面向冷鏈物流品質(zhì)感知的車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的研究

李瑞賢 趙青 趙中堂

[摘 要]本文針對(duì)貨物頻繁流通中的食品安全問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出通過(guò)控制冷鏈物流的車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)解決貨物流通中的食品安全問(wèn)題。冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的GPS 定位、數(shù)據(jù)傳輸功能、溫度監(jiān)測(cè)功能、車(chē)輛軌跡和核對(duì)、車(chē)載設(shè)備數(shù)據(jù)管理功能及導(dǎo)航。

[關(guān)鍵詞]食品安全;冷鏈物流;實(shí)時(shí)監(jiān)控;導(dǎo)航

[中圖分類(lèi)號(hào)]TQ914 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 引言

在經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，人們的生活水平不斷提高，人們已經(jīng)不在局限當(dāng)季和當(dāng)?shù)氐氖澄铮虼?，食物的運(yùn)輸和儲(chǔ)存就顯得非常必要。同時(shí)，在各種食物的運(yùn)輸中，必須保持食物不會(huì)腐壞和保持新鮮，尤其像我國(guó)這樣的消費(fèi)大國(guó)，因此，研究冷鏈物流運(yùn)輸環(huán)境信息采集和處理方法，同時(shí)開(kāi)發(fā)監(jiān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)保障長(zhǎng)時(shí)間和遠(yuǎn)途運(yùn)輸過(guò)程中食物質(zhì)量具有重要意義。

在經(jīng)濟(jì)和科技十分發(fā)達(dá)的今天，雖然冷鏈物流服務(wù)行業(yè)在當(dāng)今社會(huì)中日益發(fā)展，但是，目前的發(fā)展還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模，基本上還是處于散亂無(wú)章、服務(wù)單一的階段，能夠形成一定規(guī)模的只有榮慶、安得物流兩個(gè)企業(yè)。因此，總結(jié)冷鏈物流發(fā)展趨勢(shì)可以看出，國(guó)內(nèi)冷鏈物流有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）技術(shù)落后和基礎(chǔ)裝備差;

（2）市場(chǎng)化程度低，缺乏產(chǎn)業(yè)扶持，供應(yīng)鏈不完善;

（3）信息化和自動(dòng)化程度低，嚴(yán)重缺乏專(zhuān)業(yè)人才，研究及應(yīng)用技術(shù)不先進(jìn)。

2 研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn)

冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的GPS 定位、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信、RFID 射頻識(shí)別等基礎(chǔ)功能，還要對(duì)冷鏈物流過(guò)程中的車(chē)輛本身進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督與控制，除了通過(guò)GPS定位對(duì)冷鏈物流所行走的路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控之外，還要對(duì)冷鏈物流中車(chē)輛隨車(chē)人員狀況信息、車(chē)輛的運(yùn)輸功能狀況及信息、運(yùn)輸物品的信息和環(huán)境信息等都要有足夠的監(jiān)控。同時(shí)配合冷鏈物流總的監(jiān)控中心系統(tǒng)，完成GPS定位的地理位置及車(chē)輛運(yùn)行軌跡的導(dǎo)航功能、車(chē)載物品的環(huán)境信息（溫度、濕度、光照、空氣等）數(shù)據(jù)的傳送功能、環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制功能。

3 研究思路和方法

3.1 硬件電路部分

通過(guò)嵌入式方式設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)，其他功能應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，包括GPS定位模塊、網(wǎng)絡(luò)通信終端（GPRS）模塊、無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別（RFID）模塊、LCD顯示模塊、SD 卡存儲(chǔ)模塊和內(nèi)存擴(kuò)展等，然后通過(guò)相應(yīng)的模塊接口，集成所有模塊完成整體硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（1）嵌入式主控系統(tǒng)：基于ARM具有功耗低、成本低、性能高的特點(diǎn)，車(chē)載終端主控系統(tǒng)準(zhǔn)備采用ARM處理器，電源模塊采用STM32標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)，發(fā)熱小、噪聲小、抗干擾能力強(qiáng);時(shí)鐘電路采用Pierce結(jié)構(gòu)的RC振蕩電路作為系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，具有低功耗、低成本、穩(wěn)定性高和精確度高的特點(diǎn);采用JTAG協(xié)議進(jìn)行在線(xiàn)編程。

（2）GPS模塊：選擇合適的車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)GPS模塊接收芯片，要求芯片尺寸小，能夠在偏遠(yuǎn)山區(qū)信號(hào)比較弱的地方接受到信號(hào)，脈沖時(shí)間精度能夠達(dá)到15ns，完整地接收GPS定位運(yùn)行軌跡信號(hào)。

（3）GPRS網(wǎng)絡(luò)通信終端：通過(guò)嵌入式的主控系統(tǒng)控制GPRS模塊，利用GPRS的數(shù)據(jù)收集、合并和預(yù)處理工作業(yè)務(wù)，來(lái)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)與處理。

（4）RFID射頻識(shí)別：選擇合適的IC卡，要求符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)讀取距離5-10cm。

（5）LCD顯示模塊：顯示模塊利用ILI9341或者ILI9320控制器，基于它們的圖像存儲(chǔ)器系統(tǒng)接口來(lái)顯示圖像;基于電阻屏具有簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，低成本，適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，采用電阻屏作為顯示和觸摸屏模塊;通過(guò)SPI接口與STM32通信，完成觸摸屏控制器的觸電電壓的測(cè)量。

（6）其他功能組件：基于SD卡容量非常高，較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以靈活應(yīng)用，外部存儲(chǔ)采用SD卡;擴(kuò)展 FLASH采用合適的芯片類(lèi)型實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)：基于Keil u Vision4，采用C語(yǔ)言編寫(xiě);軟件設(shè)計(jì)利用KEIL-ARM工具，實(shí)現(xiàn)GPS定位信息的接收、SD卡的存儲(chǔ)、LCD的顯示、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信終端的數(shù)據(jù)收發(fā)、RFID無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別、GUI界面操作和 u-C/OSⅡ操作系統(tǒng)的編寫(xiě)，整體程序運(yùn)行流程圖如圖1所示。

（2）應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)：

應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

GPS定位模塊軟件設(shè)計(jì);GPRS網(wǎng)絡(luò)通信組建的軟件設(shè)計(jì);RFID無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別模塊的軟件設(shè)計(jì);FLASH擴(kuò)展和SD卡擴(kuò)展的軟件設(shè)計(jì);TFT-LCD顯示及輸入設(shè)計(jì);u C/OS-Ⅱ系統(tǒng)移植。

4 系統(tǒng)的創(chuàng)新與特色

（1）對(duì)冷鏈車(chē)載物品的環(huán)境信息（包括溫度、濕度、光照、空氣等）進(jìn)行采集和監(jiān)控處理，同時(shí)監(jiān)控車(chē)輛有沒(méi)有偏離既定的路線(xiàn)。

（2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信終端（GPRS）的無(wú)線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)的端到端的無(wú)線(xiàn)與有限的結(jié)合傳輸，將實(shí)時(shí)的環(huán)境信息通過(guò)傳輸和控制兩個(gè)方面發(fā)送至監(jiān)控中心的服務(wù)器上，由監(jiān)控中心對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)一處理。

（3）通過(guò)各種公用信息平臺(tái)，提供運(yùn)輸過(guò)程的所有信息數(shù)據(jù)（包括運(yùn)輸時(shí)間節(jié)點(diǎn)、運(yùn)輸環(huán)境、運(yùn)輸質(zhì)量等）的查詢(xún)及驗(yàn)證服務(wù)。

（4）在冷鏈物流的運(yùn)輸工具上實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)車(chē)載的環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)化控制，依據(jù)單片機(jī)和各種傳感器實(shí)現(xiàn)這個(gè)小型自動(dòng)控制系統(tǒng)。

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