單元(例如電池)。傳感設備300 可通過例如但不限於標準連接接口(例如RS232或USB)安裝在帶有GPS支持設備的汽車 的儀錶板(dashboard)上。傳感設備300的功能主要包括1)能夠與計算機交換數據(例如環境參數)；2)能夠與電子封條交換數據；3)能夠發送和轉發信息給其他傳感設備；4)具有診斷(diagnosis)功能。
控制裝置200可以是例如但不限於手持設備，包括RFID讀寫模塊和第三通信模塊 (例如、GPRS、ZigBee)，與RFID電子封條設備通信並下達密封和開啟的指令。能夠與集裝 箱車輛管理系統400交換來自RFID電子封條設備和傳感設備的數據。RFID電子封條100、傳感設備300、控制裝置200通過無線通信來實現數據的交互。 RFID電子封條100和控制裝置200的通信通過RF(radiofrequency，射頻)通信來實現。傳感設備300和具有GPS功能的貨櫃車輛500之間的通信通過有線接口(例如 但不限於USB、RS232)來實現，也可通過無線通信來實現(例如但不限於Zigbee)。貨櫃車輛管理系統400與其他設備的通信是通過例如但不限於網際網路/GPRS來 實現。RFID電子封條100和傳感設備300使用以下技術來達到長使用壽命，適用於長 距離運輸包括低功耗ZigBee模塊、非接觸電池充電(noncontactbattery charging)、將 RFID電子封條從休眠狀態激活的觸發喚醒機制。為了達到額外的低功耗，設備應當長時間 處於深度休眠模式。應該在短時間內被喚醒和完成工作。功耗依賴於休眠時間和工作時間 比率。休眠時間從幾分鐘到1小時或更多，工作時間一般是10-100mS。通常情況下，由於 RFID電子封條100和傳感設備300處於休眠模式，當控制裝置(例如但不限於手持設備) 期望與RFID電子封條100和傳感設備300通信時必須等待較長時間。因此，在RFID電子 封條設備100和傳感設備300上設置增加了振動開關(reedswitch)，在手持設備上增設磁 鐵，使得需要時立刻啟動RFID電子封條100和傳感設備300。操作完成之後，RFID電子封 條100和傳感設備300能夠自動休眠。所以本發明的技術方案使得電池的可能工作時間從 幾天擴展到超過半年。此處所述的振動開關和磁鐵的位置視具體情況來定，本發明並不限 於此。RFID電子封條100和傳感設備300無需工作時，還可設置一定的時間間隔使其在 此時間段內處於深度休眠模式，此時間間隔結束可自動喚醒，開始工作，在操作完成之後， 又能自動進入休眠狀態。本實施例中，將電子封條和傳感器分設在兩個基於模塊的設備中，而不是嵌入單 個晶片。兩個基於模塊的設備具有各自的電源供應單元和通信功能。基於模塊化的設計可 為用戶提供和調整更多靈活的成本和配置功能，例如如果用戶僅需要使用電子封條，那麼 可以刪減傳感設備。貨櫃車輛管理系統400通過GPS的全球定位可以監控具有GPS功能 的貨櫃車輛500的位置和狀態，從而可以安全有效的運輸。
圖2是依據本發明優選實施例的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法流程示意 圖。每一次運輸貨櫃時使用RFID電子封條的步驟包括Si、將傳感設備安裝於貨櫃內，並將RFID電子封條安裝於貨櫃上；傳感設備 用於採集和監控貨櫃狀態信息並依據控制裝置的請求返回狀態信息至控制裝置，RFID電 子封條用於依據控制裝置下達的命令密封或開啟貨櫃並返回貨櫃的密封狀態至控制直οS2、通過控制裝置向RFID電子封條下達密封指令並將密封狀態信息反饋至集 裝箱車輛管理系統，所述密封狀態信息包括密封成功信息、密封失敗信息；RFID電子封條 (100)每次完成操作後自動進入休眠狀態；S3、由傳感設備監控貨櫃的狀態信息，並將狀態的變化反饋至貨櫃車輛管理 系統；傳感設備(300)每次完成操作後自動進入休眠狀態；S4、當授權用戶需要開啟RFID電子封條時，由控制裝置向RFID電子封條下達開 啟指令並將開啟狀態信息反饋至貨櫃車輛管理系統，所述開啟狀態信息包括開啟成功信 息、開啟失敗信息；S5、卸載並初始化所述傳感設備和所述RFID電子封條。當再有使用需求時，重複進行以上步驟即可。RFID電子封條、傳感設備、控制裝置通過例如但不限於無線通信來實現數據的交 互。RFID電子封條和控制裝置的通信通過例如但不限於RF&adiofrequency，射頻)通信 來實現。傳感設備300和具有GPS功能的貨櫃車輛500之間的通信通過有線接口(例如 但不限於USB、RS232)來實現，也可通過無線通信來實現(例如但不限於Zigbee)。貨櫃車輛管理系統400與其他設備的通信可通過例如但不限於網際網路/GPRS來 實現。RFID電子封條和傳感設備使用以下技術來達到長使用壽命，適用於長距離運輸 包括低功耗ZigBee模塊、非接觸電池充電(noncontact batterycharging)、將RFID電子封 條從休眠狀態激活的觸發喚醒機制。為了達到額外的低功耗，設備應當長時間處於深度休 眠模式。應該在短時間內被喚醒和完成工作。功耗依賴於休眠時間和工作時間比率。休眠 時間從幾分鐘到1小時或更多，工作時間一般是10-100mS。通常情況下，由於RFID電子封 條100和傳感設備處於休眠模式，當控制裝置(例如但不限於手持設備)期望與RFID電子 封條和傳感設備通信時必須等待較長時間。因此，在RFID電子封條設備和傳感設備上設置 增加了振動開關(reed switch)，在手持設備上增設磁鐵，使得需要時立刻啟動RFID電子 封條和傳感設備。操作完成之後，RFID電子封條和傳感設備能夠自動休眠。所以本發明的 技術方案使得電池的可能工作時間從幾天擴展到超過半年。此處所述的振動開關和磁鐵的 位置視具體情況來定，本發明並不限於此。RFID電子封條和傳感設備無需工作時，還可設置一定的時間間隔使其在此時間段 內處於深度休眠模式，此時間間隔結束可自動喚醒，開始工作，在操作完成之後，又能自動 進入休眠狀態。本實施例中，將電子封條和傳感器分設在兩個基於模塊的設備中，而不是嵌入單 個晶片。兩個基於模塊的設備具有各自的電源供應單元和通信功能。基於模塊化的設計可為用戶提供和調整更多靈活的成本和配置功能，例如如果用戶僅需要使用電子封條，那麼 可以刪減傳感設備。貨櫃車輛管理系統通過GPS的全球定位可以監控具有GPS功能的集 裝箱車輛的位置和狀態，從而可以安全有效的運輸。本發明的技術方案可提供低功耗的電子封條，使得電子封條能夠適用於長距離運 輸；還可提供低功耗的傳感設備，使其能夠用於監控長距離運輸的貨櫃中環境的變化。長 使用壽命的電源管理技術以及基於RFID電子封條設備和傳感設備的電源的獨立供應解決 了功耗問題。統一的數據格式(XML)使得數據能夠有效的交換和共享。而且，RFID電子封 條設備和傳感設備的數量可以定製的，並且可根據不同的用戶進行不同的組合配置。基於 模塊化的設計可為用戶提供和調整更多靈活的成本和配置功能，例如如果用戶僅需要使 用電子封條，那麼可以刪減傳感設備。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於RFID電子封條的貨櫃管理系統，其特徵在於，包括RFID電子封條 (100)、傳感設備(300)、控制裝置O00)；所述控制裝置000)，與RFID電子封條(100)和傳感設備(300)通信連接，用於向RFID 電子封條(100)下達密封或開啟指令、向傳感設備(300)獲取貨櫃的狀態信息；所述RFID電子封條(100)，安裝在貨櫃上並與控制裝置(200)和傳感設備(300)通 信連接，用於依據控制裝置(200)下達的命令密封或開啟貨櫃並返回貨櫃的狀態信息 至控制裝置O00)；所述RFID電子封條(100)包括用於數據交換的第一通信模塊、第一電 源供應單元；所述傳感設備(300)，與控制裝置(200)和RFID電子封條(100)通信連接，用於監控集 裝箱的狀態信息，並依據控制裝置O00)的請求返回狀態信息至控制裝置O00)；所述傳感 設備(300)包括用於數據交換的第二通信模塊、第二電源供應單元；所述RFID電子封條(100)和所述傳感設備(300)每次完成操作後自動進入休眠狀態。
2.根據權利要求1所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統，其特徵在於，所述RFID電子封條(100)還包括RFID標籤、存儲器、電動機械鎖；所述RFID標籤包括 貨櫃識別信息和RFID電子封條(100)的狀態信息，所述狀態信息包括開啟狀態、密封狀 態、安全狀態；所述傳感設備(300)還包括數據採集接口 ；所述控制裝置(200)包括RFID讀寫模塊和第三通信模塊。
3.根據權利要求1或2所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統，其特徵在於，所 述第一通信模塊、第二通信模塊以及第三通信模塊的數據格式為XML格式；所述RFID標籤 工作的頻帶包括以下任一種低頻(LF)、高頻(HF)或超高頻(UHF)。
4.根據權利要求1所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統，其特徵在於，所述 RFID電子封條(100)和傳感設備(300)上設置有開關，控制裝置(200)上設置有磁體；所 述磁體通過開關喚醒處於休眠狀態的RFID電子封條(100)和傳感設備(300)。
5.根據權利要求1所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理系統，其特徵在於， 所述第一通信模塊和所述第二通信模塊為低功耗ZigBee模塊；所述第一電源供應單元和所述第二電源供應單元為非接觸可充電電池。
6.一種基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，其特徵在於，包括將用於監控貨櫃狀態信息並依據控制裝置O00)的請求返回狀態信息至控制裝置 (200)的傳感設備(300)安裝於貨櫃內，並將用於依據控制裝置(200)下達的命令密封或 開啟貨櫃並返回貨櫃的密封狀態至控制裝置O00)的RFID電子封條(100)安裝於集 裝箱上；通過控制裝置O00)向RFID電子封條(100)下達密封指令並將密封狀態信息反饋至 貨櫃車輛管理系統，所述密封狀態信息包括密封成功信息、密封失敗信息RFID電子封條 (100)每次完成操作後自動進入休眠狀態；由傳感設備(300)監控貨櫃的狀態信息，並將狀態的變化反饋至貨櫃車輛管理系 統；傳感設備(300)每次完成操作後自動進入休眠狀態；當授權用戶發出開啟RFID電子封條(100)命令時，由控制裝置Q00)向RFID電子封 條(100)下達開啟指令並將開啟狀態信息反饋至貨櫃車輛管理系統，所述開啟狀態信息包括開啟成功信息、開啟失敗信息；卸載並初始化所述傳感設備(300)和所述RFID電子封條(100)。
7.根據權利要求6所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，其特徵在於，所述RFID電子封條(100)，包括RFID標籤、存儲器、用於數據交換的第一通信模塊、 電動機械鎖和第一電源供應單元；所述RFID標籤包括貨櫃識別信息和RFID電子封條 (100)的狀態信息，所述狀態信息包括開啟狀態、密封狀態、安全狀態；所述傳感設備(300)包括數據採集接口、用於數據交換的第二通信模塊和第二電源供 應單元；所述控制裝置(200)包括RFID讀寫模塊和第三通信模塊。
8.根據權利要求7所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，其特徵在於，所述第一通信模塊、第二通信模塊、第三通信模塊的數據格式為XML格式；所述RFID標 籤工作的頻帶包括以下任一種低頻(LF)、高頻(HF)或超高頻(UHF)。
9.根據權利要求6所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，其特徵在於，所述 RFID電子封條(100)和所述傳感設備(300)上設置有開關，所述控制裝置(200)上設置有 磁體；所述磁體通過開關喚醒處於休眠狀態的RFID電子封條(100)和傳感設備(300)。
10.根據權利要求7所述的基於RFID電子封條的貨櫃管理方法，其特徵在於，所述第一通信模塊和所述第二通信模塊為低功耗ZigBee模塊；所述第一電源供應單元和所述第二電源供應單元為非接觸可充電電池。
全文摘要
本發明涉及一種基於RFID電子封條的貨櫃管理系統和方法，該管理系統包括RFID電子封條、傳感設備、控制裝置；控制裝置用於向RFID電子封條下達密封或開啟指令、向傳感設備獲取貨櫃的狀態信息；RFID電子封條用於依據控制裝置下達的命令密封或開啟貨櫃並返回貨櫃的狀態信息至控制裝置；RFID電子封條包括第一通信模塊、第一電源供應單元；傳感設備用於監控貨櫃的狀態信息並依據控制裝置的請求返回狀態信息至控制裝置；傳感設備包括第二通信模塊、第二電源供應單元；RFID電子封條和所述傳感設備每次完成操作後自動進入休眠狀態。本發明的技術方案可提供適於長距離運輸的低功耗的電子封條；還可提供低功耗的傳感設備。
文檔編號G07C11/00GK102044103SQ20091020824
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月15日 優先權日2009年10月15日
發明者王牧文, 郭少強 申請人:快易通有限公司, 香港理工大學