码头堆场冷藏集装箱智能监控系统设计

唐晓勇 黄瑞雪

码头堆场冷藏集装箱（以下简称“冷藏箱”）通常装载水果、药品、冻肉、水产品、奶制品等高价值货物，此类货物对储存温度有较高要求。为了确保箱内货物完好无损，堆场工作人员需要不间断地巡查冷藏箱工作状态，包括箱内温度、冷机工作模式等。码头堆场冷藏箱巡查不仅耗费大量人力和物力，而且存在误查、漏查的情况，在增加码头运营成本的同时还可能产生一定货损风险。我国是全球最大的冷藏箱生产和使用国，也是冷藏箱运输大国，拥有数量庞大的冷藏箱堆场。随着智能时代的到来，以人工操作为主的冷藏箱堆场管理方式亟须改变，冷藏箱智能监控系统应运而生，有效地改善了冷藏箱堆场运营过程中存在的各种问题。本文设计的码头堆场冷藏箱智能监控系统包括冷藏箱管家主机（以下简称“主机”）、冷藏箱管家从机（以下简称“从机”）和后台管理系统，并根据现场实际情况采用不同网络连接方式实现冷藏箱实时监控，有助于提升码头堆场冷藏箱管理效率，加快港口智能化步伐。

1 码头堆场冷藏箱智能监控系统架构

码头堆场冷藏箱智能监控系统由服务器、软件解析程序、主机、从机、冷藏箱等组成。从机通过RS-232串口与冷藏箱冷机进行数据交互，采集数据后通过控制器局域网络（controller area network， CAN）总线将数据发送至主机;主机通过以太网将接收的数据发送至服务器，用户可通过个人计算机（personal computer，PC）或手机实时在线检测设备（见图1）。如果有多个主机，则通过以太网连接到服务器，实现多场景实时智能监控。目前市场上主流的冷藏箱冷机品牌有冷王、开利、大金和Star Cool等，码头堆场冷藏箱智能监控系统必须实现与这四大品牌冷机通信。从机作为直接与冷藏箱冷机交互数据的设备，需要同时具备自动识别功能和数据读取功能。主机和从机都具有蓝牙功能，可以直接通过手机蓝牙设置参数，从而避免现场开盖操作，确保设备稳定性和可靠性。

2 码头堆场冷藏箱智能监控系统设计

2.1 主机设计

主机按照指定的通信协议将从机采集的数据打包发送至平台服务器，也可以通过4G网络将数据发送至阿里云服务器。主机主要功能模块包括：（1）蓝牙通信，主要功能是与手机通信，显示主机参数和从机工作状态，便于现场安装、调试及故障排查;（2）CAN总线通信，按照主机和从机的通信协议收发CAN通信数据;（3）盲区数据存储，当主机与服务器通信异常时，数据存储至闪存芯片，待通信正常后补发至服务器按规范存储;（4）参数配置，设备与手机通过蓝牙连接后，用户可以在手机端修改设备参数，如数据上报时间间隔、设备编号等;（5）以太网通信，设备与服务器按照终端通信协议通过以太网传输数据;（6）发光二极管（light-emitting diode，LED）指示灯，设备共有3路LED指示灯，分别对应工作指示、网络通信指示和CAN通信指示;（7）調试口，为RS-232通信接口，用于配置设备参数、调试设备、打印输出等。

为了保证主机设备的灵活性，主机设计可调的设备参数，存储在设备的闪存芯片中，主要用于网络通信、阿里云消息队列遥测传输服务器连接、上报频率设定等，设备上电时需要通过调试口打印输出对应参数。主机设备参数包括设备编号、数据上报时间间隔、设备上报时间间隔、接入点名称、设备注册码、设备秘钥、盲区存储区参数（包括读地址、写地址、盲区数据总数等）、通信波特率、服务器IP地址（包括以太网通信服务器IP地址、服务器端口号、本机IP地址、子网掩码、网关IP地址等）。

主机发送至服务器的数据见表1，其中：冷机类型指当前从机设备对接的冷机设备品牌，主要包括开利、冷王（MP3000/MP4000）、大金、Star Cool等;冷机工作模式指对应冷藏箱冷机当前工作模式，如除霜、加热、待机、制冷等;冷机供电状态提示冷机是否接入380 V交流电;冷机故障代码指当前冷机工作故障代码。主机指示灯状态说明见表2。

2.2 从机设计

从机主要用于采集冷藏箱冷机相关数据，然后按照指定协议打包发送至主机。主机与从机之间采用CAN通信，从机与冷藏箱冷机之间采用RS-232串行通信，从机与手机之间采用蓝牙通信。从机指示灯状态说明见表3，从机的主要功能如下。

（1）冷机数据采集 从机通过RS-232接口与冷机通信，按照冷机通信协议获取冷机数据，如冷藏箱箱号、故障代码、冷机型号（通过协议区分）、工作模式、送风温度、回风温度、设置温度、380 V电源接入状态等。

（2）蓝牙参数配置 从机通过蓝牙与手机通信，显示主机参数和从机工作状态，并可通过蓝牙配置参数。

（3）CAN通信 从机通过CAN总线与主机通信，向主机发送冷藏箱冷机数据，同时接收来自主机的数据，如应答数据、设备升级数据等。

（4）串口调试 从机调试口采用TTL通信，用于配置设备参数和输出数据信息。

（5）盲区数据存储 当从机与主机通信异常时，从机采集的数据需要存储至闪存芯片中，待与主机通信正常后再将数据补发至主机。从机闪存芯片容量为8 MB，有效容量为1 MB，其中：设备参数存储空间为10 kB，盲区存储数据1 014 kB。按照每条数据存储空间为34 B计算，从机最多可存储条数据。

（6）380 V电源供电检测 冷机接通380 V电源后，通过从机电路板上的特定接口检测其转换电压：正常接电时该接口为高电平，失电时该接口为低电平。

2.3 软件设计

软件系统主要用于堆场冷藏箱管理和监控，主要功能模块（见图2）如下。

（1）监控中心 监控中心主要展示堆场冷藏箱实时信息。某码头堆场冷藏箱智能监控系统监控中心显示的冷藏箱堆场分区排架及冷藏箱分布情况如图3所示：每3排6列为1个排架分组，每个排架分组都有名称（如第1个排架分组的名称为“3E∶01”）;每个方格对应1个冷藏箱，白色方格表示箱位空置，灰色方格表示箱位有冷藏箱但无数据，绿色方格表示冷藏箱数据正常，红色方格表示冷藏箱数据异常;点击方格可查看该箱位冷藏箱详情（见图4）。

（2）堆场管理 堆场管理的主要功能包括场位、分区、贝位和箱位的展示、新增、编辑和删除等。

（3）数据字典 数据字典的主要功能是字典字段的展示、新增、编辑和删除等。

（4）系统管理 系统管理的功能包括查看、增加、编辑、删除和锁定系统用户，查看、增加、编辑和删除系统角色，查询系统部门数据和授予对应的分区操作权限，以及查看、增加、编辑和删除系统菜单等。

3 码头堆场冷藏箱智能监控系统实施应用

3.1 安装方式

冷藏箱智能监控系统安装于码头露天堆场，需要经受风吹、雨淋、日晒，特别是大部分码头位于海边高盐雾区域，空气中的水分对电路板、线缆的腐蚀较强;因此，冷藏箱智能监控系统主机、从机外壳及线缆安装都须严格遵循盐雾区域相关规范要求。冷藏箱堆场通常建有3层或5层框架结构，方便冷藏箱接电和检修。冷藏箱智能监控系统主机和从机安装于该框架结构的横梁上，现场走线采取穿管处理方式（见图5）。

3.2 网络连接

（1）方式一：从机房拉光纤到冷藏箱堆场排架，利用光电转换器实现数据交互（见图6）。

（2）方式二：在机房或办公大楼建立本地基站，冷藏箱堆场现场通过主机连接到中继器，通过中继器实现与本地基站通信（见图7）。

（3）方式三：通过无线网桥实现办公大楼与冷藏箱堆场之间的数据通信（见图8）。

4 结束语

冷藏箱智能监控系统在码头堆场的实施应用为港口码头提供全新的冷藏箱堆场智能管理解决方案，有利于提高码头堆场管理效率，减轻工作人员劳动强度，降低冷藏箱管理成本。目前，该系统已经推广应用至宁波舟山港、钦州港和青岛港，为加快港口智能化步伐作出贡献。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2022-07-12）