基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流監(jiān)測系統(tǒng)設計

潘金珠　王興元　朱效剛　潘業(yè)成

摘 要：針對運輸方面較為薄弱的冷鏈物流監(jiān)測環(huán)節(jié)，利用無線傳感器網(wǎng)絡，設計了一種冷鏈物流監(jiān)測系統(tǒng)。該方法能夠通過溫濕度傳感器和GPS，來對冷鏈物流系統(tǒng)運輸環(huán)境的溫濕度進行實時監(jiān)測，并對運輸路線進行實時跟蹤，以掌握冷鏈運輸關鍵的溫濕度和運營車輛信息，確保冷鏈運輸?shù)某掷m(xù)性和高效性，加強食品安全保障力度。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；冷鏈物流；溫濕度傳感器；GPS

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）09-0020-02

0 引 言

冷鏈物流（Cold Chain Logistics）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[1，2]。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[3]。

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[4]。

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[5]。

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?，使?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。

1.2 系統(tǒng)部署

（1） 硬件部署

設備放置在運輸車輛的駕駛室內，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5～10 m的引線安裝在后備運輸車箱。

（2） 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Tomcat 7.0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。

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[6]。

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24 V車載蓄電池，系統(tǒng)最大耗電流在2 A左右，需要5 V和3.3 V供電電壓。采用輸入電壓范圍為7～40 V、輸出電壓5 V 、輸出電流最大支持3 A的LM2596-5開關電源芯片為一級電源。5 V電壓輸入到AMS1117-3.3芯片作為二級電源，提供3.3 V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Gstar GS-89集成模塊，上電后自動搜索衛(wèi)星采集GPS信息，通過串口將信息送給MCU，傳輸速率4 800 b/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，內置1 KB的擴展RAM和60 KB的ROM，并提供了1 KB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，該模塊內置TCP/IP傳輸協(xié)議，下行最大速率8 KB，上行最大速率4 KB，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1 KB。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[7]。

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[8]。

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。

參考文獻

[1]周蓉.物聯(lián)網(wǎng)技術在食品冷鏈物流中的應用參考模型 [D].北京：北京交通大學，2012.

[2]駱大偉.冷鏈物流發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術分析[J].物流科技，2011 （12）：116-118.

[3]蘭洪杰，康彪.食品冷鏈物流系統(tǒng)要素分析[J].物流技術，2010 （21）：22-25.

[4]秦立公，吳嬌，董津津，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的冷鏈物流設備管控研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2012 （18）：376-379.

[5]王曉娟.冷鏈設備無線監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊的設計與實現(xiàn) [D].青島：中國海洋大學，2007.

[6]鄭萬溪，黃元慶，張鑫，等.基于GPRS通信技術的遠程檢測系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008（2）：88-90.

[7]王靖宇.B/S架構物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [D].天津：天津大學，2012.

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[8]。

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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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[8]。

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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