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基于物联网的冷链物流监测系统设计

2019-03-14 11:38    来源:大红鹰娱乐    

  针对运输方面较为薄弱的冷链物流监测环节,利用无线传感器网络,设计了一种冷链物流监测系统。该方法能够通过温湿度传感器和GPS,来对冷链物流系统运输的温湿度进行实时监测,并对运输线进行实时,以掌握冷链运输关键的温湿度和运营车辆信息,确保冷链运输的持续性和高效性,加强食品安全保障力度。

  冷链物流(Cold Chain Logistics)泛指冷藏冷冻类食品在生产、贮藏运输、销售,直到消费前的各个环节中始终处于的低温下,以食品质量,减少食品损耗的一项系统工程。它是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的,是以冷冻工艺学为基础、以制冷技术为手段的低温物流过程。

  由于易腐食品的时效性,要求冷链能够进行实时的低温监测功能,保持冷链的低温运输,因此保持低温是冷链系统的核心要求。如果对温度的控制不够准确的话,将会导致产品一系列品质降低。

  冷链的每一个环节,从产品被采摘开始一直到被销售出去,都需要参与控制。链中的每个环节都会出错而使冷链断裂,或是在仓库的月台上,或在运输途中,或在存储过程中,或是在零售超市里,都很容易产生问题,影响到最终消费者的需求。当前,我国的冷链监测系统比较健全,在生产、贮藏和销售方面都采取了完善的措施。但是在运输方面的冷链监测较为薄弱,基于物联网的冷链系统使食品在的低温下进行运输,最大限度保持食品原有的新鲜程度、色泽及营养,食品质量安全。

  物联网结构可分为层、网络层和应用层。层的通信范围与传统互联网不同。物流冷链系统的层是信息采集的最底层,是对货物数据采集的终端。在层运用GPS模块和车载温湿度传感器模块对车辆、运输的温湿度数据进行和采集。

  网络层的主要功能是把层到数据利用处理器单元对数据分析处理,把相应数据通过GPRS 射频收发模块远距离、可靠的传输到服务器端,使数据通过网络进入上位机系统。

  应用层主要是对网络层发送过来的数据的处理与分析,通过Web 客户端操作界面或手机客户端操作界面,实现对结点的远程和管理功能。如可以通过手机终端设置设备的温度报警上下限,获取车辆信息,查看运营车辆信息。根据层、网络层和应用层的实现功能,冷链系统的结构图如图1 所示。

  设备放置在运输车辆的驾驶室内,通过车载蓄电池长期供电,实现24 小时的实时在线,温湿度传感器通过5~10 m的引线安装在后备运输车箱。

  VC 的C/S 系统只需将服务程序安装到服务器,运行即可提供服务。JSP 的B/S 系统采用Tomcat 7.0 为Web 端和手机端程序的发布服务,服务器端需要安装Java 虚拟机平台,SQL2008 数据库不属于同一台服务器中。

  硬件系统负责层温湿度和车辆信号的采集,以及传输信息到网络层,硬件的组成如图2 所示。

  放置在运输车厢中的温湿度传感器采集实时的温湿度数据,通过串口把温湿度传输到单片机,同时GPS 模块会自动输出车辆的经纬度到单片机。下位机硬件设备将数据准备好后,主动向主机发出链接请求,此请求通过设备内部的SIM卡并利用3G 网络访问服务器IP,然后建立SOCKET 握手连接,把采集到的温湿度信息和车辆信息上传到远程服务器,从而实现实时的冷链。

  在通信链异常的情况下,提示通信异常警报,并把相应的数据存储到本地SD 卡中。待到链接正常,下位机将首先发送积压数据到上位机,当积压数据全部传送完毕后,再传送刚刚监测到的数据。

  系统供电是24 V 车载蓄电池,系统最大耗电流在2 A 左右,需要5 V 和3.3 V 供电电压。采用输入电压范围为7~40 V、输出电压5 V 、输出电流最大支持3 A 的LM2596-5开关电源芯片为一级电源。5 V 电压输入到AMS1117-3.3 芯片作为二级电源,提供3.3 V 供电电压。

  数据采集终端的温湿度采集选用AM2302 电容式数字温湿度传感器,该传感器集成了温度和湿度两种传感器,温度测量范围为-40~+80 ℃,硬件体积小巧,接口简单,方便集成和使用。信息的采集选用Gstar GS-89 集成模块,上电后自动搜索卫星采集GPS 信息,通过串口将信息送给MCU,传输速率4 800 b/s,卫星格式采用GPRMC 标准格式。

  控制芯片采用宏晶公司的STC12C5A60S2 系列,该款芯片集成双串口,内置1 KB 的扩展RAM 和60 KB 的ROM,并提供了1 KB 的E2PROM 和SPI 硬件接口,单片机通过两个串口以及SPI 接口和普通的IO 口对温湿度和信息进行处理。数据可以在驾驶室内的LCD 实时显示,驾驶员可以即时了解运输状况。无线B,该模块内置TCP/IP 传输协议,下行最大速率8 KB,上行最大速率4 KB,根据信号质量和传输编码的自行调整,最差下速率为1 KB。该模块和MCU 采用串口,通过AT 命令进行通信,传输采集到的数据发送到远程服务器[7]。

  C/S 服务器端的软件模块主要有车辆信息管理模块、任务信息管理模块、查询功能模块、短信模块和通信服务模块。车辆信息管理模块负责车辆信息的录入,车辆和上位机设备对应关系录入,车辆信息主要包括:驾驶员姓名、驾驶员手机号、车牌、单位名称等。

  任务信息管理模块把车辆的每次运输作业作为任务处理,车辆在每次运输作业之前需首先新建任务,每辆车只能在上次任务结束后才能新增新的任务。

  B/S 客户服务终端的软件模块有:权限管理、任务管理、GIS 、温湿度监测和车辆管理。用户可以通过网络设备,如:PC 机,手机等,在任意地点登录系统B/S 的客户端。通过客户端用户能够进行设置任务,对下位机探测器的参数进行设置。

  同时系统通过数据共享的方式实现软件之间的互操作。用户使用B/S 的客户端进行日常操作,当需要修改硬件参数时,通过数据共享由C/S 服务执行修改命令,将硬件的参数进行修改。

  本系统的软件运行流程图如图3 所示,软件启动后,同时下位机和短信收能。下位机实现对下位连接的响应,当有下位机请求连接时,开始接受下位机数据并入库。如果当前设备有任务时,进行温度异常检查,异常时软件提示异常并给任务监察人员发送短息提示。当任务录入完毕后,由任务管理人员发送短信通知服务器任务开始或结束,开始短信格式是:车牌+“装货完毕”;结束短信的格式是:车牌+“卸货完毕”。查询功能针对车辆的任务进行查询,查询出指定任务的温度信息。

  本系统通过对冷链物流的温湿度和运送线信息进行采集,在网络和信息平台上对采集到的信息进行分析处理,并对冷链物流车辆信息进行管理,实现了对冷链物流的实时监测,当出现运输异常时通过短信进行警报,了冷链物流的连续性和安全性。

  的冷链物流监测系统的信息采集终端安装简便,通过管理平台可以实现大量的冷链车辆管理,食品质量安全,降低冷链物流损耗,有很好的应用前景。

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