1.农资物流监控黑箱系统概述

农资物流监控黑箱系统（Agricultural Logistics Monitoring Black box System，ALMBS）是一个基于计算机技术、无线通信技术、GPS定位技术和传感器技术的农资产品运输在途信息获取、处理、记录、传输的监控系统。ALMBS对运输过程中农资产品的注册信息、运输环境监测信息、位置信息、用户操作等进行连续的黑箱记录，为农资产品的有效配送提供全程监控和信息追溯。整个信息的采集、传输、分析处理和记录过程是对用户透明的。在途运输过程中，运输工作人员可以查看农资产品运输环境分析结果、当前位置等信息，但不能修改。该系统由微型计算机系统和相关软件构成，可以广泛用于多种农资产品运输过程监控，是物联网技术的典型应用。

2.系统结构和功能

ALMBS是一个无线智能监控管理系统，主要面向无线网络传输（GSM/GPRS/Wi-Fi）的农资物流监控管理，在农资产品运输过程中对温度、湿度、含氧量等环境参数变化情况、车辆位置等进行全程的信息采集、分析、传输与记录，为农资产品的有效配送提供全程监控和信息追溯的手段。

（1）ALMBS网络结构

ALMBS主要包括物流监控中心、车载可视化本地监控端（简称本地监控端）、车载监控节点（简称监控节点）和短信报警模块，网络结构如图10.9所示。

图10.9 农资物流监控黑箱系统（ALMBS）网络结构

每辆农资物流运输车辆可配备一个本地监控端和多个监控节点。本地监控端具有GPS定位功能，农资运输车辆的位置信息通过本地监控端的GPS模块提供并记录到本地监控端，该车的位置信息和在途状态就是这一批货物的共同状态信息。本地监控端软件负责通过GPRS发送数据给物流监控中心，或通过GSM发送信息给农资产品供应商和物流企业相关负责人。

每辆农资物流货运车辆所配备的多个监控节点适用于农资物流运输环境信息的采集、传输、记录和超限报警。各个监控节点通过无线Wi-Fi通信方式与本地监控端进行通信和数据传输。

正常情况下，本地监控端可以通过GPRS向物流监控中心上传环境参数信息（如温度、湿度和含氧量等）和位置信息（如运输车辆的经纬度等），通过设定的环境参数限值（如温度、湿度、含氧量上下限）以及运输路线进行动态判断是否出现异常。本地监控端和监控节点一旦监测到环境参数超出设定范围，就自动进行系统报警，并可同时通过短信方式向设定的用户或物流监控中心发送报警信息。短信功能对于没有监控中心的中小型物流企业是一个理想的选择。物流监控中心根据本地监控端上传的位置信息判断运输路线的正确性，如果路线错误或者需要临时根据道路交通状况调整运输路线，物流监控中心可通过GPRS/GSM向本地监控端和农资物流运输人员发送路线调整指令。这样就实现了农资产品运输过程的全程监控。

（2）本地组网结构

ALMBS中本地监控端和各监控节点应用了组网技术中的星形网络拓扑结构（见图10.10），使多个监控节点和单个本地监控端进行双向无线通信，保证了数据信息的实时传输。

将多个监控节点放置在农资运输车辆的不同位置，监控节点周期性采集数据，并通过Wi-Fi方式将环境参数（如温度、湿度、含氧量等）数据信息传输至本地监控端，由本地监控端软件提取接收到的环境信息，进行处理后实时地显示在监控界面上，并进行历史数据记录。

图10.10 农资物流监控黑箱系统的星形网络拓扑结构

在星形网络中，本地监控端须同时能够与多个监控节点的任意一个或多个进行双向通信；系统采用了以1个char（8位）类型的字节来编制网络中各设备的地址：由于多个监控节点同时工作，故用位0～位7分别对应监控节点MN1～MN256，其中本地监控端自带的GPS占用一个地址。

（3）系统功能结构

ALMBS的本地监控端和监控节点部署在农资产品运输的车辆中，本地监控端可通过GPRS与物流监控中心互联，也可通过GSM短信的方式将农资产品的物流信息发送给农资产品供应商和物流企业相关负责人。系统框架如图10.11所示。

图10.11 农资物流监控黑箱系统框架

为了实现环境监控与定位的功能，系统网络中的各类设备需要相互通信、协调合作。监控节点利用自带的传感器周期性地监测运输环境参数，并向本地监控端发送环境监测数据，在屏幕上实时显示环境监测信息以供现场操作；本地监控端接收来自监控节点的数据，通过本地监控端软件或物流监控中心，集中对农资运输在途信息进行监控。ALMBS信息交互如图10.12所示。

图10.12 农资物流监控黑箱系统信息交互

1）监控节点。监控节点为低功耗的无线传感器节点，具有数据采集、数据处理和数据存储的能力。该节点可以从本地监控端获取农资产品的注册信息（如农资产品的种类、数量等）和车辆位置信息，并实时采集运输环境参数（如温度、湿度、含氧量等）。所有这些信息都可设定存储在监控节点。

由于不同的农资产品对运输环境的要求各不相同，物流监管人员可以实现运输环境报警限值的设置。运输环境报警限值设置的方式有两种：一是通过本地监控端的监控软件自主设定环境报警限值等系统参数，并向各监控节点发送报警设置指令；二是由物流监控中心发送报警限值设置给本地监控端，再由本地监控端向各个监控节点发送报警限值设置指令。一旦运输环境的报警限值设定完毕，运输人员在运输过程中只能查看而无权做任何修改。如在运输过程中运输环境出现异常，监控节点将自动蜂鸣报警。

根据监控节点的应用需求，监控节点包括可两种应用模式：单点模式和互联模式。

①单点模式。当处于单点模式时，监控节点部署在物流运输车辆车厢中，各监控节点独立工作，实现农资产品的注册信息和运输环境信息的本地存储，并不与本地监控端配合使用。

在进行农资产品运输前，物流监管人员启动监控节点，根据产品的需求通过本地监控端对监控节点设置环境参数报警限值。在设置完毕后，物流监管人员将监控节点部署在物流车辆中，监控节点开始周期性采集存储运输环境的参数，一旦出现异常情况则蜂鸣报警。车辆运输人员可以根据报警提示，使用监控节点自带键盘查询异常的环境参数，并对运输环境做出调整（如调整运输车辆的温度等）。在运输结束时，关闭监控节点。

单点模式下监控节点的工作流程如图10.13所示。

图10.13 单点模式下监控节点的工作流程

②联网模式。当处于联网模式时，监控节点不仅可以实现农资产品运输环境信息的本地存储，还将通过Wi-Fi的无线通信方式将信息传输给本地监控端。本地监控端的用户（运输人员）可以根据自身的需要实时查询运输环境的信息。

在开始农资产品运输前，物流监管人员启动监控节点，根据产品需求通过本地监控端进行环境参数报警限值的设置、监控节点从本地监控端获取联网工作时的网络地址并设置数据传输模式。在设置完毕后，物流监管人员将本地监控端和监控节点部署在物流车辆中，监控节点开始周期性采集并存储运输环境的参数，并根据数据传输模式周期性地将数据发送给本地监控端。一旦监测到异常情况，本地监控端将自动报警。运输人员可以根据本地监控端的报警提示，通过本地监控端查询异常的环境参数，并对运输环境做出调整（如调整运输车辆的温度等）。在运输结束时，关闭监控节点。

联网模式下监控节点的工作流程如图10.14所示。

图10.14 联网模式下监控节点的工作流程

在单点模式或联网模式下，监控节点的主要功能如下：

●数据采集功能：通过监控节点自带的传感器对温度、湿度、含氧量等进行监测。

●数据处理功能：对传感器监测的环境数据进行分析，可进行超限报警；可接收本地监控端下发的指令，如量程与限值设置指令等。

●数据存储功能：对监测到的运输环境数据进行本地存储。

●黑箱日志功能：所有对监控节点的用户设置和操作行为、监控节点监测到的运输环

境数据、监控节点从本地监控端接收到的指令信息等都可以被记录在本地，并不能

被任何人员修改，可实现农资产品在途信息的可追溯管理。

●无线通信功能：支持Wi-Fi无线通信，通过Wi-Fi将运输环境数据传送给本地监控

端，接收来自本地监控端的信息。

●参数查看功能：运输人员可以通过监控节点自带的键盘和屏幕查看运输环境参数。

2）本地监控端。本地监控端是可视化的车载终端。一方面，它可以通过Wi-Fi无线通信方式从监控节点获取农资产品的环境参数信息，将自带的GPS获取的位置信息传输给监控节点；另一方面，它也可以通过GPRS/GSM将其所获取的信息传输至物流监控中心、农资产品供应商和物流企业。

本地监控端的主要功能如下：

●运输监控功能：接收监控节点的农资产品环境信息（如温度、湿度、含氧量等），

实时显示并进行存储（可根据需求设置农资产品在途信息的存储时间）；通过GPRS

接收物流监控中心发出的运输环境报警限值设置指令、路线调整等指令。(www.daowen.com)

●用户权限管理：本地监控端作为ALMBS中的黑匣子，其用户根据其权限可分为系

统用户（物流监管人员）和普通用户（运输人员）。系统用户作为系统的管理人

员，可以通过本地监控软件实现时间同步或自主设定起始运行时间、写入农资产品

的注册信息，设置运输环境报警限值和数据传输模式。普通用户仅具有查看权限，

此类用户可以通过本地监控端实时查看农资产品的各类信息，并实时接收物流监控

中心发送过来的指令，但无权对本地监控端的信息做任何修改。

●参数设置功能：仅由物流监管人员通过本地监控端软件自主设定环境参数的报警限

值（如农资产品运输的温度范围等），并传输给监控节点。一旦设置完成，在运输

过程中不可修改。本地监控端报警信息的传输方式有两种：GSM方式，本地监控端

软件自动将报警信息通过短信的方式发送给农资产品供应商和物流企业；GPRS方

式，本地监控端采用GPRS方式连接至因特网，通过因特网将报警信息发送给物流

监控中心。

●报警功能：如果农资产品出现运输环境及位置的异常，本地监控端软件将自动报

警，并通过GPRS向物流监控中心，或通过GSM向农资产品供应商和物流企业相关

责任人发出警告。同时本地监控端软件具有预警功能，即当环境参数监测结果与报

警限值接近时，本地监控端软件将向运输人员发出预警信息。

●黑箱日志功能：所有对本地监控端的用户设置、操作行为（如环境参数限值设置）

和农资产品在途信息（如农资产品的注册信息、运输环境参数信息、位置信息等）

都可以被记录在本地监控端，并且不能被任何人员修改，可实现农资产品在途信息

的可追溯管理。

●时间同步功能：在本地监控端软件上，可通过网络与物流监控中心进行时间同步，

也可自主设定起始运行时间，以便记录事件发生的实时时间。

●GPS地图定位功能：本地监控端带有GPS芯片，可实现实时经纬度定位，以便物流

监控中心监测农资运输车辆的行驶路线并进行路线调整。

●网络通信功能：本地监控端与监控节点通过Wi-Fi通信，本地监控端与物流监控中心

通过GPRS/GSM方式通信。

●用户界面：实现与用户的交互，包括数据显示，用户指令的接收等。

3）物流监控中心。物流监控中心作为整个ALMBS的监控者，负责对接收到的数据进行处理、分析、统计、显示、存储，并根据用户的需要对运输网络中所有农资物流产品的运输状态进行查询、监控等。物流监控中心可采用专用的服务器，配备相关的操作系统和相关的应用软件。

物流监控中心系统的相关功能如下：

●数据处理功能：接收本地监控端的信息，包括农资产品的在途信息（如温度、含氧

量、经纬度等）；对接收到的数据进行分析、统计、显示等处理。

●控制指令下发处理功能：如路线调整指令，环境参数报警限值设置指令等。

●数据存储功能：用于存储数据（如农资物品物流的相关信息），提供历史数据查询

统计，存储系统农资物流状态动态数据等。

●网络通信：支持GPRS/GSM等无线通信方式。

●用户界面：负责与用户的交互，包括数据显示，用户指令的下发等。

3.系统设计

（1）监控节点

基于Wi-Fi技术的低功耗监控节点是以低功耗嵌入式模块为核心的多通道数据采集与信息传输系统，硬件选用微功耗器件，要求具有数据采集、存储和无线网络通信等功能。

监控节点由主板（包含SoC、传感器扩展板）和外围扩展（包括LCD、键盘等）构成。系统框架如图10.15所示。

图10.15 监控节点系统框架

（2）本地监控端

本地监控端可以与监控节点和物流监控中心进行数据通信。

（3）物流监控中心

物流监控中心可配备服务器来实现，应具有以下（硬件）模块：

1）通信网关：负责接收GPRS无线通信数据，如温湿度、含氧量、位置信息数据，并接收并转发来自代理的指令，如车辆定位、参数设置等。

2）代理服务器：负责分析处理前端数据，如报警分析、农资物品产品注册、控制指令下发处理。

3）数据库服务器：存储业务系统动态数据等。

4）Web服务器：负责B/S模式的业务管理功能实现。

5）应用服务器：负责对数据库数据的操作访问控制。