港口集装箱管控系统信息感知硬件关键技术

摘要

在我国，港口是作为进出口贸易的主要通道，港口物流贸易量占据着接近进出口总贸易量90％的比例。在过去的二十年里，我国的港口物流业取得了长足的发展和显著的进步。2013年由国外权威杂志Cargo Systems评选出的世界百大港口中，我国的包括香港港在内的10个港口榜上有名。然而，作为港口物流核心的集装箱运输在港口运输的过程中，由于技术落后和效率低下，使得我国的港口物流业经济效益不明显，国际竞争力较弱。随着感知识别技术和互联网产业的迅速发展，以无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)为核心的物联网技术备受人们关注，在国民经济的各个行业中都得到了广泛的应用。本文将无线传感器技术与射频识别技术(RFID)相结合，形成了一种WSID(Wireless SensorIdentification)技术。在实地考察了连云港港口集团堆场现场的基础上，设计并开发了一种港口集装箱管控系统信息感知关键技术，本课题工作内容主要包括以下这几方面:
　　通过对现有的物流运输系统的分析，论述了结合无线传感器网络技术的港口集装箱管控系统信息感知技术的优越性，并设计出一种应用于集装箱定位的WSID标签。该标签用于集装箱的定位以及防盗，对货物信息以及震动信息进行处理、存储后通过433MHz频段WSID网络将数据传送给WSID基站，通过与WSID基站连接的PC，最终将数据传输给本地监控终端。
　　根据对港口集装箱管控系统信息感知关键技术的分析，设计并完成了以ATmega128L为核心处理器的移动机载GPS/WSID信息采集节点、移动机载GPS/WSID信息处理传输节点、WSID节点、WSID网关、WSID中继节点以及WSID基站的硬件部分。编写组成节点的各单元的测试程序，并对各节点进行功能测试。
　　在对各个节点的各单元测试和节点功能调试的基础上对测试结果进行分析、归纳、总结，并介绍了可靠性的相关知识，对本设计的硬件可靠性进行了简单分析。最后，将该系统应用于连云港港口集团的堆场，结合本项目组负责本地监控终端的同学所做的软件，进行系统测试，并验证所设计的硬件节点运行的有效性和可靠性。
　　本课题设计的集装箱管控系统信息感知关键硬件技术，在现有的港口物流管理的基础上，构建了一个智能化的集装箱运输管理调度的平台。WSID标签的设计，进一步延伸了信息监控触角，使得港口监控信息更加全面。同时，本研究成果还可以应用于精细农业、智能家居以及智能交通系统等各种监控场合。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

缩略词

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景及意义

1．2 国内外应用及研究现状

1．3 本课题主要研究内容

1．4 本文组织架构

第二章 港口集装箱管控系统信息感知总体方案

2．1 港口集装箱管控系统概述

2．2 港口集装箱管控系统信息感知总体架构

2．3 港口集装箱管控系统信息感知硬件设计性能指标

2．4 本章小结

第三章 港口集装箱管控系统信息感知硬件设计

3．1 WSID标签硬件设计

3．1．1 微处理器单元设计

3．1．2 无线通信单元设计

3．1．3 加速度传感器单元设计

3．1．4 电源管理单元设计

3．2 移动机载GPS／WSID信息采集节点硬件设计

3．2．1 GPS定位单元电路设计

3．2．2 电源管理单元设计

3．3 移动机载GPS／WSID信息处理传输节点硬件设计

3．3．1 GPRS传输单元电路设计

3．3．2 电源管理单元设计

3．4 WSID节点、WSID网关、WSID中继节点硬件设计

3．5 WSID基站硬件设计

3．6 本章小结

第四章 硬件测试与分析

4．1 硬件测试的软件环境架构搭建

4．1．1 Ultra Edit代码编辑工具

4．1．2 AVR Studio4仿真开发环境

4．1．3 WINAVR软件开发环境

4．2 WSID标签测试

4．2．1 无线通信单元CC1000测试

4．2．2 加速度传感器单元测试

4．2．3 太阳能充电单元测试

4．2．4 WSID标签功能测试

4．3 移动机载GPS／WSID信息采集节点的测试

4．3．1 GPS定位单元测试

4．3．2 电源管理单元测试

4．3．3 移动机载GPS／WSID信息采集节点功能测试

4．4 移动机载GPS／WSID信息处理传输节点测试

4．4．1 GPRS传输单元测试

4．4．2 电源管理单元测试

4．4．3 移动机载GPS／WSID信息处理传输节点功能测试

4．5 WSID节点／WSID网关／WSID中继节点测试

4．6 WSID基站测试

4．6．1 WSID基站功能测试

4．7 本章小结

第五章 硬件设计可靠性分析和系统测试

5．1 硬件设计可靠性分析

5．1．1 硬件设计可靠性介绍

5．1．2 硬件设计可靠性特征量

5．1．3 港口集装箱信息管控系统信息感知硬件可靠性分析

5．2 系统测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要成果与结论

6．2 本文的不足之处

6．3 前景展望

致谢

参考文献

作者简介