基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流監(jiān)測系統(tǒng)設計
引言
冷鏈物流(ColdChainLogistics)泛指冷藏冷凍類食品在生產(chǎn)、貯藏運輸、銷售,直到消費前的各個環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的低溫環(huán)境下,以保證食品質量,減少食品損耗的一項系統(tǒng)工程。它是隨著科學技術的進步、制冷技術的發(fā)展而建立起來的,是以冷凍工藝學為基礎、以制冷技術為手段的低溫物流過程。
由于易腐食品的時效性,要求冷鏈能夠進行實時的低溫環(huán)境監(jiān)測功能,保持冷鏈的低溫運輸環(huán)境,因此保持低溫環(huán)境是冷鏈系統(tǒng)的核心要求。如果對溫度的控制不夠準確的話,將會導致產(chǎn)品一系列品質降低。
冷鏈的每一個環(huán)節(jié),從產(chǎn)品被采摘開始一直到被銷售出去,都需要參與控制。鏈中的每個環(huán)節(jié)都會出錯而使冷鏈斷裂,或是在倉庫的月臺上,或在運輸途中,或在存儲過程中,或是在零售超市里,都很容易產(chǎn)生問題,影響到最終消費者的需求。當前,我國的冷鏈監(jiān)測系統(tǒng)比較健全,在生產(chǎn)、貯藏和銷售方面都采取了完善的監(jiān)控措施。但是在運輸方面的冷鏈監(jiān)測較為薄弱,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)境下進行運輸,最大限度保持食品原有的新鮮程度、色澤及營養(yǎng),保證食品質量安全叫
1冷鏈系統(tǒng)整體設計
1.1系統(tǒng)結構
物聯(lián)網(wǎng)結構可分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。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,是對貨物數(shù)據(jù)采集的終端。在感知層運用GPS模塊和車載溫濕度傳感器模塊對車輛位置、運輸環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)進行感知和采集。
網(wǎng)絡層的主要功能是把感知層感知到數(shù)據(jù)利用處理器單元對數(shù)據(jù)分析處理,把相應數(shù)據(jù)通過GPRS射頻收發(fā)模塊遠距離、可靠的傳輸?shù)椒掌鞫耍箶?shù)據(jù)通過網(wǎng)絡進入上位機系統(tǒng)。
應用層主要是對網(wǎng)絡層發(fā)送過來的數(shù)據(jù)的處理與分析,通過Web客戶端操作界面或手機客戶端操作界面,實現(xiàn)對結點的遠程監(jiān)控和管理功能。如可以通過手機終端設置設備的溫度報警上下限,獲取車輛位置信息,查看運營車輛信息。
根據(jù)感知層、網(wǎng)絡層和應用層的實現(xiàn)功能,冷鏈系統(tǒng)的結構圖如圖1所示。
圖1冷鏈系統(tǒng)結構
1.2系統(tǒng)部署
硬件部署
設備放置在運輸車輛的駕駛室內(nèi),通過車載蓄電池長期供電,實現(xiàn)24小時的實時在線監(jiān)控,溫濕度傳感器通過5~10m的引線安裝在后備運輸車箱。
軟件部署
VC的C/S系統(tǒng)只需將服務程序安裝到服務器,運行即可提供服務。JSP的B/S系統(tǒng)采用Tomcat7.0為Web端和手機端程序的發(fā)布服務,服務器端需要安裝Java虛擬機平臺,SQL2008數(shù)據(jù)庫不屬于同一臺服務器中。
2硬件的組成和原理
硬件系統(tǒng)負責感知層溫濕度和車輛位置信號的采集,以及傳輸信息到網(wǎng)絡層,硬件的組成如圖2所示。
圖2系統(tǒng)下位機的硬件結構圖
放置在運輸車廂中的溫濕度傳感器采集實時的溫濕度數(shù)據(jù),通過串口把溫濕度傳輸?shù)絾纹瑱C,同時GPS模塊會自動輸出車輛的經(jīng)緯度到單片機。下位機硬件設備將數(shù)據(jù)準備好后,主動向主機發(fā)出鏈接請求,此請求通過設備內(nèi)部的SIM卡并利用3G網(wǎng)絡訪問服務器IP,然后建立SOCKET握手連接,把采集到的溫濕度信息和車輛位置信息上傳到遠程服務器,從而實現(xiàn)實時的冷鏈監(jiān)控。
在通信鏈路異常的情況下,提示通信異常警報,并把相應的數(shù)據(jù)存儲到本地SD卡中。待到鏈接正常,下位機將首先發(fā)送積壓數(shù)據(jù)到上位機,當積壓數(shù)據(jù)全部傳送完畢后,再傳送剛剛監(jiān)測到的數(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開關電源芯片為一級電源。5V電壓輸入到AMS1117-3.3芯片作為二級電源,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,溫度測量范圍為-40~+80硬件體積小巧,接口簡單,方便集成和使用。位置信息的采集選用GstarGS-89集成模塊,上電后自動捜索衛(wèi)星采集GPS信息,通過串口將信息送給MCU,傳輸速率4800b/s,衛(wèi)星格式采用GPRMC標準格式。
(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的擴展RAM和60KB的ROM,并提供了1KB的E2PROM和SPI硬件接口,單片機通過兩個串口以及SPI接口和普通的IO口對溫濕度和位置信息進行處理。數(shù)據(jù)可以在駕駛室內(nèi)的LCD實時顯示,駕駛員可以即時了解運輸狀況。
無線通信模塊采用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)信號質量和傳輸編碼的自行調整,最差環(huán)境下速率為1KB。該模塊和MCU采用串口,通過AT命令進行通信,傳輸采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務器口。
3系統(tǒng)軟件
C/S服務器端的軟件模塊主要有車輛信息管理模塊、任務信息管理模塊、查詢功能模塊、短信模塊和通信服務模塊。
車輛信息管理模塊負責車輛信息的錄入,車輛和上位機設備對應關系錄入,車輛信息主要包括:駕駛員姓名、駕駛員手機號、車牌、單位名稱等。
任務信息管理模塊把車輛的每次運輸作業(yè)作為任務處理,車輛在每次運輸作業(yè)之前需首先新建任務,每輛車只能在上次任務結束后才能新增新的任務。
查詢功能模塊通過對任務的查詢,實現(xiàn)對每次任務的溫度信息的查詢。
短信模塊短信設置完畢后可以實現(xiàn)收發(fā)短信功能,通過短信貓實現(xiàn)。
通信服務模塊完成上位機和下位機之間的通信功能。
B/S客戶服務終端的軟件模塊有:權限管理、任務管理、GIS跟蹤、溫濕度監(jiān)測和車輛管理。用戶可以通過網(wǎng)絡設備,如:PC機,手機等,在任意地點登錄系統(tǒng)B/S的客戶端。通過客戶端用戶能夠進行設置任務,對下位機探測器的參數(shù)進行設置叫同時系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)共享的方式實現(xiàn)軟件之間的互操作。用戶使用B/S的客戶端進行日常操作,當需要修改硬件參數(shù)時,通過數(shù)據(jù)共享由C/S服務執(zhí)行修改命令,將硬件的參數(shù)進行修改。
本系統(tǒng)的軟件運行流程圖如圖3所示,軟件啟動后,同時開啟下位機監(jiān)聽和短信收發(fā)功能。下位機監(jiān)聽實現(xiàn)對下位連接的響應,當有下位機請求連接時,開始接受下位機數(shù)據(jù)并入庫。如果當前設備有任務時,進行溫度異常檢查,異常時軟件提示異常并給任務監(jiān)察人員發(fā)送短息提示。當任務錄入完畢后,由任務管理人員發(fā)送短信通知服務器任務開始或結束,開始短信格式是:車牌+“裝貨完畢”;結束短信的格式是:車牌+“卸貨完畢”查詢功能針對車輛的任務進行查詢,查詢出指定任務的溫度信息。
4結語
本系統(tǒng)通過對冷鏈物流的溫濕度和運送路線信息進行采集,在網(wǎng)絡和信息平臺上對采集到的信息進行分析處理,并對冷鏈物流車輛信息進行管理,實現(xiàn)了對冷鏈物流的實時監(jiān)測,當出現(xiàn)運輸異常時通過短信進行警報,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)測系統(tǒng)的信息采集終端安裝簡便,通過管理平臺可以實現(xiàn)大量的冷鏈車輛管理,保證食品質量安全,降低冷鏈物流損耗,有很好的應用前景。
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