基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

冷鏈物流(ColdChainLogistics)泛指冷藏冷凍類(lèi)食品在生產(chǎn)、貯藏運(yùn)輸、銷(xiāo)售，直到消費(fèi)前的各個(gè)環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的低溫環(huán)境下，以保證食品質(zhì)量，減少食品損耗的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。它是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、制冷技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的，是以冷凍工藝學(xué)為基礎(chǔ)、以制冷技術(shù)為手段的低溫物流過(guò)程。

由于易腐食品的時(shí)效性，要求冷鏈能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的低溫環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，保持冷鏈的低溫運(yùn)輸環(huán)境，因此保持低溫環(huán)境是冷鏈系統(tǒng)的核心要求。如果對(duì)溫度的控制不夠準(zhǔn)確的話(huà),將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品一系列品質(zhì)降低。

冷鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從產(chǎn)品被采摘開(kāi)始一直到被銷(xiāo)售出去，都需要參與控制。鏈中的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)出錯(cuò)而使冷鏈斷裂,或是在倉(cāng)庫(kù)的月臺(tái)上，或在運(yùn)輸途中，或在存儲(chǔ)過(guò)程中，或是在零售超市里，都很容易產(chǎn)生問(wèn)題，影響到最終消費(fèi)者的需求。當(dāng)前，我國(guó)的冷鏈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較健全，在生產(chǎn)、貯藏和銷(xiāo)售方面都采取了完善的監(jiān)控措施。但是在運(yùn)輸方面的冷鏈監(jiān)測(cè)較為薄弱，基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈系統(tǒng)使食品在規(guī)定的低溫環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)輸，最大限度保持食品原有的新鮮程度、色澤及營(yíng)養(yǎng),保證食品質(zhì)量安全叫

1冷鏈系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層的通信范圍與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)不同。物流冷鏈系統(tǒng)的感知層是信息采集的最底層，是對(duì)貨物數(shù)據(jù)采集的終端。在感知層運(yùn)用GPS模塊和車(chē)載溫濕度傳感器模塊對(duì)車(chē)輛位置、運(yùn)輸環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行感知和采集。

網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是把感知層感知到數(shù)據(jù)利用處理器單元對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，把相應(yīng)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS射頻收發(fā)模塊遠(yuǎn)距離、可靠的傳輸?shù)椒?wù)器端，使數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入上位機(jī)系統(tǒng)。

應(yīng)用層主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)的處理與分析,通過(guò)Web客戶(hù)端操作界面或手機(jī)客戶(hù)端操作界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理功能。如可以通過(guò)手機(jī)終端設(shè)置設(shè)備的溫度報(bào)警上下限，獲取車(chē)輛位置信息，查看運(yùn)營(yíng)車(chē)輛信息。

根據(jù)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)功能，冷鏈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1冷鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2系統(tǒng)部署

硬件部署

設(shè)備放置在運(yùn)輸車(chē)輛的駕駛室內(nèi)，通過(guò)車(chē)載蓄電池長(zhǎng)期供電，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，溫濕度傳感器通過(guò)5~10m的引線安裝在后備運(yùn)輸車(chē)箱。

軟件部署

VC的C/S系統(tǒng)只需將服務(wù)程序安裝到服務(wù)器，運(yùn)行即可提供服務(wù)。JSP的B/S系統(tǒng)采用Tomcat7.0為Web端和手機(jī)端程序的發(fā)布服務(wù)，服務(wù)器端需要安裝Java虛擬機(jī)平臺(tái),SQL2008數(shù)據(jù)庫(kù)不屬于同一臺(tái)服務(wù)器中。

2硬件的組成和原理

硬件系統(tǒng)負(fù)責(zé)感知層溫濕度和車(chē)輛位置信號(hào)的采集，以及傳輸信息到網(wǎng)絡(luò)層，硬件的組成如圖2所示。

圖2系統(tǒng)下位機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖

放置在運(yùn)輸車(chē)廂中的溫濕度傳感器采集實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)串口把溫濕度傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，同時(shí)GPS模塊會(huì)自動(dòng)輸出車(chē)輛的經(jīng)緯度到單片機(jī)。下位機(jī)硬件設(shè)備將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，主動(dòng)向主機(jī)發(fā)出鏈接請(qǐng)求，此請(qǐng)求通過(guò)設(shè)備內(nèi)部的SIM卡并利用3G網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器IP,然后建立SOCKET握手連接，把采集到的溫濕度信息和車(chē)輛位置信息上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的冷鏈監(jiān)控。

在通信鏈路異常的情況下，提示通信異常警報(bào)，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地SD卡中。待到鏈接正常，下位機(jī)將首先發(fā)送積壓數(shù)據(jù)到上位機(jī)，當(dāng)積壓數(shù)據(jù)全部傳送完畢后，再傳送剛剛監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)。

2.1硬件模塊

(1)系統(tǒng)供電

系統(tǒng)供電環(huán)境是24V車(chē)載蓄電池，系統(tǒng)最大耗電流在2A左右，需要5V和3.3V供電電壓。采用輸入電壓范圍為7~40V、輸出電壓5V、輸出電流最大支持3A的LM2596-5開(kāi)關(guān)電源芯片為一級(jí)電源。5V電壓輸入到AMS1117-3.3芯片作為二級(jí)電源，提供3.3V供電電壓。

(2)數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集終端的溫濕度采集選用AM2302電容式數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器集成了溫度和濕度兩種傳感器，溫度測(cè)量范圍為-40~+80硬件體積小巧，接口簡(jiǎn)單，方便集成和使用。位置信息的采集選用GstarGS-89集成模塊，上電后自動(dòng)捜索衛(wèi)星采集GPS信息，通過(guò)串口將信息送給MCU，傳輸速率4800b/s，衛(wèi)星格式采用GPRMC標(biāo)準(zhǔn)格式。

(3)數(shù)據(jù)處理和傳輸

控制芯片采用宏晶公司的STC12C5A60S2系列，該款芯片集成雙串口，內(nèi)置1KB的擴(kuò)展RAM和60KB的ROM，并提供了1KB的E2PROM和SPI硬件接口，單片機(jī)通過(guò)兩個(gè)串口以及SPI接口和普通的IO口對(duì)溫濕度和位置信息進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)可以在駕駛室內(nèi)的LCD實(shí)時(shí)顯示，駕駛員可以即時(shí)了解運(yùn)輸狀況。

無(wú)線通信模塊采用SIM900B，該模塊內(nèi)置TCP/IP傳輸協(xié)議，下行最大速率8KB，上行最大速率4KB，根據(jù)信號(hào)質(zhì)量和傳輸編碼的自行調(diào)整，最差環(huán)境下速率為1KB。該模塊和MCU采用串口，通過(guò)AT命令進(jìn)行通信，傳輸采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器口。

3系統(tǒng)軟件

C/S服務(wù)器端的軟件模塊主要有車(chē)輛信息管理模塊、任務(wù)信息管理模塊、查詢(xún)功能模塊、短信模塊和通信服務(wù)模塊。

車(chē)輛信息管理模塊負(fù)責(zé)車(chē)輛信息的錄入，車(chē)輛和上位機(jī)設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系錄入，車(chē)輛信息主要包括：駕駛員姓名、駕駛員手機(jī)號(hào)、車(chē)牌、單位名稱(chēng)等。

任務(wù)信息管理模塊把車(chē)輛的每次運(yùn)輸作業(yè)作為任務(wù)處理，車(chē)輛在每次運(yùn)輸作業(yè)之前需首先新建任務(wù)，每輛車(chē)只能在上次任務(wù)結(jié)束后才能新增新的任務(wù)。

查詢(xún)功能模塊通過(guò)對(duì)任務(wù)的查詢(xún)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每次任務(wù)的溫度信息的查詢(xún)。

短信模塊短信設(shè)置完畢后可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信功能，通過(guò)短信貓實(shí)現(xiàn)。

通信服務(wù)模塊完成上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信功能。

B/S客戶(hù)服務(wù)終端的軟件模塊有：權(quán)限管理、任務(wù)管理、GIS跟蹤、溫濕度監(jiān)測(cè)和車(chē)輛管理。用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如：PC機(jī)，手機(jī)等，在任意地點(diǎn)登錄系統(tǒng)B/S的客戶(hù)端。通過(guò)客戶(hù)端用戶(hù)能夠進(jìn)行設(shè)置任務(wù)，對(duì)下位機(jī)探測(cè)器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置叫同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)共享的方式實(shí)現(xiàn)軟件之間的互操作。用戶(hù)使用B/S的客戶(hù)端進(jìn)行日常操作，當(dāng)需要修改硬件參數(shù)時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享由C/S服務(wù)執(zhí)行修改命令，將硬件的參數(shù)進(jìn)行修改。

本系統(tǒng)的軟件運(yùn)行流程圖如圖3所示，軟件啟動(dòng)后，同時(shí)開(kāi)啟下位機(jī)監(jiān)聽(tīng)和短信收發(fā)功能。下位機(jī)監(jiān)聽(tīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)下位連接的響應(yīng)，當(dāng)有下位機(jī)請(qǐng)求連接時(shí)，開(kāi)始接受下位機(jī)數(shù)據(jù)并入庫(kù)。如果當(dāng)前設(shè)備有任務(wù)時(shí)，進(jìn)行溫度異常檢查，異常時(shí)軟件提示異常并給任務(wù)監(jiān)察人員發(fā)送短息提示。當(dāng)任務(wù)錄入完畢后，由任務(wù)管理人員發(fā)送短信通知服務(wù)器任務(wù)開(kāi)始或結(jié)束，開(kāi)始短信格式是：車(chē)牌+“裝貨完畢”；結(jié)束短信的格式是：車(chē)牌+“卸貨完畢”查詢(xún)功能針對(duì)車(chē)輛的任務(wù)進(jìn)行查詢(xún)，查詢(xún)出指定任務(wù)的溫度信息。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)冷鏈物流的溫濕度和運(yùn)送路線信息進(jìn)行采集，在網(wǎng)絡(luò)和信息平臺(tái)上對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析處理，并對(duì)冷鏈物流車(chē)輛信息進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷鏈物流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)輸異常時(shí)通過(guò)短信進(jìn)行警報(bào)，保證了冷鏈物流的連續(xù)性和安全性。

基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息采集終端安裝簡(jiǎn)便，通過(guò)管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)大量的冷鏈車(chē)輛管理，保證食品質(zhì)量安全，降低冷鏈物流損耗，有很好的應(yīng)用前景。

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