本發(fā)明涉及物流運輸質量控制技術領域,尤其涉及一種基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀及其運行方法。
背景技術:
目前隨著國內互聯(lián)網購物的迅猛發(fā)展,物流行業(yè)也呈現高速增長趨勢,物流運輸企業(yè)的規(guī)模與管理水平也需要進一步提高,貨物的運輸質量就成為物流企業(yè)關注的焦點和評判的標準。據調查,在運輸過程有52%的貨物損壞是由環(huán)境因素引起的,其中溫度、濕度、振動和沖擊因素占到了45%。因此在貨物運輸過程中安裝狀態(tài)監(jiān)測儀一方面能夠測量加速度和溫濕度值,并在達到設定條件時給予相應的提醒;另一方面能夠記錄運輸過程的狀態(tài)信息,以發(fā)現產品破損失效的原因、評價道路的嚴酷程度。這樣物流運輸企業(yè)可以針對不同的貨物、不同嚴酷程度的道路進行科學的包裝設計,以達到貨物適度和安全運輸的要求。
目前國外運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的代表產品有:(1)美國LANSMONT公司生產的SAVER系列振動記錄儀,內置MEMS三軸加速度傳感器,尺寸為127mm*124mm*43mm,測量范圍200g,16位采樣分辨率,最高采樣率5000Hz,內存大小128MB,USB數據接口。(2)瑞士SOLVE公司生產的g-log系列振動記錄儀,其大小為145mm*80mm*29mm,加速度測量范圍70g,最高采樣率2000Hz,內存大小4MB,配有RS232和USB通訊接口。這些產品主要用于監(jiān)測、記錄振動和沖擊事件,對于溫度、濕度、位置等其他運輸狀態(tài)則沒有監(jiān)測或僅提供了外部測量接口,而且由于產品只配備了USB等有線數據接口,導致監(jiān)測儀的適用性和數據實時性難以保證。
近年來,國內許多科研院所和企業(yè)正著手研制功能更強、適用性更高的運輸狀態(tài)記錄儀。其中一項新技術中公布了一款安裝有顯示屏、微型打印機和無線通訊模塊的沖擊記錄儀,該產品能夠隨時顯示和打印沖擊記錄,而且使用特制手持接收機能夠實時獲取運輸過程中的沖擊記錄并實現聲光報警。
以上產品功能強大,但數據輸出一般通過USB接口或微型打印機的方式,可操作性不強。少數產品使用無線通訊方式實現了運輸狀態(tài)的實時監(jiān)測,但隨之帶來的是必須使用專用手持設備和耗電量進一步提高等問題。
技術實現要素:
(一)要解決的技術問題
本發(fā)明提供一種基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀及其運行方法,以解決現有運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的數據輸出方式可操作性不強以及耗電量高的問題。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題,本發(fā)明提供了一種基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀,包括電源管理組件、傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件,其中,所述電源管理組件分別與所述傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件電連接并為其供電,
所述傳感器組件包括加速傳感器以及溫濕度傳感器,
所述低功耗微控制器與所述加速傳感器、溫濕度傳感器、近場通訊組件、存儲芯片分別電連接,所述低功耗微控制器內置有底層驅動模塊,所述底層驅動模塊能夠控制低功耗微控制器與加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片和近場通訊組件進行數據交換,所述底層驅動模塊還能控制低功耗微控制器工作狀態(tài)的切換。
進一步地,所述電源管理模塊包括穩(wěn)壓芯片以及電池管理芯片,
所述穩(wěn)壓芯片將電壓轉化為傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片、底層驅動芯片以及近場通訊組件的適宜電壓;
所述電池管理芯片用于連接可充電電池以及外部電源。
進一步地,所述加速傳感器是MEMS三軸加速傳感器,所述溫濕度傳感器是MEMS溫濕度傳感器。
進一步地,還包括可充電電池,所述可充電電池與電源管理芯片連接,所述可充電電池能夠通過所述電源管理芯片充電,所述可充電電池也能夠作為監(jiān)測儀的供能源。
進一步地,所述低功耗微控制器與所述可充電電池連接,并能夠檢測可充電電池的電壓。
作為本發(fā)明的另一方面,本發(fā)明提供一種基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的運行方法,底層驅動模塊包括系統(tǒng)初始化和引導模塊,事件監(jiān)測中斷服務模塊、近場通訊組件中斷服務模塊以及實時時鐘模塊;
監(jiān)測儀開機過程:監(jiān)測儀系統(tǒng)啟動,系統(tǒng)初始化和引導模塊引導傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件初始化成功,進而開啟低功耗微控制器全局中斷、使能加速度傳感器和近場通訊組件中斷輸出后,低功耗微控制器進入待機模式,等待外部中斷的喚醒;
監(jiān)測儀加速中斷記錄過程:加速傳感器檢測到事件發(fā)生后,產生中斷信號控制事件監(jiān)測中斷服務模塊啟動,事件監(jiān)測中斷服務模塊控制低功耗微控制器啟動接收加速傳感器傳輸的加速度值、溫濕度傳感器傳輸的溫度和濕度值以及實時時鐘模塊的時間值并記錄在存儲芯片內,信息更新完成后,事件監(jiān)測中斷服務模塊關閉,低功耗微控制器進入待機模式并等待下次活動事件的觸發(fā);
監(jiān)測儀的通訊組件中斷服務過程:近場通訊組件檢測到射頻場且與移動端有數據交換時,近場通訊組件產生中斷信號控制近場通訊組件中斷服務模塊開啟,近場通訊組件中斷服務模塊喚醒低功耗微控制器,低功耗微控制器從待機模式進入工作模式,低功耗微控制器解析外部指令,低功耗微控制器完成外部指令后重新進入待機模式并等待下次通訊事件的觸發(fā)。
進一步地,所述監(jiān)測儀開機過程還包括檢測傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件初始化是否成功的步驟:
系統(tǒng)初始化和引導模塊讀取加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片以及近場通訊組件的芯片內部寄存器驗證芯片連接是否正常,若連接失敗,向近場通訊組件緩存中寫入“初始化失敗”的標識符;
若連接成功則按照默認設置對加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片以及近場通訊組件的芯片內部寄存器進行配置以完成初始化,并向近場通訊組件緩存中寫入“初始化成功”的標識符。
進一步地,所述監(jiān)測儀加速中斷記錄過程還包括檢測采樣時間是否達到預定采樣時間的步驟:
事件監(jiān)測中斷服務模塊判斷本次事件已采樣時間是否達到用戶設定的預定采樣時間,若采樣時間未達到,則繼續(xù)讀取加速度值并存入低功耗微控制器的事件緩存模塊,當緩存數據量達到程序預定值時,低功耗微控制器的事件緩存模塊的數據將被轉存入存儲芯片中,并再次判斷采樣時間是否完成;
若采樣時間已完成,則本次活動事件的記錄信息更新完成。
進一步地,所述監(jiān)測儀的通訊組件中斷服務過程還包括判斷低功耗微控制器是否解析指令成功的步驟:
讀取近場通訊組件的芯片上的相應寄存器判斷是否成功解析到外部命令,若未解析到命令則通訊組件中斷服務模塊停止工作,低功耗微控制器重新進入待機模式;
若解析到外部命令則按照命令內容執(zhí)行相應的程序流程,最后在各命令執(zhí)行完成后,低功耗微控制器會控制近場通訊組件發(fā)送“命令執(zhí)行完成”的回應,再退出中斷服務模塊進入待機模式,等待下次通訊事件的觸發(fā)。
進一步地,預定采樣時間、當前實時時鐘模塊的時間值和活動檢測閾值能夠通過低功耗微控制器、近場通訊組件接收到移動端的設定值進行更改。
(三)有益效果
本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明提供的基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀及其運行方法,監(jiān)測儀使用低功耗微控制器、加速度和溫濕度傳感器、近場通訊組件以及大容量存儲芯片部件設計完成,它能夠監(jiān)測和記錄貨物在運輸過程中的加速度、溫濕度等狀態(tài)信息,并通過被動式的近場通訊方式與手機等移動端進行數據交互,這樣移動端可使用定制軟件獲取儀器信息和已存入的事件記錄,且能夠對活動閾值、采樣率和當前時間等儀器參數進行設置。本發(fā)明基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀體積小、重量輕、續(xù)航長、數據交互方便快捷,可廣泛應用于物流、運輸行業(yè)。
除了上面所描述的本發(fā)明解決的技術問題、構成的技術方案的技術特征以及有這些技術方案的技術特征所帶來的優(yōu)點之外,本發(fā)明的其他技術特征及這些技術特征帶來的優(yōu)點,將結合附圖作出進一步說明。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的電路框圖;
圖2是本發(fā)明實施例基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的運行方法的監(jiān)測儀開機過程的流程圖;
圖3是本發(fā)明實施例基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的運行方法的監(jiān)測儀加速中斷記錄過程的流程圖;
圖4是本發(fā)明實施例基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的運行方法的監(jiān)測儀的通訊組件中斷服務過程的流程圖。
圖中:1:電源管理組件,11:穩(wěn)壓芯片,12:電源管理芯片;21:加速傳感器,22:溫濕度傳感器;3:存儲芯片;4:近場通訊組件;5:移動端;6:可充電電池;7:外部電源;8:低功耗微控制器,9:測量控制組件。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
在本發(fā)明的描述中,需要說明的是,除非另有明確的規(guī)定和限定,術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
此外,在本發(fā)明的描述中,除非另有說明,“多個”、“多根”、“多組”的含義是兩個或兩個以上,“若干個”、“若干根”、“若干組”的含義是一個或一個以上。
如圖1所示,本發(fā)明實施例提供的基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀,包括電源管理組件1和測量控制組件9,其中測量控制組件9包括傳感器組件、低功耗微控制器8、存儲芯片3以及近場通訊組件4,其中,所述電源管理組件1分別與所述傳感器組件、低功耗微控制器8、存儲芯片3、以及近場通訊組件4電連接,并將電壓轉化為傳感器組件、低功耗微控制器8、存儲芯片3以及近場通訊組件4的適宜電壓;所述傳感器組件包括加速傳感器21以及溫濕度傳感器22,所述低功耗微控制器8與所述加速傳感器21、溫濕度傳感器22、近場通訊組件4、存儲芯片3分別電連接,所述低功耗微控制器8內置有底層驅動模塊,所述底層驅動模塊用于控制低功耗微控制器與加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片以及近場通訊組件的數據交換,并能控制低功耗微控制器的工作流程切換。
具體而言,底層驅動模塊能夠驅動低功耗微控制器8控制加速傳感器21和溫濕度傳感器22并能接收所述加速傳感器21和溫濕度傳感器22的傳輸數據,進而將傳輸數據存入所述存儲芯片3內,所述低功耗微控制器8能夠與所述近場通訊組件4進行數據交換,使移動端接收到近場通訊組件4的數據傳輸,方便的查看監(jiān)測儀的檢測狀態(tài)以及數據;同時低功耗微控制器8可以解析近場通訊組件4發(fā)送的指令,執(zhí)行對應的操作。低功耗微控制器的工作流程切換指的是低功耗微控制器控制整個監(jiān)測儀的開機以及從待機狀態(tài)到工作狀態(tài)的切換,其中工作狀態(tài)包括了低功耗微控制器的活動事件的觸發(fā)以及通訊事件的觸發(fā)兩個狀態(tài)。
本實施例基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的近場通訊組件4是一種基于射頻技術的低功耗無線數據通訊芯片以及天線組成的組件,其可以與移動端上的定制軟件匹配,并實現二者之間的數據交互,也即近場通訊組件4是監(jiān)測儀其他部件與手機等移動端5進行數據交互的橋梁。圖1中,移動端5與近場通訊組件4之間的雙向箭頭,表示移動端與近場通訊組件4之間可以實現數據調制成射頻信號發(fā)射以及將射頻信號解調成數據。
加速傳感器21負責實時監(jiān)測設備當前加速度值,并根據用戶設定閾值判斷事件的發(fā)生與否。溫濕度傳感器22用于測量當前環(huán)境中的溫度和濕度值。存儲芯片是監(jiān)測儀的數據存儲單元,能夠在微控制器的控制下寫入或讀取事件記錄。其中,圖1中,加速傳感器21指向低功耗微控制器8的箭頭表示觸發(fā)/喚醒,低功耗微控制器8指向加速傳感器21的箭頭表示控制/讀取,低功耗微控制器8指向溫濕度傳感器22的箭頭表示控制/讀取。
低功耗微控制器8是監(jiān)測儀的控制調度中心,它既能夠控制和讀取傳感器組件,并根據事件觸發(fā)信號將事件記錄寫入存儲芯片,又能與近場通訊組件進行數據交換,并根據解析到的外部指令,執(zhí)行對應的操作。圖1中,低功耗微控制器8與近場通訊組件4之間的雙向箭頭表示的是讀取指令/寫入數據。
底層驅動模塊主要用于控制微控制器8完成與各個硬件模塊之間的數據交換和工作流程切換,底層驅動模塊由系統(tǒng)初始化和引導模塊、事件監(jiān)測中斷服務模塊以及近場通訊組件中斷服務模塊三部分組成,其中,系統(tǒng)初始化和引導模塊負責在監(jiān)測儀上電后,完成對微控制器、傳感器組件、存儲芯片、近場通訊等硬件模塊的初始化、功能配置以及系統(tǒng)自檢。事件監(jiān)測中斷服務模塊負責在加速度傳感器檢測到活動事件發(fā)生后,喚醒微控制器,并讀取一定采樣時間內的加速度、溫濕度和時間信息存入存儲芯片。近場通訊組件中斷服務模塊在監(jiān)測儀檢測到射頻場且與移動端有數據交換時,負責喚醒微控制器,解析外部指令并按照命令內容執(zhí)行相應的流程。
如圖1示意性的顯示了,所述電源管理模塊1包括穩(wěn)壓芯片11以及電池管理芯片12,所述電池管理芯片12用于連接可充電電池6以及外部電源7??梢岳斫獾氖请娫垂芾砟K使用電池管理和穩(wěn)壓芯片,負責將外部輸入電源或內置電池電壓調理至設備所需電壓。
作為一種可選實施例,所述加速傳感器是MEMS三軸加速傳感器,所述溫濕度傳感器是MEMS溫濕度傳感器。
所述監(jiān)測儀還包括可充電電池6,所述可充電電池與電源管理芯片12連接,所述低功耗微控制器8與所述可充電電池6連接,并能夠檢測可充電電池的電壓。圖1中顯示了電源管理芯片12與可充電電池6之間存在雙向的關系,也即,在外部電源7正常通電的情況下可以為可充電電池6充電,在外部電源7斷電時,可充電電池6可為電池管理芯片12供電,進而為監(jiān)測儀內其他設備供能。
可充電電池內置在監(jiān)測儀內,方便了電池的攜帶以及在外部電源突然切斷時,可充電電池可以為監(jiān)測儀功能,避免了由于外部電源的切斷而導致監(jiān)測儀工作中斷問題的發(fā)生。
本發(fā)明實施例還提供了上述近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)檢測儀的運行方法,其中,底層驅動模塊上還設置有實時時鐘模塊。
近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀的運行方法具體如下:
監(jiān)測儀開機過程:監(jiān)測儀系統(tǒng)啟動,系統(tǒng)初始化和引導模塊引導傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件初始化成功,開啟低功耗微控制器全局中斷、使能加速度傳感器和近場通訊組件中斷后,低功耗微控制器進入待機模式,等待外部中斷的喚醒。
監(jiān)測儀加速中斷記錄過程:加速傳感器檢測到事件發(fā)生后,也即加速傳感器檢測到事件超過了預先設定的活動檢測閾值(此處指的是加速度大于設定值)則產生中斷信號控制事件監(jiān)測中斷服務模塊啟動,事件監(jiān)測中斷服務模塊控制低功耗微控制器啟動接收加速傳感器傳輸的加速度值、溫濕度傳感器傳輸的溫度和濕度值以及實時時鐘模塊的時間值并記錄在存儲芯片內,信息更新完成,事件監(jiān)測中斷服務模塊關閉,低功耗微控制器進入待機模式并等待下次活動事件的觸發(fā)。
監(jiān)測儀的通訊組件中斷服務過程:近場通訊組件檢測到射頻場且與移動端有數據交換時,近場通訊組件產生中斷信號控制近場通訊組件中斷服務模塊開啟,近場通訊組件中斷服務模塊喚醒低功耗微控制器,低功耗微控制器從待機模式進入工作模式,低功耗微控制器解析外部指令,低功耗微控制器完成外部指令后重新進入待機模式并等待下次通訊事件的觸發(fā)。
如圖2所示,所述監(jiān)測儀開機過程還包括檢測傳感器組件、低功耗微控制器、存儲芯片以及近場通訊組件初始化成功的步驟:
系統(tǒng)初始化和引導模塊讀取加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片以及近場通訊組件的芯片內部ID寄存器驗證芯片連接是否正常,若連接失敗,向近場通訊組件緩存中寫入“初始化失敗”的標識符;
若連接成功則按照默認設置對加速傳感器、溫濕度傳感器、存儲芯片以及近場通訊組件的芯片內部寄存器進行配置以完成初始化,并向近場通訊組件緩存中寫入“初始化成功”的標識符。
如圖3所示,所述監(jiān)測儀加速中斷記錄過程還包括檢測采樣時間是否達到采樣時間的步驟:
事件監(jiān)測中斷服務模塊判斷本次事件已采樣時間是否達到用戶設定值,若采樣時間未達到,則繼續(xù)讀取加速度值存入低功耗微控制器的事件緩存模塊,當緩存數據量達到程序預定值時,低功耗微控制器的事件緩存模塊的數據將被轉存入存儲芯片中,并再次判斷采樣時間是否完成;
若采樣時間已完成,則本次活動事件的記錄信息更新完成。
如圖4所示,所述監(jiān)測儀的通訊組件中斷服務過程還包括判斷低功耗微控制器是否解析指令成功的步驟:
讀取近場通訊組件的芯片上的相應寄存器判斷是否成功解析到外部命令,若未解析到命令則通訊組件中斷服務模塊停止工作,低功耗微控制器重新進入待機模式;
若解析到外部命令則按照命令內容執(zhí)行相應的程序流程,最后在各命令執(zhí)行完成后,低功耗微控制器會控制近場通訊組件發(fā)送“命令執(zhí)行完成”的回應,再退出中斷服務模塊進入待機模式,等待下次通訊事件的觸發(fā)。
作為一種可選方案,加速度傳感器留有編程接口,用戶可根據使用需求通過低功耗微控制器、近場通訊組件接收到移動端的設定值,隨時更改預定采樣時間、和活動檢測閾值等參數;同時當前實時時鐘模塊的時間值也可以通過移動端進行初始設定,以校準實時時鐘模塊時間的準確性。
本發(fā)明實施例提供的基于近場通訊的便攜式運輸狀態(tài)監(jiān)測儀實際應用的過程為:打開移動端應用軟件后,程序會主動獲取近場通訊模組件適配器,檢測移動端是否含有近場通訊功能模塊。若沒有此功能,程序會向移動端推送“該設備不支持近場通訊”的信息;若有此功能程序會繼續(xù)檢測移動端的近場通訊功能模塊是否開啟,如模塊未開啟則跳轉至移動端功能設置界面,等待用戶打開該模塊。在開啟移動端近場通訊功能后,程序就進入了指令設置界面。在該界面下,程序會主動獲取監(jiān)測儀的設備信息,如設備類型、設備編號、電池電量和總記錄次數等狀態(tài)信息,并顯示在屏幕上供用戶查閱。同時在該界面下,后臺會不斷檢測是否有命令按鍵被按下,如沒有則繼續(xù)等待;若有按鍵被觸發(fā),程序即會執(zhí)行按鍵對應的命令,如開始/停止采集、參數設置/讀取、數據讀取/保存等。然后檢測命令是否被成功執(zhí)行,如執(zhí)行成功,程序會推送“命令執(zhí)行成功”的信息;如執(zhí)行失敗,則會推送“命令執(zhí)行失敗”的信息。最后在當前命令執(zhí)行完成后,程序會返回指令設置界面,等待新的命令觸發(fā)。
最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案,而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。