专利名称：�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鞯闹谱鞣椒�
技术领域：
本实用新型涉及一种在线信息测试和记录的装置，具体地说，涉及的是在货物流通、运输领域，实时在线监测、记录货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)的状态追踪记录器。
背景技术：
随着物流企业的快速发展和覆盖区域的普及，通过物流公司进行货物配送或物品传递已成为许多企业和个人的首选。但随之而来的货物运输安全问题和纠纷也日益突出。目前物流公司的一般货物运输方式是在收到物件后，进行包装、贴单，通过扫描分拣，然后按不同地域安排同一物流公司的各个分站或不同物流公司一级一级进行配送。对货物在运输过程中是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)，货主和物流公司都无从得知。货物一旦遭受损坏，在原因追查和责任认定方面也的缺乏依据。经过对现有技术的检索发现，中国文献名称为“大型货物运输绑扎安全监测系统研究”，该文献提出一种大件货物运输绑扎安全监测系统，整个系统包括硬件系统和软件系统，利用加速度传感器、倾角传感器、张力传感器、光电编码器对大件货物运输过程中货物的加速度、倾角、锁具张力、速度进行采集处理。该系统的不足在于:该装置必须进行即时的数据传输，无法进行数据存储；传感器及其信号调理单元没有采用模块化设计技术，使用不方便，且不具有通用性；另外该装置开发成本较高。经过对现有技术的检索发现，中国专利名称为“一种货物实时跟踪系统”，公告号为CN202120310U，该专利提出在货柜或卡车设置监控系统，在货物上贴上电子标签；监控系统通过无线通信网络将货物的状态信息发送给监控系统数据库；监控系统数据库再将信息通过互联网传输给计算机。该系统的不足在于:只能对位置进行跟踪，无法监测货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)，因此在货物运输过程中，如果由这些因素导致的货物损坏或丢失，该系统无法为物件损坏或丢失的原因追查和责任认定提供足够法律依据。经过对现有技术的检索发现，中国专利名称为“一种货物运输安全监测器”，公告号为CN2663932Y，该专利提出了一种货物运输安全监测器，包括有单片机、芯片存储器、USB接口、温度传感器、湿度传感器以及加速度传感器和时钟/日历芯片。该系统可以对物流包装件的加速度、温度、湿度进行监测并记录在存储器中，然后通过对系统所记录数据的读�。范ㄋ鸹翟�。该系统的不足在于:针对易碎珍等贵物品，无法测量压力、振动冲击、倾斜角度等信息；无法监测物品包装是否被非法打开过；另外有关传感器及其信号调理单元没有采用�？榛杓萍际酰褂檬蔽薹ǜ莶煌跷锏木咛寮嗖庑枨蠼醒≡裥耘渲茫ㄓ嗖獾脑睾啥韵蟆€兄捣段А⒉杉德实炔问贾赂孟低巢痪哂型ㄓ眯院捅憬菪�。总之，以往的货物运输状态监测追踪系统存在着这样或那样的不足，有些方面亟需提高或改善。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计�。以解决现有货物运输状态监测追踪装置成本高、无法进行数据存储、无法根据不同货物的具体监测需求进行选择性配置、无法监测物品包裹是否被打开过的技术问题。为了实现以上目的，一种�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎ㄎ⒖刂破�、供电设备、至少一种传感器、以及设置在被监控货物上的用以监测所述货物是否被打开过及打开持续时间的监控设备，微控制器分别连接供电设备、传感器和监控设备，并且，所述微控制器进一步还包括控制子单元、存储器、模数转换�？楹屯ㄑ督涌冢刂谱拥ピ直鹆哟娲⑵�、模数转换模块和通讯接口。较佳地，监控设备包括分别设置在被监控货物两端的至少两个反射式红外对管及光敏电阻。较佳地，所述传感器包括数字式温湿度传感器。较佳地，所述传感器包括压力传感器。较佳地，所述传感器包括三维加速度传感器。较佳地，本记录器还包括用以实现运送过程中时间记录的实时时钟芯片，其连接微控制器。S卩，本实用新型的技术方案是提供一种用于监测流通过程中包裹内物件安全并记录其异常状态信息的装置。其特征在于能实时监测物件在运送过程中所承受的温度、湿度、压力、振动冲击、倾斜等环境载荷信息以及是否被打开过的状态信息，并在环境载荷信息超过设定阈值时启动记录器记录所承受的实际载荷和时间信息。进一步的，�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳌０ㄎ⒖刂破�、存储器、模数转换�？椤⑹敝有酒�、通讯接口、有关传感器�？�(包括温度、湿度、光照、压力、振动冲击、角度等)、可充电电池及配备的上位机�？椤＝徊降模⒖刂破饔靡允迪终鱿低车目刂疲ǹ刂颇Ｊ荒？椤⒖刂拼衅�、控制时钟芯片、读写存储器、与上位机进行通信等。进一步的，存储器用于记录超过阈值的载荷作用、载荷值的具体大小、发生的时间以及持续时间信息。进一步的，实时时钟芯片用以实现运送过程中时间的记录。进一步的，通讯接口是微控制器与上位机之间的连接接口。进一步的，有关传感器及其信号调理单元进一步包括采用低成本的光敏电阻、反射式红外对管、Sensirion公司的SHT系列数字温湿度传感器、超薄型电阻式压力传感器、三维加速度传感器。光敏电阻和反射式红外对管用以监测物品是否被打开过。Sensirion公司的SHT系列数字温湿度传感器可同时监测温度和湿度信息，范围和精度可根据需要选配。Interlink Electronics公司的FSR系列超薄型电阻式压力传感器具有重量轻,体积�。胁饩雀叩奶氐�。三维加速传感器用于测量三个正交方向的加速度，以此来监测振动冲击及倾角，可以根据监测需求，选择合适的量程和精度。进一步的，有关传感器及其信号调理单元用以监测货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)。[0022]进一步的，有关传感器及其信号调理单元采用�？榛杓坪图杉际酰褂檬笨筛莶煌跷锏募嗖庑枨笥蒙衔换？榻醒≡裥耘渲�。进一步的，可充电电池用以对整个系统供电。进一步的，上位机�？椋赏üㄑ督涌诙韵低辰谐跏蓟渲茫ㄏ低吵跏蓟⑸柚糜嗖獾脑睾啥韵�、阈值范围、采集频率等参数。货物验收时可通过上位机模块读取记录的信息，依次说明物件在运输过程中是否遭受超过阈值的载荷作用、载荷值的具体大小、发生的时间以及持续时间信息，为物件损坏的原因追查和责任认定提供法律依据。相对于现有技术，本实用新型的有益效果是:1、能够实时在线监测、记录货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)。2、综合采用光敏电阻和反射式红外对管监测货物是否被非法打开过，并记录下打开的时间及持续时间信息。3、有关传感器及其信号调理单元采用�？榛杓坪图杉际酰褂檬笨筛莶煌跷锏募嗖庑枨笥蒙衔换？榻醒≡裥耘渲茫ㄉ柚糜嗖獾脑睾啥韵�、阈值范围、采集频率等参数。4、采用低成本、低功耗的传感器，采用德州仪器公司超低功耗MSP430系列单片机作为微控制器，使本装置的具有功耗低、成本低的特点。
图1为本实用新型模块化货物运输状态监测追踪记录器的一种实施例架构图；图2为本实用新型�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鞯慕峁故疽馔迹煌�3为本实用新型通讯接口与上位机连接电路图；图4为本实用新型时钟芯片连接电路图；图5为本实用新型光敏电阻和反射式红外对管的安装示意图；图6为本实用新型SHT系列数字式温湿度传感器连接电路图；图7为本实用新型三维加速度传感器连接电路图。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本实用新型。请参见图1，其为本实用新型�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鞯囊恢质凳├芄雇�。其包括�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计�1、上位机�？�2。�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鱅可以有多个，每个有唯一标识，上位机模块2可以只有一个，实现监控多个的功效。模块化货物运输状态监测追踪记录器I用于实时监测物件在运送过程中所承受的温度、湿度、压力、振动冲击、倾斜等环境载荷信息以及是否被打开过的状态信息，并在环境载荷信息超过设定阈值时启动记录器记录所承受的实际载荷和时间信息。上位机�？�2用于通过通讯接口对系统进行初始化配置，如系统初始化、设置欲监测的载荷对象、阈值范围、采集频率等参数。货物验收时可通过上位机�？�2读取记录的信息，以此说明物件在运输过程中是否遭受超过阈值的载荷作用、载荷值的具体大小、发生的时间以及持续时间信息。请参见图2，其为本实用新型�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鞯慕峁故疽馔�。其特征是有关传感器及其信号调理单元采用�？榛杓坪图杉际酰褂檬笨筛莶煌跷锏募嗖庑枨蠼醒≡裥耘渲谩Ｄ？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鱅包括微控制器3、时钟芯片7、光敏电阻8、反射式红外对管9、数字式温湿度传感器10、压力传感器11、三维加速度传感器12。传感器除了上述几种，还可以根据具体的需求进行额外的增设。微控制器3优选德州仪器公司的超低功耗单片机MSP430F449芯片，其除了控制子单元之外，还包括存储器4、模数转换�？�5、通讯接口 6。微控制器3工作模式供电电流典型值低达420μ�。凸哪Ｊ降缌鞲窍灾档停畹臀�0.ΙμΑ。其所具有的超低功耗特点使之特别适用于电池供电设备。微控制器3用于实现整个系统的控制，包括控制读写存储器4、控制模数转换�？�
5、通过通讯接口 6与上位机�？�2进行通信、控制时钟芯片7、控制传感器8、控制传感器9、数字式温湿度传感器10、压力传感器11、三维加速度传感器12等。存储器4为MSP430F449芯片集成的FLASH存储器，用于记录超过阈值的载荷作用、载荷值的具体大小、发生的时间以及持续时间信息。当货物遭受超过阈值的载荷作用时，微控制器3会将此载荷作用、载荷值的大小、发生的时间以及持续时间信息写入存储器4中。当客户收到货物后，可以通过上位机�？�2读取存储器4中的信息，以确定货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)。模数转换�？�5集成于MSP430F449芯片中，其具有12位的转换精度，转换速度高达200k，用于实现模拟量到数字量的转换。模数转换�？�5用于采集压力传感器11、三维加速度传感器12的模拟信息。通讯接口 6通过TTL转232芯片将TTL电平转换为RS232电平后与PC机的上位机�？�2进行通信。TTL转232芯片优选MAX232芯片(请结合参见图3)。此种通信方式具有方便简单、成本低的特点。时钟芯片7优选DS1302芯片(请结合参见图4)，用于提供精确时间。当货物遭受超过阈值的载荷作用时，微控制器3此刻将时钟芯片7提供的精确时间写入存储器4中；当货物状态恢复时(载荷作用小于阈值)，微控制器3会将状态恢复时时钟芯片7提供的精确时间写入存储器4中，从而完成了记录超过阈值的载荷的发生时间及持续时间信息。请参见图5，其为本实用新型光敏电阻和反射式红外对管的安装示意图。这种安装仅是一种举例说明，并非用于局限于本发明。光敏电阻8与反射式红外对管9用于监测货物是否被打开过，及打开的持续时间信息。光敏电阻8与微控制器3集成的模拟比较器连接，以开关量输出。反射式红外对管9直接与微控制器3的I/O 口连接。在图5中，分别采用两个光敏电阻8、两个反射式红外对管9监测包装件的顶部和底部是否被打开。当包装件没有打开时，包装件的顶部和底部可以分别作为两个反射式红外对管9的反射面，此时反射式红外对管9能够接收到自己发射的红外，从而反射式红外对管9输出低电平，另外，光敏电阻8此时监测不到光照；当顶部或底部被打开时，导致对应的反射式红外对管9没有了反射面，此时反射式红外对管9无法接收到自己发射的红外，从而会输出高电平，另外光敏电阻8此时可能监测到光照，它的输出电平发生变化。综合考虑各种环境情况以及为了保证不会漏检，当两个光敏电阻8或两个反射式红外对管9，共四个传感器中的一个输出发生变化时，即认为监测到包装件被打开。此时微控制器3会将包装件被打开的信息和时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4，从而记录了包装件被打开及打开的时间。当包装件顶部及底部都重新处于关闭时，微控制器3会再次将时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4，从而记录了包装件被打开的持续时间信息。 数字式温湿度传感器10，选用Sensirion公司的SHT系列数字式温湿度传感器，其具体选型可以根据范围和精度选配，其具有功耗低、体积小、接口简单、抗干扰力强等特点，非常符合本实用新型的设计。这里以选用SHTlO芯片为例(请结合参见图6)。根据监测需要，选择合适的阈值。当货物的环境温度或湿度超过设置的阈值时，微控制器3会将温度信息或湿度信息连同时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。当货物的环境温度或湿度重新低于设置的阈值时，微控制器3会再次将时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。从而记录了货物超过阈值的温湿度、温湿度的具体大小、发生的时间以及持续时间信息。压力传感器11，选用Interlink Electronics公司生产的FSR系列超薄型电阻式压力传感器，其具有重量轻，体积�。胁饩雀叩奶氐悖浅７媳臼涤眯滦偷纳杓�。压力传感器11优选FSR400电阻式压力传感器，其量程为Og至10kg，根据监测需要，设置合适的阈值。当货物遭受的压力超过设置的阈值时，微控制器3会将压力信息连同时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。当货物遭受的压力重新低于设置的阈值时，微控制器3会再次将时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。从而记录了货物超过阈值的压力、压力的具体大小、发生的时间以及持续时间信息。三维加速度 传感器12优选MMA7361芯片(请结合参见图7)，其用于检测三个相互正交方向的加速度，它的输出为三路模拟量，它的输出端与微控制器3集成的模数转换�？�5连接。三维加速度传感器12用于监测振动冲击以及倾角信息。根据监测需要，设置合适的量程、精度、阈值。①监测振动冲击，由于货物在运输过程中收到的冲击方向是随机的，因此对三个正交方向的加速度求2的范数，并通过设定阈值来进行振动冲击的监测。计算振动冲击幅度的公式如下:S= iyf X ^ -4- Y - + 2"**当振动冲击超过阈值时，微控制器3会将振动冲击信息连同时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。从而记录了货物超过阈值的振动冲击、振动冲击的具体大小、发生的时间。②监测倾角，通过重力在三维加速度传感器12输出端Z轴方向上分量的大小来计算货物的重力加速度方向相对于Z轴方向的角度，并通过设置阈值进行判断。倾角计算公式为 ZΘ = aixcos —
Ig其中，Θ为倾角，Z为Z轴方向的加速度分量。当倾角超过阈值时，微控制器3会将倾角信息连同时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。当倾角重新低于阈值时，微控制器3会再次将时钟芯片7提供的时间信息写入存储器4。从而记录了货物超过阈值的倾角、倾角的具体大小、发生的时间以及持续时间信
肩、O 虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。
权利要求1.一种�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢ㄎ⒖刂破�、供电设备、至少一种传感器、以及设置在被监控货物上的用以监测所述货物是否被打开过及打开持续时间的监控设备，微控制器分别连接供电设备、传感器和监控设备，并且，所述微控制器进一步还包括控制子单元、存储器、模数转换模块和通讯接口，控制子单元分别连接存储器、模数转换�？楹屯ㄑ督涌凇�
2.如权利要求1所述的�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢嗫厣璞赴ǚ直鹕柚迷诒患嗫鼗跷锪蕉说闹辽倭礁龇瓷涫胶焱舛怨芗肮饷舻缱�。
3.如权利要求1或2所述的�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢龃衅靼ㄊ质轿率却衅�。
4.如权利要求1或2所述的�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢龃衅靼ㄑ沽Υ衅鳌�
5.如权利要求1或2所述的�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢龃衅靼ㄈ铀俣却衅鳌�
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7.如权利要求1或2所述的�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎涮卣髟谟冢拱ㄓ胛⒖刂破髁拥纳衔换？椤�
专利摘要一种�？榛跷镌耸渥刺嗖庾纷偌锹计鳎ㄎ⒖刂破�、供电设备、至少一种传感器、以及设置在被监控货物上的用以监测所述货物是否被打开过及打开持续时间的监控设备，微控制器分别连接供电设备、传感器和监控设备，并且，所述微控制器进一步还包括控制子单元、存储器、模数转换�？楹屯ㄑ督涌冢刂谱拥ピ直鹆哟娲⑵�、模数转换�？楹屯ㄑ督涌�。本实用新型可以在货物流通、运输领域，实时在线监测、记录货物是否遭受超过允许范围的恶劣环境条件(温、湿度)和作业条件(振动冲击、倾斜、非法打开)的状态追踪记录器。
文档编号G01D9/00GK202994187SQ201220366618
公开日2013年6月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年5月8日
发明者陈佳欣, 吉小军, 吴英俊, 范彦平 申请人:上海交通大学
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