一种基于混合组网的集装箱监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合组网的集装箱监测系统，包括箱内监测终端、箱门监测终端以及汇聚终端，箱内监测终端包含第一无线通信模块、温湿度传感器、振动传感器和气体浓度传感器，第一无线通信模块采集温度、湿度、振动、气体浓度状态参数，将状态参数发送给箱门监测终端中的第二无线通信模块，每个集装箱箱门上的第二无线通信模块与本集装箱各个箱内监测终端的第一无线通信模块组成星型网络。本发明专利技术通过混合协议和混合频率，一方面降低了传统ZigBee网络的节点规模，有效提高系统的响应时间；另一方面减小无线通信间的信道抢占和干扰问题，提高通信的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于混合组网的集装箱监测系统，特别应用在集装箱堆场和水运集装箱运输时集装箱高度堆叠的场景，还可应用于车载、机载集装箱运输过程的状态监测等场合。
技术介绍
我国是世界上能源和化工原料运输量最大的国家，其中，绝大部分危险品涉及异地运输，长距离、大运量是我国危险货物水上运输的普遍状况。由于集装箱在船舶上积载情况复杂以及集装箱包装运输形式特殊，船运人员无法及时掌握集装箱内部情况，从而造成严重损失。在集装箱运输危险品时，实时监控集装箱内部状态和物流过程信息，对保障货物和周围环境的安全具有十分重要的意义。现有的集非无线传感器网络的装箱状态监测方法包括基于RFID、卫星通信以及GPRS/GSM等技术的监测系统。各国都开展了积极地研究工作，形成的方法和产品如下：1)美国Savi公司推出的有源标签和SaviTrak软件平台，能够追踪货物集装箱的位置和状态。该系统基于RFID技术，标签内容需要读写器才能通讯，因此只能在装备由读写器的固定点才能进行监控。2)德国的SecureSystem系统能监测正门开关状况、箱内气温和湿度。该系统基于卫星通信技术，当集箱装载在集箱船内后，人造卫星讯号将不能穿过由钢板构成的船壁，虽然即时感应器仍能正常运作和储存数据，但有关数据只能在人造卫星恢复讯号后才能更新。3)我国中集针对陆运罐箱开发了危化品特种运输装备智能化系统。该系统基于GPRS/GSM技术。由于船舱内部集装箱堆叠，基于GPRS/GSM技术的无线信号无法传输，产品不能扩展到船运集装箱中。上述系统均为单点监测系统，监测对象之间未进行联网，当在船运、集装箱堆场等集装箱高密度堆叠情况下，压在底部或中间的集装箱的数据就无法传出去从而无法实现全过程监测。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提出一种基于混合组网的集装箱监测系统，使得当在船运、集装箱堆场等集装箱高密度堆叠，数据通信容易异常，易发生干扰的情况下，可顺利实现对集装箱内环境的全过程监测。本专利技术的技术解决方案是：一种基于混合组网的集装箱监测系统，包括箱内监测终端、箱门监测终端以及汇聚终端，箱内监测终端包含第一无线通信模块、温湿度传感器、振动传感器和气体浓度传感器，第一无线通信模块采集温度、湿度、振动、气体浓度状态参数，将状态参数发送给箱门监测终端中的第二无线通信模块，每个集装箱箱门上的第二无线通信模块与本集装箱各个箱内监测终端的第一无线通信模块组成星型网络；箱门监测终端包含第二无线通信模块、第一ZigBee自组网模块和门锁监测传感器，箱门监测终端第二无线通信模块与第一ZigBee自组网模块之间可进行数据通信，其中第二无线通信模块接收该集装箱的箱内监测终端上传的状态参数，并将状态参数发送给第一ZigBee自组网模块；第一ZigBee自组网模块将接收到的状态参数上传至汇聚终端，第一ZigBee自组网模块采集集装箱门锁开合参数并将该开合参数发送到汇聚终端；汇聚终端接收并显示不同集装箱的箱门监测终端上传的状态参数和门锁开合参数；箱内监测终端的第一无线通信模块和箱门监测终端内的第二无线通信模块将同一集装箱上的箱内监测终端与箱门监测终端进行组网通信；箱内监测终端的第一无线通信模块将采集的状态参数周期性上传给箱门监测终端的第二无线通信模块，在每个上传周期内，当数据完成传输后，箱内监测终端进入休眠模式。组网通信采用绑定操作机制，实现方式为：箱门监测终端在每个箱内监测终端在加入到本箱门监测终端组建的本集装箱状态监测子网中时，首先向本集装箱的箱门监测终端发送加入请求，箱门监测终端接受请求后，给该箱内监测终端分配唯一的绑定信息，绑定信息包括箱门监测终端的识别号Father_ID和分配给请求加入的箱内监测终端的识别号Local_ID；箱内监测终端收到箱门监测终端的绑定信息后立即向箱门监测终端发送应答信息，箱门监测终端收到应答信息后确认加入成功，将绑定信息加一，等待下一个箱内监测终端的加入请求，确保只有相互绑定的设备间通信。箱内监测终端的第一无线通信模块将采集的状态参数周期性上传给箱门监测终端的第二无线通信模块采用周期轮询机制：箱门监测终端与箱内监测终端所组成的单个集装箱的监测子网通讯中，每个箱内监测终端在收到查询命令后先进行地址核对，只有本集装箱箱门节点发送的命令才响应并开始数据采集和数据上传，否则箱内监测终端转入休眠状态。箱门监测终端上的两个模块之间的连接方式为：第一ZigBee自组网模块与第二无线通信模块处于同一块电路板上，通过集成封装后安装在集装箱箱门外面；或者，第一ZigBee自组网模块与第二无线通信模块分处两个不同的电路板并各自集成封装成一个模块，两个模块之间通过数据连接，其中装有第一ZigBee自组网模块的电路板安装在集装箱箱门外，安装第二无线通信模块的电路板安装在集装箱箱门内。不同集装箱的箱门监测终端之间可以增加包含第三ZigBee自组网模块的ZigBee路由节点，以增强网络的连通性和可靠性。箱门监测终端的第一ZigBee自组网模块采用持续工作不休眠的工作方式，以确保数据的实时、可靠传输。组网通信采用绑定操作机制的实现方式中，包括绑定等待，若在绑定等待时间内箱门监测终端接收到箱内监测终端的加入请求，则向发出请求信息的箱内监测终端分配绑定信息；绑定等待时间结束后，箱门监测终端不再响应加入请求，箱门监测终端进入周期轮询工作模式。周期轮询机制采用重轮机制，每次轮询完后检测本网络中的箱内监测终端是否都上传了采集数据，若有未上传数据的箱内监测终端，则重新对其进行轮询，直到重轮次数达到设定的值。汇聚终端包含第二ZigBee自组网模块，第二ZigBee自组网模块与不同集装箱的箱门监测终端的第一ZigBee自组网模块以及第三ZigBee自组网模块采用中继的方式进行状态参数的传输，组成树形网络；第一无线通信模块、第二无线通信模块均为433MHz的无线通信模块；第一ZigBee自组网模块、第二ZigBee自组网模块、第三ZigBee自组网模块均为2.4GHz的ZigBee自组网模块。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术通过混合协议和混合频率，在实现对箱门和箱内状态全覆盖的情况下，将监测终端分布在两种互不干扰的频段、两种协议的网络中工作，一方面大大降低了传统ZigBee网络的节点规模，有效提高系统的响应时间；另一方面大大减小无线通信间的信道抢占和干扰问题，提高通信的可靠性；(2)本专利技术采用绑定操作机制及周期轮询机制，确保只有相互绑定的设备间通信，避免干扰周围监测终端的通信；轮询机制不仅可以解决多个箱内监测终端同时发送数据时引起的通讯干扰问题，还可以在一定程度上降低系统的功耗，延长设备寿命；(3)本专利技术使得当在船运、集装箱堆场等集装箱高密度堆叠，数据通信容易异常，易发生干扰的情况下，可顺利实现对集装箱内环境的全过程监测，同时也适用于单个集装箱运输的监测。附图说明图1为本专利技术系统构成图；图2为本专利技术箱门监测终端总体框图；图3为本专利技术箱内监测终端工作流程图；图4为本专利技术箱门监测终端工作流程图；图5为本专利技术箱门监测终端第一ZigBee自组网模块工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。由于单个ZigBee网络的节点容量有限，箱内、箱外监测终端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合组网的集装箱监测系统，其特征在于，包括箱内监测终端、箱门监测终端以及汇聚终端，箱内监测终端包含第一无线通信模块和传感器，第一无线通信模块采集箱内状态参数，将状态参数发送给箱门监测终端中的第二无线通信模块，每个集装箱箱门上的第二无线通信模块与本集装箱各个箱内监测终端的第一无线通信模块组成星型网络；箱门监测终端包含第二无线通信模块、第一ZigBee自组网模块和门锁监测传感器，箱门监测终端第二无线通信模块与第一ZigBee自组网模块之间可进行数据通信，其中第二无线通信模块接收该集装箱的箱内监测终端上传的状态参数，并将状态参数发送给第一ZigBee自组网模块；第一ZigBee自组网模块将接收到的状态参数上传至汇聚终端，第一ZigBee自组网模块采集集装箱门锁开合参数并将该开合参数发送到汇聚终端；汇聚终端接收并显示不同集装箱的箱门监测终端上传的状态参数和门锁开合参数；箱内监测终端的第一无线通信模块和箱门监测终端内的第二无线通信模块将同一集装箱上的箱内监测终端与箱门监测终端进行组网通信；箱内监测终端的第一无线通信模块将采集的状态参数周期性上传给箱门监测终端的第二无线通信模块，在每个上传周期内，当数据完成传输后，箱内监测终端进入休眠模式。...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合组网的集装箱监测系统，其特征在于，包括箱内监测终端、箱门监测终端以及汇聚终端，箱内监测终端包含第一无线通信模块和传感器，第一无线通信模块采集箱内状态参数，将状态参数发送给箱门监测终端中的第二无线通信模块，每个集装箱箱门上的第二无线通信模块与本集装箱各个箱内监测终端的第一无线通信模块组成星型网络；箱门监测终端包含第二无线通信模块、第一ZigBee自组网模块和门锁监测传感器，箱门监测终端第二无线通信模块与第一ZigBee自组网模块之间可进行数据通信，其中第二无线通信模块接收该集装箱的箱内监测终端上传的状态参数，并将状态参数发送给第一ZigBee自组网模块；第一ZigBee自组网模块将接收到的状态参数上传至汇聚终端，第一ZigBee自组网模块采集集装箱门锁开合参数并将该开合参数发送到汇聚终端；汇聚终端接收并显示不同集装箱的箱门监测终端上传的状态参数和门锁开合参数；箱内监测终端的第一无线通信模块和箱门监测终端内的第二无线通信模块将同一集装箱上的箱内监测终端与箱门监测终端进行组网通信；箱内监测终端的第一无线通信模块将采集的状态参数周期性上传给箱门监测终端的第二无线通信模块，在每个上传周期内，当数据完成传输后，箱内监测终端进入休眠模式。2.根据权利要求1所述的一种基于混合组网的集装箱监测系统，其特征在于，组网通信采用绑定操作机制，实现方式为：箱门监测终端在每个箱内监测终端在加入到本箱门监测终端组建的本集装箱状态监测子网中时，首先向本集装箱的箱门监测终端发送加入请求，箱门监测终端接受请求后，给该箱内监测终端分配唯一的绑定信息，绑定信息包括箱门监测终端的识别号Father_ID和分配给请求加入的箱内监测终端的识别号Local_ID；箱内监测终端收到箱门监
\t测终端的绑定信息后立即向箱门监测终端发送应答信息，箱门监测终端收到应答信息后确认加入成功，将绑定信息加一，等待下一个箱内监测终端的加入请求，确保只有相互绑定的设备间通信。3.根据权利要求1所述的一种基于混合组网的集装箱监测系统，其特征在于：箱内监测终端的第一无线通信模块将采集的状态参数周期性上传给箱门监测终端的第二无线通信模块采用周期轮询机制：箱门监测终端与箱内监测终端所组成的单个集装箱的监测子网通讯中，每个箱内监测终端在收到查询命令后先进行地址核对，只有本集装箱箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清洲，吴垣春，赵洋，王杰，赵荣利，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11