基于射頻識(shí)別的林藥多功能包裝設(shè)計(jì)

高 雪，張群利，汪紫陽(yáng)，游素珍

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150040)

在林下經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，林藥以森林健康為前提和開(kāi)發(fā)條件，具有鮮明的自然屬性和生態(tài)品質(zhì)優(yōu)勢(shì)，是最具林業(yè)特色的林下經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式［1-3］。從林木中提取的生物活性物質(zhì)制成的藥品或保健藥品等，對(duì)運(yùn)輸方式及貯存環(huán)境的要求較高，其在倉(cāng)儲(chǔ)或運(yùn)輸過(guò)程中所處的環(huán)境都會(huì)影響其實(shí)際保質(zhì)期［4-9］。目前，通過(guò)藥品包裝上的藥品生產(chǎn)日期/有效期等信息可以獲知藥品的保質(zhì)期或變質(zhì)時(shí)間，然而，這種方法所判斷的變質(zhì)時(shí)間并不準(zhǔn)確，與實(shí)際結(jié)果往往存在差異，由此也會(huì)帶來(lái)各種后患。本設(shè)計(jì)提供了一種基于射頻識(shí)別的林藥包裝裝置和藥品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以期解決目前通過(guò)藥品包裝上的藥品生產(chǎn)日期/有效期獲知藥品變質(zhì)時(shí)間的方法所獲變質(zhì)時(shí)間不準(zhǔn)確的問(wèn)題［10-13］。

1 材料與方法

1．1 材料及儀器設(shè)備

材料:1 000mAh 523450 3．7V聚合物鋰電池，珠海中順新能源科技有限公司;STC89C52單片機(jī)，STC公司;2．4G無(wú)線模塊，杭州飛拓電子科技有限公司;GPS模塊組、TP4056 1A鋰電池專(zhuān)用充電板、K60FX 15核心板、51最小系統(tǒng)板、DS18B20 TO-92溫度傳感器、DHT11溫濕度傳感和1．44 inch TFT LCD均由深圳市展恒安科技有限公司提供。

儀器設(shè)備:HWS-250B恒溫恒濕培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1．2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法

本設(shè)計(jì)提供了一種基于射頻識(shí)別的林藥包裝裝置，包括包裝主體，藥品包裝裝置還包括設(shè)置在包裝主體上的控制處理部分;其中，控制處理部分包括第一電路板和第二電路板;第一電路板用于檢測(cè)包裝主體周?chē)h(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)通過(guò)2．4G無(wú)線通訊方式發(fā)送給第二電路板;第二電路板用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算包裝主體內(nèi)的藥品的變質(zhì)時(shí)間，以顯示該變質(zhì)時(shí)間，設(shè)計(jì)路線如圖1所示，具體實(shí)施如圖2所示。

圖2 林藥多功能包裝設(shè)計(jì)實(shí)施圖Fig．2 Design component diagram of multi-function forest medicine packaging

1．2．1 第一電路板設(shè)計(jì)

第一電路板122包括第一單片機(jī)122-1、溫度傳感器122-2、濕度傳感器122-3、第一2．4G無(wú)線通訊模塊122-4、存儲(chǔ)模塊122-5、時(shí)鐘122-6以及用于向第一單片機(jī)、溫度傳感器、濕度傳感器、第一2．4G無(wú)線通訊模塊、存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘供電的第一電池122-7，其中，第一單片機(jī)連接溫度傳感器與濕度傳感器，溫度傳感器與濕度傳感器分別連接存儲(chǔ)模塊，時(shí)鐘和存儲(chǔ)模塊分別連接第一2．4G無(wú)線通訊模塊，第一2．4G無(wú)線通訊模塊與第一單片機(jī)相連。其中，存儲(chǔ)模塊122-5采用電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)實(shí)現(xiàn)，第一電路板設(shè)計(jì)如圖3(a)所示。

1．2．2 第二電路板設(shè)計(jì)

第二電路板124包括第二單片機(jī)124-1、第二2．4G無(wú)線通訊模塊124-2、定位通訊模塊124-3、顯示屏124-4以及用于向第二單片機(jī)、第二2．4G無(wú)線通訊模塊、定位通訊模塊和顯示屏供電的第二電池124-5，其中，第二單片機(jī)連接顯示屏、定位模塊以及第二2．4G無(wú)線通訊模塊。顯示屏124-4采用LCD顯示屏、定位通訊模塊124-3采用GPS模塊實(shí)現(xiàn)，第二電路板設(shè)計(jì)如圖3(b)所示。

圖3 林藥多功能包裝電路板設(shè)計(jì)示意圖Fig．3 Design schematic diagram of multi-function forest medicine packaging circuit board

1．2．3 林藥多功能包裝實(shí)施方法

基于射頻識(shí)別的林藥多功能包裝裝置100包括包裝主體110和控制處理部分120。包裝主體110可以是紙盒、塑料袋等藥品包裝外殼，用來(lái)盛放并包裝藥品?？刂铺幚聿糠?20設(shè)置于包裝主體110上?？刂铺幚聿糠?20包括第一電路板122和第二電路板124，如圖3(a)或圖3(b)所示。第一電路板122和第二電路板124之間能夠通過(guò)2．4G無(wú)線通訊方式進(jìn)行無(wú)線通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)傳輸?shù)取５谝浑娐钒?22用于檢測(cè)包裝主體110周?chē)h(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)通過(guò)2．4G無(wú)線通訊方式發(fā)送給第二電路板124。第二電路板124用于根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算包裝主體110內(nèi)的藥品的變質(zhì)時(shí)間，以顯示該變質(zhì)時(shí)間。

根據(jù)第一種實(shí)現(xiàn)方式，如圖2(b)所示，第一電路板122可以設(shè)置在包裝主體110內(nèi)部。在這種情況下，第一電路板122和第二電路板124是分離設(shè)置的，也就是說(shuō)，第一電路板122設(shè)置在包裝主體110內(nèi)部，而第二電路板124設(shè)置在包裝主體110的外表面上。第一電路板122所檢測(cè)到的環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)較為接近藥品所處環(huán)境的溫度和濕度，進(jìn)而第二電路板124根據(jù)該溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)所計(jì)算得到的變質(zhì)時(shí)間也就更為準(zhǔn)確。第二電路板124設(shè)置外包裝主體110外表面，能夠方便使用者查看其顯示屏上顯示的內(nèi)容，諸如藥品的變質(zhì)時(shí)間等。根據(jù)第二種實(shí)現(xiàn)方式，如圖2(c)所示，第一電路板122可以設(shè)置在包裝主體110外部。在這種情況下，第一電路板122和第一電路板124可以一體化設(shè)置并一起封裝成一個(gè)可拆卸的控制處理部分120。在使用時(shí)，可以將控制處理部分120安裝(例如無(wú)損粘接)在包裝主體110的外表面上，而在需要更換或不需要控制處理部分120的情況下將其從包裝主體110上拆除即可。這樣，對(duì)于一些成本較高的包裝盒或包裝袋等包裝主體，當(dāng)其上的控制處理部分120發(fā)生故障需要更換或其他原因需要拆除控制處理部分120時(shí)，從包裝主體外表面上拆除控制處理部分120而不會(huì)損壞該包裝主體，造成不必要的損失。

1．2．4 林藥多功能包裝性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

預(yù)設(shè)定裝置正常工作的溫、濕度范圍，依據(jù)國(guó)家藥品存放標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)設(shè)溫度范圍為:0～30℃;濕度范圍為:30%～45%。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，預(yù)設(shè)單次報(bào)警時(shí)間、累積報(bào)警時(shí)間根據(jù)實(shí)驗(yàn)不同而調(diào)整。本實(shí)驗(yàn)采用控制變量的方法，在濕、溫度不變的條件下，當(dāng)環(huán)境溫、濕度超出正常工作范圍時(shí)，若裝置能計(jì)時(shí)并且實(shí)現(xiàn)單次及累積報(bào)警，證明該裝置能正常工作。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1 設(shè)置界面

如圖4所示，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行不同的設(shè)置。Tem_H為最高溫度，擬設(shè)藥品安全存儲(chǔ)的最高溫度為35℃;Tem_L為最低溫度，擬設(shè)藥品安全存儲(chǔ)的最低溫度為0℃;RH_H為最高濕度，擬設(shè)藥品安全存儲(chǔ)的最高濕度為50%;RH_L為最低濕度，擬設(shè)藥品安全存儲(chǔ)的最低濕度為0%;T_add為累積超出時(shí)間，擬設(shè)藥品存儲(chǔ)環(huán)境溫濕度累積超出預(yù)設(shè)范圍1 800 s后報(bào)警;T_one為單次超出時(shí)間，擬設(shè)藥品存儲(chǔ)環(huán)境溫濕度累積超出預(yù)設(shè)范圍800 s后報(bào)警。

圖4 裝置設(shè)置界面Fig．4 Setup interface of the device

2．2 運(yùn)行界面

如圖5所示為正常工作狀態(tài)。Tem為當(dāng)前溫度28℃;Hum為當(dāng)前濕度16%;Tim:138為設(shè)備運(yùn)行了138 s;Uts:0為超出預(yù)設(shè)范圍0次;右下角“0”表示溫濕度均沒(méi)有超出預(yù)設(shè)范圍，屬于“正常運(yùn)行狀態(tài)”

圖5 正常工作的運(yùn)行界面Fig．5 Normally working interface of the device

如圖6所示為濕度超出預(yù)設(shè)范圍計(jì)時(shí)狀態(tài)。Tem為當(dāng)前溫度31℃;Hum為當(dāng)前濕度61%;Tim:1 430表示設(shè)備運(yùn)行了1 430 s;Uts:1表示超出預(yù)設(shè)范圍1次;右下角“2”表示濕度超出預(yù)設(shè)范圍，處于濕度“計(jì)時(shí)狀態(tài)”。

如圖7所示為溫度超出預(yù)設(shè)范圍計(jì)時(shí)狀態(tài)。Tem為當(dāng)前溫度50℃;Hum為當(dāng)前濕度20%;Tim:1 876表示設(shè)備運(yùn)行了1 876 s;Uts:1表示超出預(yù)設(shè)范圍4次;右下角“1”表示溫度超出預(yù)設(shè)范圍，處于溫度“計(jì)時(shí)狀態(tài)”。

圖6 濕度超出預(yù)設(shè)范圍計(jì)時(shí)狀態(tài)Fig．6 Timed state of humidity out of presupposed range

圖7 溫度超出預(yù)設(shè)范圍計(jì)時(shí)狀態(tài)Fig．7 Timed state of temperature out of presupposed range

2．3 報(bào)警界面

如圖8所示，正在搜索位置。“Unusual Event”表示報(bào)警;“030 035．00”表示當(dāng)時(shí)世界時(shí)間，相當(dāng)于北京時(shí)間“11時(shí)35秒”。

圖8 搜索狀態(tài)報(bào)警界面Fig．8 Alarm interface in search state

如圖9所示，GPS搜索到位置后，時(shí)間定格在“124 840．00”，表示北京時(shí)間“20點(diǎn)48分40秒”;經(jīng)緯度分別為:12 638．017 4，4 543．038 05;高度為:212．6dm。

圖9 鎖定位置報(bào)警界面Fig．9 Alarm interface of latched position

3 結(jié)束語(yǔ)

基于射頻識(shí)別的林藥包裝裝置和藥品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在包裝主體上設(shè)置控制處理部分，例如控制處理部分檢測(cè)環(huán)境的溫度和濕度，進(jìn)而計(jì)算藥品的變質(zhì)時(shí)間。能夠方便、快速地獲知其中藥品是否已經(jīng)變質(zhì)，以及變質(zhì)時(shí)間、地點(diǎn)等信息，實(shí)現(xiàn)藥品的安全監(jiān)測(cè)。

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