CN107677322A - 一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统 - Google Patents

一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，包括放置于冷链运输车车厢内的监测终端、安装于驾驶室内的协调器和位于远程的物流监控中心；所述监测终端与所述协调器通过ZigBee网络进行数据传输，所述协调器通过GPRS网络与所述物流监控中心进行数据通信。本发明应用ZigBee无线传感器网络和GPRS通信技术，集成温湿度传感器和SO2传感器，能够稳定、准确地实时监测冷链运输车的车厢内温湿度和SO2浓度等关键参数的变化过程，并结合GPS卫星定位技术，实现鲜食葡萄冷链物流过程中的实时定位，方便进一步掌握鲜食葡萄冷链物流过程中的实时情况，保证了全程保鲜的目的。

Description

一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统
技术领域
本发明涉及冷链物流监控技术领域，特别涉及一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统。
背景技术
鲜食葡萄具有很高的营养价值和食疗价值。随着社会进步和人们生活水平的提高，对鲜食葡萄质量安全越来越关注。为了确保食品鲜食葡萄质量安全，物流过程中多采用冷链技术，通过实时监测并调节储运中的温湿度环境，使葡萄全程处于适宜的冷藏环境。但是，即使鲜食葡萄处在适宜的冷藏环境中，微生物仍然处在缓慢生长状态，在长时间的运输途中同样容易出现腐烂变质的情况，不能达到保鲜目的。因此，一般在冷链物流过程中，有效耦合应用保鲜技术可以降低农产品的新陈代谢及其呼吸速度，抑制冷藏环境中的细菌生长，延长货架期。常用的果蔬保鲜剂有防病防腐保鲜剂、气体防腐保鲜剂、涂被保鲜剂以及其他保鲜剂等。
鲜食冷链物流过程中比较常用的是SO2气体防腐保鲜剂。但是如果操作不当，有可能导致SO2释放过快，不仅造成鲜食葡萄受损及影响人体健康和污染环境，还有可能后期因剂量不足又引起葡萄腐烂。因此，鲜食葡萄冷链过程需要监测与调节SO2释放情况，使SO2气体能长时间、均匀释放，达到全程保鲜的目的。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明提供了一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，应用ZigBee无线传感器网络和GPRS通信技术，集成温湿度传感器和SO2传感器，能够稳定、准确地实时监测冷链运输车的车厢内温湿度和SO2浓度等关键参数的变化过程。
(二)技术方案
一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，包括放置于冷链运输车车厢内的监测终端、安装于驾驶室内的协调器和位于远程的物流监控中心；所述监测终端与所述协调器通过ZigBee网络进行数据传输，所述协调器通过GPRS网络与所述物流监控中心进行数据通信。
进一步的，所述监测终端包括温湿度检测单元、SO2检测单元、无线发射单元和第一供电单元；所述温湿度检测单元采集车厢内环境的温湿度值，输出送入所述无线发射单元；所述SO2检测单元采集车厢内环境的SO2体积含量，输出送入所述无线发射单元；所述无线发射单元将接收的温湿度值和SO2体积含量进行处理，并通过ZigBee网络传输给所述协调器；所述第一供电单元给所述监测终端其它各单元提供工作电压。
进一步的，所述协调器包括无线接收单元、GPS定位单元、显示单元、报警单元、GPRS通信单元和第二供电单元；所述无线接收单元接收所述监测终端传输的温湿度值和SO2体积含量并进行处理，输出分别连接所述显示单元、所述报警单元和所述GPRS通信单元；所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并通过串口传输给所述无线接收单元进行提取解析；所述显示单元对所述无线接收单元处理的数据进行实时显示；当温湿度值或SO2体积含量超出预设范围时，所述报警单元进行报警提醒驾驶人员；所述无线接收单元通过所述GPRS单元将温湿度值、SO2体积含量、GPS定位数据和报警电文等传输给所述物流监控中心；所述第二供电单元给所述协调器其它各单元提供工作电压。
再进一步的，所述温湿度检测单元选用SHT1X系列数字温湿度传感器；所述SO2检测单元选用三电极系统的电化学MF-20型SO2传感器。
再进一步的，所述无线发射单元和所述无线接收单元具有相同的电路结构，包括ZigBee无线芯片、射频天线、连接器、JTAG接头、第一和第二晶振、第一和第二电感、第一～第十三电容和第一电阻，其中所述ZigBee无线芯片选用40pin CC2530。
再进一步的，所述GPS定位单元包括GPS模块、第三电感、第二电阻和第十四电容，其中所述GPS模块为24pin Ublox NEO 5Q。
再进一步的，所述显示单元选用20pin LCD12864HZ；所述报警单元包括蜂鸣器、发光二极管、三极管和第三电阻。
再进一步的，所述GPRS通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中所述GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。
再进一步的，所述第一供电单元包括电源、升压芯片、第四电感、二极管、第十五和第十六电容、第四和第五电阻，其中所述电源为两节锂电池，所述升压芯片选用6pinSB6284。
再进一步的，所述第二供电单元包括车载5V电源、降压芯片、第十七和第十八电容，其中所述降压芯片选用线性稳压器AMS1117，所述第十七和第十八电容为电解电容。
(三)有益效果
本发明提供了一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，应用ZigBee无线传感器网络和GPRS通信技术，集成温湿度传感器和SO2传感器，能够稳定、准确地实时监测冷链运输车的车厢内温湿度和SO2浓度等关键参数的变化过程，并结合GPS卫星定位技术，实现鲜食葡萄冷链物流过程中的实时定位，方便进一步掌握鲜食葡萄冷链物流过程中的实时情况，保证了全程保鲜的目的，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，传输可靠，稳定性好，扩展性强，能够很好地应用于鲜食葡萄冷链物流过程。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的结构框图。
图2为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的无线发射/接收单元电路原理图。
图3为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的GPS定位单元电路原理图。
图4为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的报警单元电路原理图。
图5为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的第一供电单元电路原理图。
图6为本发明所涉及的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统的第二供电单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。
如图1所示，一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，包括放置于冷链运输车车厢内的监测终端、安装于驾驶室内的协调器和位于远程的物流监控中心；监测终端与协调器通过ZigBee网络进行数据传输，协调器通过GPRS网络与物流监控中心进行数据通信。
监测终端包括温湿度检测单元、SO2检测单元、无线发射单元和第一供电单元；温湿度检测单元采集车厢内环境的温湿度值，输出送入无线发射单元；SO2检测单元采集车厢内环境的SO2体积含量，输出送入无线发射单元；无线发射单元将接收的温湿度值和SO2体积含量进行处理，并通过ZigBee网络传输给协调器；第一供电单元给监测终端其它各单元提供工作电压。
协调器包括无线接收单元、GPS定位单元、显示单元、报警单元、GPRS通信单元和第二供电单元；无线接收单元接收监测终端传输的温湿度值和SO2体积含量并进行处理，输出分别连接显示单元、报警单元和GPRS通信单元；GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并通过串口传输给无线接收单元进行提取解析；显示单元对无线接收单元处理的数据进行实时显示；当温湿度值或SO2体积含量超出预设范围时，报警单元进行报警提醒驾驶人员；无线接收单元通过GPRS单元将温湿度值、SO2体积含量、GPS定位数据和报警电文等传输给物流监控中心；第二供电单元给协调器其它各单元提供工作电压。
监测终端实时感知整个冷链物流过程中鲜食葡萄环境中的温湿度值、SO2浓度等信息，协调器负责建立和维护整个ZigBee网络，同时还需要接受监测终端采集的信息并将汇集来的数据信息整合传输给远程的物流监控中心。
监测终端的温湿度检测单元选用SHT1X系列数字温湿度传感器，此传感器电阻温度系数大，感应灵敏，电阻值随温度变化基本呈线性关系，工作电压为2.4～5.5V，测温范围为-40～+123℃，测温精度为±0.5℃，湿度测量范围为0～100％RH，测湿精度为±2％RH。SHT1X内部集成14位A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接，具有功耗极低、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
监测终端的SO2检测单元选用三电极系统的电化学MF-20型SO2传感器，是一款专门针对空气中存在的SO2气体，进行24小时实时在线监测浓度含量的模块产品。传感器采集SO2气体后，通过内部集成的32位微处理器和24位数据采集器后，再多次进行全量程的温湿度补偿，然后再用99.999％纯度的标准气体进行标定校准，可直接输出模拟电流4～20mA，或模拟电压0.4～2V/0～5V，或数字信号TTL，或RS485通讯协议等信号。因此无需二次开发，即可直接选用标准信号，进行数据传输、在线监测等工作。传感器工作电压为24V，检测范围0～20ppm、0～100ppm、0～2000ppm等量程可选，分别对应分辨率0.1ppm、0.5ppm、1ppm。检测精度≤±2％(F.S)，零点漂移≤±1％(F.S/年)。因此具有反应速度快、零点漂移小、误差率低、一致性好和抗干扰能力强等优点。
ZigBee作为一种新兴的无线通信技术，其低速率、低功耗、自配置和灵活的网络结构，非常适合于内部组网，广泛地应用于工业、农业等领域。车厢内的监测终端与驾驶室的协调器之间通过ZigBee网络进行数据传输。如图2所示，监测终端的无线发射单元和协调器的无线接收单元具有相同的电路结构，包括ZigBee无线芯片U1、射频天线E1、连接器J1、JTAG接头J2、晶振X1和X2、电感L1和L2、电容C1～C13和电阻R1，其中ZigBee无线芯片U1选用40pin CC2530。CC2530是一种兼容IEEE802.15.4的真正的片上系统，支持专有的802.15.4市场以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE标准。CC2530提供了101dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，以及一套广泛的外设集，包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO，以及更多可扩展功能口。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，32/64/128KB的系统内可编程内存，8KB RAM，较宽的供电范围2.0～3.6V，具有捕获功能的32KHz睡眠定时器，在供电模式1时仅24mA的流耗，4us就能唤醒系统，在睡眠定时器运行时仅1uA的流耗，在供电模式3时仅0.4uA的流耗，外部中断能唤醒系统。通过JTAG接头J2进行系统调试工作。温湿度传感器和SO2传感器采集的数据经无线发射单元的CC2530处理后，通过ZigBee网络传输给驾驶室的协调器，无线接收单元的CC2530通过ZigBee网络对数据进行接收并进一步处理。
如图3所示，GPS定位单元包括GPS模块U2、电感L3、电阻R2和电容C14，其中GPS模块U2为24pin Ublox NEO 5Q。该模块支持NEMA0183V3.0协议标准输出，TTL电平接口，不能直接与CC2530相连接，必须先通过MAX3232将TTL电平转换成RS232电平后，才能连接到CC2530的接口。Ublox NEO 5Q引脚20(TxD1)和引脚21(RxD1)分别通过MAX3232与CC2530相连。定位精度小于2.5m，限制运行速率高达1000节，相当于515m/s，具有50通道卫星接收功能，工作电压2.7～3.6V，启动时间短，功耗低，全速模式135mW，定位快速，提供多种接口，便于扩展。模块上电工作时，与CC2530进行通信，通过初始化设置定时输出GPS卫星导航电文，CC2530对GPS卫星导航电文进行解析，提取出日期、时间、经纬度和车载速度等有用信息作为物流监控中心监测的基本数据。协调器上电工作时，GPS模块Ublox NEO 5Q每隔一段时间就把接收到的GPS卫星导航电文通过串口传输给CC2530，CC2530编程控制读取导航电文的时间间隔，以降低功耗和节约通信费用。
显示单元对CC2530处理好的温湿度值和SO2浓度进行实时显示，方便驾驶人员可实时观察车厢内的环境情况。显示单元采用20pinLCD12864HZ，自带汉字字库，可显示汉字、字符及图形，使用方便。LCD12864HZ采用3.3V电压供电，便于与CC2530的I/O口电平匹配。为简化电路，节约I/O口开支，LCD12864HZ与CC2530的接口采用串行接口进行通信，SCLK、SID和CS三引脚分别接至CC2530的三个I/O脚。
当温湿度值或SO2浓度超出预设范围时，报警单元报警提醒驾驶人员及时调整车厢内的温湿度值或者调节SO2释放情况，以保证鲜食葡萄的全程保鲜。如图4所示，报警单元包括蜂鸣器B1、发光二极管LED1、三极管Q1和电阻R3，选用蜂鸣器B1作为报警发生装置，工作电压为5V，NPN三极管Q1作为驱动，考虑到I/O口的驱动能力，CC2530将以灌电流形式控制蜂鸣器B1发声。控制I/O口由CC2530的SPK脚提供，当I/O口为低电平时，蜂鸣器B1发声，发光二极管LED1点亮；为高电平时，蜂鸣器B1停止发声，发光二极管LED1熄灭。
协调器通过RS232串行接口与GPRS通信单元相连接以实现无线传感器网络与远程物流监控中心的远程通信，实现无线网关的功能。GPRS通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。SIM900为工业级四频段GSM/GPRS模块，体积小，功耗低，可以快速安全可靠地实现短信消息服务和GPRS数据无线传输。SIM900内嵌PPP拨号协议和TCP/IP协议栈，模块工作电压为3.4～4.5V，可工作在850/900/1800/1900MHz四个频段。CC2530通过UART口与SIM900进行通信，SIM900的引脚9(TXD_O)和引脚10(RXD_I)需要通过MAX3232芯片电平转换后才能与CC2530相连。SIM900与CC2530的通信协议是AT命令集，CC2530通过发送AT指令可以对SIM900进行控制，设置工作模式，传输速率设置为115200b/s。SIM900模块内置本地SIM卡进行通信。
由于监测终端中ZigBee无线芯片CC2530和温湿度传感器SHT1X的工作电压为3.3V，而MF-20型SO2传感器的工作电压为24V，因此采用两节锂电池作为主电源，通过升压电路给SO2传感器供电。如图5所示，第一供电单元包括电源、升压芯片U3、电感L4、二极管D1、电容C15和C16、电阻R4和R5，其中升压芯片U3选用6pin SB6284。SB6284是一款高效升压转换芯片，转换效率为97％，输入为2～24V，输出最高可达28V，满足MF-20型SO2传感器的工作电压要求。
协调器采用车载5V电源作为主电源，而ZigBee无线芯片CC2530、GPS模块UbloxNEO 5Q和GSM/GPRS模块SIM900的工作电压为3.3V，因此车载5V电源需先降压再进行供电。如图6所示，第二供电单元包括车载5V电源、降压芯片U4、电容C17和C18，其中降压芯片U4选用线性稳压器AMS1117，电容C17和C18为电解电容。AMS1117是一种高效率线性稳压器，输入电压为4.75～12V，输出电压为3.267～3.333V，符合设计要求。
本发明提供了一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，应用ZigBee无线传感器网络和GPRS通信技术，集成温湿度传感器和SO2传感器，能够稳定、准确地实时监测冷链运输车的车厢内温湿度和SO2浓度等关键参数的变化过程，并结合GPS卫星定位技术，实现鲜食葡萄冷链物流过程中的实时定位，方便进一步掌握鲜食葡萄冷链物流过程中的实时情况，保证了全程保鲜的目的，其结构简单，成本低廉，系统功耗低，检测精度高，传输可靠，稳定性好，扩展性强，能够很好地应用于鲜食葡萄冷链物流过程。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：包括放置于冷链运输车车厢内的监测终端、安装于驾驶室内的协调器和位于远程的物流监控中心；所述监测终端与所述协调器通过ZigBee网络进行数据传输，所述协调器通过GPRS网络与所述物流监控中心进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述监测终端包括温湿度检测单元、SO2检测单元、无线发射单元和第一供电单元；所述温湿度检测单元采集车厢内环境的温湿度值，输出送入所述无线发射单元；所述SO2检测单元采集车厢内环境的SO2体积含量，输出送入所述无线发射单元；所述无线发射单元将接收的温湿度值和SO2体积含量进行处理，并通过ZigBee网络传输给所述协调器；所述第一供电单元给所述监测终端其它各单元提供工作电压。
3.根据权利要求1所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述协调器包括无线接收单元、GPS定位单元、显示单元、报警单元、GPRS通信单元和第二供电单元；所述无线接收单元接收所述监测终端传输的温湿度值和SO2体积含量并进行处理，输出分别连接所述显示单元、所述报警单元和所述GPRS通信单元；所述GPS定位单元接收GPS定位卫星发送的导航电文，并通过串口传输给所述无线接收单元进行提取解析；所述显示单元对所述无线接收单元处理的数据进行实时显示；当温湿度值或SO2体积含量超出预设范围时，所述报警单元进行报警提醒驾驶人员；所述无线接收单元通过所述GPRS单元将温湿度值、SO2体积含量、GPS定位数据和报警电文等传输给所述物流监控中心；所述第二供电单元给所述协调器其它各单元提供工作电压。
4.根据权利要求2所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述温湿度检测单元选用SHT1X系列数字温湿度传感器；所述SO2检测单元选用三电极系统的电化学MF-20型SO2传感器。
5.根据权利要求2或3所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述无线发射单元和所述无线接收单元具有相同的电路结构，包括ZigBee无线芯片、射频天线、连接器、JTAG接头、第一和第二晶振、第一和第二电感、第一～第十三电容和第一电阻，其中所述ZigBee无线芯片选用40pin CC2530。
6.根据权利要求3所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述GPS定位单元包括GPS模块、第三电感、第二电阻和第十四电容，其中所述GPS模块为24pinUblox NEO 5Q。
7.根据权利要求3所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述显示单元选用20pin LCD12864HZ；所述报警单元包括蜂鸣器、发光二极管、三极管和第三电阻。
8.根据权利要求3所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述GPRS通信单元包括GSM/GPRS模块和本地SIM卡，其中所述GSM/GPRS模块选用68pin SIM900。
9.根据权利要求2所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述第一供电单元包括电源、升压芯片、第四电感、二极管、第十五和第十六电容、第四和第五电阻，其中所述电源为两节锂电池，所述升压芯片选用6pin SB6284。
10.根据权利要求3所述的一种鲜食葡萄冷链物流的实时监控系统，其特征在于：所述第二供电单元包括车载5V电源、降压芯片、第十七和第十八电容，其中所述降压芯片选用线性稳压器AMS1117，所述第十七和第十八电容为电解电容。
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20180209

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