一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統的製作方法
2023-04-24 14:07:26 1
一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統，包括裝載於運輸車隊中的指揮車上的、集成了乙太網、GPRS/GSM、WIFI、CAN總線、Zigbee和GPRS通信模塊的數據中心節點；裝載於指揮車中的CAN總線採集單元，用於採集所在環境的溫度和溼度；裝載於運輸車隊各運輸車輛所載被測物上的Zigbee通信採集單元，用於採集所在被測物的姿態和所在環境參數；裝載於運輸車隊各運輸車輛上的GPRS通信採集單元，用於採集所在運輸車輛的地理位置；本實用新型能夠監測到運輸車隊在運輸的過程中因不確定因素造成的裝載物跌落損壞、車輛脫離車隊、車輛內部溫度環境發生突變等狀況，以便進行及時處理，將損失降到最低。
【專利說明】一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於數據採集【技術領域】，具體涉及一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統。
【背景技術】
[0002]現有環境數據採集系統，其比較典型的設計如圖1所示:該設計採用了多通信方式的組合。在下行通道採用了 RS485總線，RS485總線是傳統數據總線，用來和數據採集終端連接。數據處理和通信控制採用了 ARM7處理器，能夠實現低功耗並完成數據處理。上行通道採用了 3種通信方式:乙太網通信、GPRS通信和紅外通信。乙太網可以完成遠距離有線通信，GPRS可以完成遠距離無線通信，紅外實現了近距離無線通信。但這種典型環境數據採集系統卻對於運輸車隊這種數據採集對象來說並不適用。這是因為:
[0003](I)運輸車隊在運輸的過程中，往往會遇到許多不確定因素，如車輛在行進當中產生較大晃動、車輛脫離車隊、由於溫控系統故障導致車輛內部溫度環境發生突變等。以上這些因素往往會導致運輸車內的物品不能完好的送達至目的地。因此需要實時監測車輛內部的環境數據、裝載物姿態以及車輛位置。例如，一輛送往災區藥品的運輸車，往往需要實時了解運輸車輛所處地理位置、車輛內的藥品在運輸途中所處溫度是否達到儲存條件、在運輸過程中藥品是否因車輛的晃動導致其掉落。
[0004]而在現有技術中，傳統的環境數據採集較多的是溫溼度數據，這對於環境數據的採集來說比較單一，而且沒有涉及到對裝載物姿態數據的採集和車輛位置的監控。
[0005](2)運輸車隊由多個運輸車輛組成，在運輸過程中，如果要監測和匯總每個運輸車輛中的數據，必須要採用無線通信方式。
[0006]而在現有技術中，紅外屬於近距離無線通信，不能夠達到車輛間的遠距離通信要求。
[0007]通過以上分析可見，現有數據採集系統由於不能夠監測裝載物姿態和車輛位置且存在通信方式局限的問題，不適用於運輸車隊的數據採集。
【發明內容】
[0008]有鑑於此，本發明提供了一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統，能夠有效地採集運輸車輛當前地理位置和車內裝載物的姿態，並且通過Zigbee通信方式實現車輛間的數據傳遞。
[0009]本發明的技術解決方案是:
[0010]一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統，用於對運輸車隊及其承載物品進行數據採集，包括:數據中心節點、Zigbee通信採集單元、CAN總線採集單元、GPRS通信採集單元以及監測終端。
[0011]所述數據中心節點裝載於運輸車隊中的指揮車上，是由ARM處理器以及與ARM處理器連接的乙太網通信模塊、GPRS/GSM無線模塊、WIFI通信模塊、CAN總線模塊、Zigbee通信模塊和GPRS通信模塊構成的。
[0012]所述CAN總線採集單元裝載於指揮車中，與所述CAN總線模塊通過CAN總線連接，用於採集所在環境的溫度和溼度。
[0013]所述Zigbee通信採集單元裝載於運輸車隊各運輸車輛所載被測物上，與所述Zigbee通信模塊進行無線通信，用於採集所在被測物的姿態和所在環境參數。
[0014]所述GPRS通信採集單元裝載於運輸車隊各運輸車輛上，與所述GPRS通信模塊進行無線通信，用於採集所在運輸車輛的地理位置。
[0015]通過所述乙太網通信模塊、所述WIFI通信模塊或所述GPRS/GSM無線模塊與數據中心節點進行通信的監測終端。
[0016]優選地，所述Zigbee通信採集單元包括第一微控制單元以及與該第一微控制單元相連的傳感器晶片和Zigbee晶片；所述傳感器晶片包括檢測被測物姿態的角速度傳感器、加速度傳感器、磁航向傳感器以及具有測量溫度功能的氣壓傳感器。
[0017]優選地，所述角速度傳感器選用L3G4200D型三軸角速度傳感器；所述加速度傳感器選用ADXL345型加速度傳感器；所述磁航向傳感器選用HMC5883L型磁航向傳感器；所述氣壓傳感器選用BMP085型氣壓傳感器。
[0018]優選地，所述Zigbee晶片選用CC2530晶片，所述第一微控制單元選用LPC1768晶片。
[0019]優選地，所述CAN總線採集單元包括順次相連的溫溼度傳感器、第二微控制單元、CAN控制器以及CAN接口晶片；所述溫溼度傳感器選用SHTll型；第二微控制單元選用Atmegal28晶片；所述CAN控制器選用SJA1000晶片；所述CAN接口晶片選用PCA82C250晶片。
[0020]優選地，所述GPRS通信採集單元包括順次相連的北鬥定位晶片、第三微控制單元以及GPRS通訊晶片；所述北鬥定位模塊均選用UM220-1II N晶片；所述第三微控制單元選用LPC1768晶片；所述GPRS通訊模塊選用SM900晶片。
[0021]優選地，進一步將數據中心節點與監測終端之間通過無線數據轉發器AP設備連接。
[0022]有益效果
[0023]I)本系統集成了 CAN總線、Zigbee、GPRS、WIFI等多種通信方式，指揮車內採用CAN總線，車間採用Zigbee和GPRS，採集數據不僅包括車內環境數據，還包括裝載物的姿態數據和車輛位置數據，從而能夠監測到運輸車隊在運輸的過程中因不確定因素造成的裝載物跌落損壞、車輛脫離車隊、車輛內部溫度環境發生突變等狀況，以便進行及時處理，將損失降到最低。
[0024]本發明僅在指揮車布局了 CAN總線採集單元進行環境溫溼度的監測，由於CAN總線採集單元的傳輸更為可靠，因此可以將溫度和溼度敏感的物品裝載於指揮車，其它的溼度不敏感的物品裝載於其它車輛，從而在使用最少資源的情況下實現對溼度敏感和非敏感物品的分類、有效監控。
[0025]本發明採用具有溫度採集功能的氣壓傳感器進行車輛環境數據採集，避免在非指揮車中布局專用的溫度傳感器，節省了資源。
[0026]此外，採用CAN總線，可以提高系統的可靠性，並有利於系統的擴展和管理；採用Zigbee通信，降低系統成本，並提高使用靈活性；通過WIFI通信模塊連接諸如手機和PAD等監控終端，更便於操作，可攜帶性高。
[0027]2) Zigbee通信採集單元中採用多個傳感器完成裝載物的姿態檢測，能夠實時的採集到各種運動數據，比如震動、姿態、氣壓等數據。這些數據在危險品、易碎品等運輸過程中非常有用。
[0028]3)CAN總線採集單元中使用的溫溼度傳感器SHTll為數字型高精度貼片封裝晶片。使用數字型能夠簡化電路，不用單獨設計AD轉化電路；數字型傳感器自帶溫度補償，能夠獲得更精確的數據。
[0029]4) GPRS通信採集單元採用北鬥定位晶片對車輛所處的地理位置監測，能夠實時的採集到車輛的位置信息。該北鬥定位晶片採用的是UM220-1II N晶片，具有集成度高、功耗低的特點。
[0030]5)本發明一個實施例中採用無線數據轉發器AP設備連接數據中心節點和監測終端，使得數據中心節點與監測終端之間的數據傳輸更加穩定和快速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1多通信數據採集系統典型設計圖。
[0032]圖2為本發明多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統的組成框圖。
[0033]圖3為Zigbee網絡採集單元的組成框圖。
[0034]圖4為CAN總線採集單元的組成框圖。
[0035]圖5為GPRS採集單元的組成框圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。
[0037]本發明提供了一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統，用於對運輸車隊及其承載物品進行數據採集。所述運輸車隊是由眾多運輸車組成的，並選定其中一輛車作為指揮車，指揮車肩負著運輸物品和監測其他運輸車情況的任務。
[0038]參見圖2，該運輸車輛環境數據採集系統包括，數據中心節點、Zigbee通信採集單元、CAN總線採集單元、GPRS通信採集單元以及監測終端。
[0039]所述數據中心節點裝載於運輸車隊中的指揮車上，是由ARM處理器以及與ARM處理器連接的乙太網通信模塊、GPRS/GSM無線模塊、WIFI通信模塊、CAN總線模塊、Zigbee通信模塊和GPRS通信模塊構成的。
[0040]所述CAN總線採集單元裝載於指揮車中，與所述CAN總線模塊通過CAN總線連接，用於採集所在環境的溫度和溼度。由於CAN總線採集單元的傳輸更為可靠，因此可以將溫度和溼度敏感的物品裝載於指揮車，其它的溼度不敏感的物品裝載於其它車輛，從而在使用最少資源的情況下實現對溼度敏感和非敏感物品的分類、有效監控。
[0041]所述Zigbee通信採集單元裝載於運輸車隊各運輸車輛所載被測物上，與所述Zigbee通信模塊進行無線通信，用於採集所在被測物的姿態和所在環境參數。由於每輛運輸車中的裝載物上裝有Zigbee通信採集單元，當Zigbee通信採集單元與指揮車上的數據中心節點中的Zigbee通信模塊進行通信時，指揮車則可對車輛環境數據進行採集，以便及時處理突發情況。
[0042]所述GPRS通信採集單元裝載於運輸車隊各運輸車輛上，與所述GPRS通信模塊進行無線通信，用於採集所在運輸車輛的地理位置。由於每輛運輸車都裝有GPRS通信採集單元，當GPRS通信採集單元與指揮車上的數據中心節點中的GPRS通信模塊進行通信時，指揮車則可實時採集運輸車隊中每一輛車的位置數據，從而當車輛脫離車隊時能夠及時發現。
[0043]通過所述乙太網通信模塊、所述WIFI通信模塊或所述GPRS/GSM無線模塊與數據中心節點進行通信的監測終端。所述監測終端包括了工業電腦、手機或PAD。工業電腦與乙太網通信模塊連接進行有線通信；手機或PAD與WIFI通信模塊或GPRS/GSM無線模塊進行無線通信。
[0044]參見圖3所示，Zigbee通信採集單元包括第一微控制單元以及與該第一微控制單元相連的傳感器晶片和Zigbee晶片；所述傳感器晶片包括檢測被測物姿態的L3G4200D型三軸角速度傳感器、ADXL345型加速度傳感器、HMC5883L型磁航向傳感器以及具有測量溫度功能的BMP085型氣壓傳感器。所述Zigbee晶片選用CC2530晶片，所述第一微控制單元選用LPC1768晶片。
[0045]指揮車可通過角速度傳感器、加速度傳感器和磁航向傳感器實時採集運輸車上裝載物的姿態數據，從而當在運輸的過程中因不確定因素造成的裝載物跌落損壞、車輛內部溫度環境發生突變等狀況是，能夠及時處理，將損失降到最低。特別的，本發明採用氣壓傳感器是具有溫度採集功能的，可對車輛環境數據進行採集，避免在非指揮車中布局專用的溫度傳感器，節省了資源。
[0046]參見圖4所示，CAN總線採集單元包括順次相連的溫溼度傳感器、第二微控制單元、CAN控制器以及CAN接口晶片；所述溫溼度傳感器選用SHTll型；SHT11為數字型高精度貼片封裝晶片。使用數字型能夠簡化電路，不用單獨設計AD轉化電路；數字型傳感器自帶溫度補償，能夠獲得更精確的數據。第二微控制單元選用Atmegal28晶片；所述CAN控制器選用SJA1000晶片；所述CAN接口晶片選用PCA82C250晶片。
[0047]參見圖5所示，GPRS通信採集單元包括順次相連的北鬥定位晶片、第三微控制單元以及GPRS通訊晶片；所述北鬥定位模塊均選用UM220-1II N晶片；UM220-1II N是和芯星通針對車輛監控/導航、手持設備、氣球探空等應用推出的北鬥/GPS雙系統模塊，集成度高、功耗低，非常適合對尺寸、功耗要求高的北鬥規模應用。所述第三微控制單元選用LPC1768晶片；所述GPRS通訊模塊選用SM900晶片。SM900具有兩種工作模式，第一種工作模式則是定時向指揮車輛發送當前地理位置信息，第二種工作模式則是當接收到指揮車輛通過手機或PAD或工業電腦傳來的信號後，則傳送當前地理位置信息，從而達到實時監測地理位置。
[0048]進一步地，數據中心節點與監測終端可採用虛擬無線數據轉發器AP和無線數據轉發器AP設備兩種方式進行數據轉發。當在條件允許的情況下，可選用無線數據轉發器AP設備將數據中心節點與監測終端相連接。這對於無線數據轉發器AP設備來說，其數據轉發過程中的穩定性，快速性均高於虛擬線數據轉發器AP。
[0049]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種多種通信方式組合的運輸車隊環境數據採集系統，用於對運輸車隊及其承載物品進行數據採集，其特徵在於，包括: 裝載於運輸車隊中的指揮車上的、由ARM處理器以及與ARM處理器連接的乙太網通信模塊、GPRS/GSM無線模塊、WIFI通信模塊、CAN總線模塊、Zigbee通信模塊和GPRS通信模塊構成的數據中心節點； 裝載於指揮車中的、與所述CAN總線模塊通過CAN總線連接的CAN總線採集單元，用於採集所在環境的溫度和溼度； 裝載於運輸車隊各運輸車輛所載被測物上的、與所述Zigbee通信模塊進行無線通信的Zigbee通信採集單元，用於採集所在被測物的姿態和所在環境參數； 裝載於運輸車隊各運輸車輛上的、與所述GPRS通信模塊進行無線通信的GPRS通信採集單元，用於採集所在運輸車輛的地理位置； 通過所述乙太網通信模塊、所述WIFI通信模塊或所述GPRS/GSM無線模塊與數據中心節點進行通信的監測終端。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述Zigbee通信採集單元包括第一微控制單元以及與該第一微控制單元相連的傳感器晶片和Zigbee晶片；所述傳感器晶片包括檢測被測物姿態的角速度傳感器、加速度傳感器、磁航向傳感器以及具有測量溫度功能的氣壓傳感器。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述角速度傳感器選用L3G4200D型三軸角速度傳感器；所述加速度傳感器選用ADXL345型加速度傳感器；所述磁航向傳感器選用HMC5883L型磁航向傳感器；所述氣壓傳感器選用BMP085型氣壓傳感器。
4.如權利要求2或3所述的系統，其特徵在於，所述Zigbee晶片選用CC2530晶片，所述第一微控制單元選用LPC1768晶片。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述CAN總線採集單元包括順次相連的溫溼度傳感器、第二微控制單元、CAN控制器以及CAN接口晶片；所述溫溼度傳感器選用SHTll型；第二微控制單元選用Atmegal28晶片；所述CAN控制器選用SJA1000晶片；所述CAN接口晶片選用PCA82C250晶片。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述GPRS通信採集單元包括順次相連的北鬥定位晶片、第三微控制單元以及GPRS通訊晶片；所述北鬥定位模塊均選用UM220-1II N晶片；所述第三微控制單元選用LPC1768晶片；所述GPRS通訊模塊選用SM900晶片。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，數據中心節點與監測終端之間進一步通過無線數據轉發器AP設備連接。
【文檔編號】G08C17/02GK204043706SQ201420422972
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】孫超, 江玉銳 申請人:中國科學院電子學研究所