易成勇 黄连丽 郭保良 丁雪成

摘  要：针对传统货运物流车辆对于车厢内部情况监控不足而往往造成不必要的财产损失及人员伤亡的情况运用现代互联网技术及嵌入式技术的有效结合，综合多种技术层面支持，将货运集装箱纳入互联网，在物联网各种技术的支持下建立了以货运集装箱为中心、互联网为后台支持、移动客户端加车载平台为主要监控端的立体式三位一体式集装箱监控平台。

关键词：监控系统;集装箱;实时控制;物联网

中图分类号：TP277         文献标志码：A         文章编号：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，随着互联网、物联网、云计算、大数据等信息技术的高速发展，在全球掀起了一波又一波信息化建设浪潮，以数据资源为核心，积极打造集装箱物流信息平台，成为全面提升集装箱综合物流服务的重要途径。当前，我国的集装箱物流信息化发展面临着重重困难。在信息感知方面，物联网技术尚未得到普遍深入的应用，针对以上存在的问题，我们结合物联网技术体系准备要搭建一个统一、开放、动态的集装箱物流信息平台[1]。

1 系统总体方案设计

本系统功能比较丰富，整体有多种监控终端：服务器、智能车载终端、手机控制、下位机小车以及物联网系统组成，通过蓝牙4.0、ZigBee、wifi等进行数据通信交换。依托云端服务器、智能车载终端、手机APP为物流车驾驶员、物流管理人员及供求双方提供了三位一体式立体的信息渠道。通过不同平台获取车内信息，方便了用户的使用，实现对集装箱车辆的实时监控[2]。最后将采集到的信息送到显示模块及智能手机显示，总体方案设计如图1所示。

2 系统设计

2.1 驱动方案模块

考虑到车辆行走需要控制两个减速电机，使其处于不同工作状态，两个减速电机的工作状态不同，且转速不定。为了使电路更加稳定，选用L298N电机驱动芯片，使能端口由DSP28335提供PWM波进行控速，再利用两个GPIO口输出高低电平来控制电机的正反转。电路使用TLP521-4光耦合器使输入输出之间相互隔离，由于电信号具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，输出信号对输入端无影响，完全的电气隔离可有效地防止电机反激脉冲损坏主控[3]。具体电路如图2。

2.2 传感器模块

由于集装箱和库房等场所环境比较恶劣，传统的条形码标签多为纸质，附着于外包装上，容易在运输过程中受到外部环境的污染，磨损至完全无法识别。而RFID标签芯片内置于塑料壳内，有很强的抗污能力和耐久性;而且RFID辨别器具有同时识别多种商品、快速完成扫描出入库、较大存储空间、可重复利用等特点。现在商品所需要携带的信息量也越来越大。我们这里选用RFID标签来标记商品。具体电路如图3。

温度测量主要有半导体热电偶传感器、PN结温度传感器等。热电偶的热惰性会使测量的指示值落后于被测温度的变化，而我们需要实时监测密闭车厢内部的温度，实现网络监控车厢内部的温度变化。所以选用DS18B20，其对温度的感知灵敏，反应更快，适应电压范围3.0-5.5V，温度范围可达-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃，是检测温度的很好的选择[4]（图4）。

普敏气体烟雾传感器，在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，对燃烧废气的检测也是比较精准，这里我们选用MQ-2气体检测模块。MQ-2气体传感器是利用二氧化锡在清洁空气中的电导率较低，电导率随空气中可燃气体的浓度的增加而增大等特性，通过简单的电路处理就可得到非常好的信号，使AD采集更加的精确[5]。具体电路图如图5。

2.3 传感器信息采集与处理

控制系统采用TI公司TMS320F28335DSP数字信号处理器作为主控制，TMS320F28335具有强大的控制和信号处理能力，能够实现复杂的控制算法，片上整合了Flsah储存器、快速的A/D转换器、增强的PWM（脉冲调制模块）、事件管理器、增强型CAP（脉冲捕获模块）、SCI（串行通信）等外设，此种整合使用户能够快速开发产品。单片机控制系统框图如图6。

利用片上整合的时钟完成程序时序控制;利用A/D转换器完成传感器电压实时采集;利用Epwm模块完成电机驱动控制;利用Ecap模块完成车辆运行速度采集;利用SCI模块完成数据传输。

2.3.1 乙醇气体浓度采集

车辆前部和后部各装有2个超声波测距模块，主控实时地监控超声波模块传回的数据，判断车辆前后是否存在障碍物。若检测到车辆前后存在障碍物，主控立馬发送警报给显示界面，并关闭电机驱动，使车辆停下来，避免与障碍物发生碰撞。

3 系统测试

先将模拟车辆电池充电到12V，打开电源开关打开手机APP。设置车辆模拟驾驶，设置五组温度预警值、五组浓度预警值、五组避障距离，分别测试系统对异常情况作出的处理。观察车辆模型上的车载终端显示器上的环境参数变化。用液化气模拟易燃气体测试，同时利用集热器模拟温度变化。我们可以看到，车载终端和APP终端对于环境变化都有相应的参数变化以及温度报警灯功能[6]。观察并记录实验数据（表1、表2、表3）。

4 结论

本系统“集装箱车辆车厢环境实时监控系统”集智能采集、自适应性控制和远程监控于一身，能够对车内多种环境数据在不同工作模式下进行测试，通过网络能够远程管理，测试精度达1%以内，控制精度在0.5%以内，能应用于生产和生活的多个方面，具有很高的市场价值和很强的应用前景。

参考文献：

[1]关蕊，高艳.基于传感网的冷藏车载监控系统的设计[J].辽宁科技学院学报，2018（1）：4-6.

[2]张明利，李杰，黄培.农产品冷链物流车载智能监控系统的应用[J].现代农业科技，2015（18）：341-344.

[3]王钧，李广.基于无线传感器网络的农产品储运控制系统[J].自动化与仪器仪表，2015（4）：116-119.

[4]朱嵘涛，徐爱钧.单总线传感器AM2302温湿度测控系统原理及应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2016（4）：46-48.

[5]叶美松，肖世德，张志锋，等.基于ZigBee技术的温室大棚系统的设计[J].自动化与仪表，2017（2）：41-44.

[6]钱永产.基于ZigBee的工程车辆实车性能检测系统[J].新教育时代，2015（3）：1-2.