冷鏈食品監控系統的設計范文

本站小編為你精心準備了冷鏈食品監控系統的設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1系統總體架構

本系統由三大模塊組成，分別是冷庫本地管理服務器模塊、遠程網絡查詢管理模塊和冷藏車內現場信號采集模塊。其中，遠程網絡查詢管理模塊利用服務器端的監控管理平臺可以具體監管冷藏車的實時數據和具體位置等信息，查詢手段支持PC機查詢和手持終端無線查詢兩種方式。冷庫本地管理服務器主要起到遠端網絡服務器的緩沖作用。冷藏車內現場信號采集模塊主要采集冷藏車位置、冷藏車相關信息（比如溫濕度），以及通過車門安裝的門窗磁傳感器隨時對冷藏車門開啟進行監測，避免冷凍食品在運輸過程掉包現象的發生。具體設計如系統總體拓撲結構圖（見圖1）所示。本文將重點討論冷藏車內基于ZigBee的對冷鏈產品的實時監測及通信實現。監測內容包括冷鏈物流貨車的位置、冷藏車內環境以及是否非法開門入侵。

2冷藏車內信號采集系統

2.1冷藏車采集系統硬件實現本部分硬件由網關節點和采集節點兩部分組成。參看冷藏車采集系統圖（如圖2所示）。冷藏車內會有很多固定的箱體用于存放冷凍產品，我們會實時對每個固定箱體內的冷凍產品進行相關的溫濕度信息采集。同時設置相關溫濕度報警上下線閾值。閾值的設置可以是本地設置，也可以通過遠端服務器端遠程設置。當冷藏車內實時采集的溫濕度值超過相應設置的閾值，報警信息會通過網關節點的GPRS網絡上傳到服務器端，服務器會有報警信息輸出。考慮到系統的可靠性，本系統同時會有報警事件的冗余設計。當服務器收到2次以上報警信息后而未通過GPRS網絡對冷藏車內的報警事件做出相關響應時，網關節點就會通過GPRS通信模塊以短信的方式把報警信息事件發到事先綁定的管理員手機上。本系統以兩個箱體為例進行研究。每個箱體內放置4個采集節點。4個采集點會把采集的溫濕度信息通過ZigBee模塊上傳到網關節點。網關節點通過GPRS通信模塊按照事先規定的相關協議實時傳遞相關數據到服務器端，同時通過網關節點上的GPS接收機模塊定位運行的冷藏車的具體位置。遠端服務器根據此定位信息在監控管理平臺上顯示冷藏車的行進軌跡。同時管理員也可以通過手機短信以AT指令形式查詢冷藏車在途信息。

2.1.1采集節點硬件結構采集節點的硬件結構如圖3所示。采集節點使用電池供電，對系統功耗是個考驗，因此需要選用低功耗MCU作為控制器。本系統選用LPC1100芯片，此芯片是基于ARM32位CortexM0的微控制器，具有體積小、功耗低、節能等特點，同時具有64kB程序存儲器，8kB數據存儲器，1路I2C接口，2路SPI接口，1路UART接口，4個Timer定時器。采集節點在冷鏈車物流過程中實時檢測冷藏車不同箱體內的環境溫濕度，并按照一定頻率上傳至網關節點。本系統采用3s上傳，一次上傳到網關節點。子節點圖中溫濕度傳感器采用盛世瑞恩的SHT15（如圖4所示），該傳感器為復合溫度傳感器，可以同時檢測溫度和濕度。采用標準I2C接口輸出，內部含有AD轉換器，每個傳感器在出廠前經過高精度的校準，整個量程范圍內濕度精度可以控制在+-2%RH，溫度精度可以控制+-0.3℃。ZigBee模塊采用Digi公司XBee模塊。該模塊自帶ZigBee協議棧的程序，體積小，數據傳輸可靠，工作在ISM2.4GHz頻率頻段，采用工作電壓3.3V，硬件通信接口TTL電平UART，工作溫度范圍為-40-85℃，可以滿足低成本、低功耗傳感器網絡需求。XBee模塊同MCU之間通過UART進行通信。能量收集和電源管理模塊采用凌力爾特公司的LTC3331實現。LTC3331支持能量源輸入和電池輸入。能量源輸入同時可以支持太陽能和壓力震動，單路Buck-BoostDC/DC輸出。圖5為LTC3331典型應用圖。

2.1.2網關節點的硬件結構網關節點MCU采用NXP公司的LPC1758，該處理器是ARMCortexM3核，硬件支持4個UART口和1個Ethernet網口，網關節點硬件主要包括GPRS模塊、GPS模塊、ZigBee模塊及DC/DC電源幾個部分。GPRS模塊采用Simcomm公司的SIM300模塊。GPS模塊采用Falcom公司的GP7-T模塊。ZigBee模塊與采集節點一樣采用Digi的XBee模塊。DC/DC電源采用MAXIM公司的MAX17504和Micrel公司的MIC29302.MAX17504，支持輸入電壓范圍4.5-60V，輸出3.5A電流能力。MAX17504轉換3.3V給各模塊供電。同時考慮到掉電情況，本系統有鋰電池作為GPS和GPRS備用電源。

2.2冷藏車內采集系統軟件架構

子節點和網關節點MCU軟件設計引入了實時操作系統FreeRTOS，FreeRTOS為免費開源系統，其內核可以設置成剝奪型和不可剝奪型方式。它特別適用于多任務的實時控制系統，內核包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務通信等功能。FreeRTOS采用雙向鏈表而不是采用查詢任務就緒表的方法進行任務管理和調度。操作系統將系統程序分為多個小任務，系統并發運行多個任務，從而提高了MCU的利用率，加快了程序的執行時間，從而做到系統的實時響應。本系統使用流行的Keil4作為IDE開發環境，硬件JTAG使用ULINK作為調試器。

2.2.1子節點軟件架構子節點主要承載兩個方面的工作，即采集傳感器溫度并上傳發送給網關節點。另外，由于子節點采用電池供電，為了減少功耗，子節點始終處于活動任務和睡眠任務之間。具體工作流程見圖7。系統上電復位后，首先進行處理器和外部設備的初始化，然后系統時鐘中斷配置。硬件資源分配如下：串口中斷用于同網關節點進行通信，IIC中斷用于讀取STH15的采集溫度和濕度數據，定時器中斷1用作FreeRTOS的系統時鐘節拍。

2.2.2網關節點軟件架構網關節點主要承載幾方面的工作，包括同各采集點通信，收集各子節點采集的數據，通過GPS定位當前冷藏車運行的位置，包括經度、緯度、時間。通過GPRS網絡上傳相關信息到遠端服務器，同時接收服務器的訪問命令。網關節點軟件流程圖見圖8。

2.3冷鏈運輸信息系統架構設計

系統查詢平臺：遠程系統軟件采用C/S架構，操作管理員可以通過網絡對冷藏車整個運輸過程的實時信息和狀態以及歷史數據進行遠程查詢。遠程系統采用和SQLServer數據庫實現。本系統目前采用的是C/S架構，后續可以升級到B/S架構。整個系統軟件由多個模塊組成，如圖9所示。其中實時信息監控模塊包括：冷藏車的位置及運行軌跡監控，冷藏車是否有非法開啟，傳感器數據實時查詢，各傳感器子節點的電池容量。數據管理查詢模塊通過對數據庫的查詢功能可以針對歷史記錄進行檢索查詢。

3結束語

由于冷鏈產品在生產、加工、儲運、物流等環節存在多種風險，因此在整個過程中實現自動的信息采集和管理，做到可追溯和追蹤，顯得尤為重要。本文重點介紹了物流冷藏車內環境溫濕度及冷藏車定位，實時通過無線移動網路上傳的實現，并對冷鏈車傳輸物流過程中的監控系統的設計與實現方法進行了描述，能夠保障在物流環節及時發現問題，并消除此過程中的潛在風險，從而構建有效的監控體系。本文所描述的研究成果表明，以上技術在冷鏈食品傳輸領域應用前景非常廣闊。

作者：王德永吳梅梅單位：安富利（天津）國際物流有限公司北京分公司河北軟件職業技術學院計算機應用工程系