CN208027136U - 一种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控预警系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，包括设置在冷链运输车内的数据采集系统，数据采集系统的输出端通过ZigBee无线模块双向连接ZigBee基站输入端，经网关打包上传至2G/3G/4G公网上传至云平台，PC端或移动终端可以实时显示当前数据、查看历史数据，并将自适应增强算法的预测结果及相应操作指令通过2G/3G/4G公网、网关、ZigBee基站反馈到环境控制系统，进而对冷链运输车内环境进行控制和优化，保证鲜食果品的保质保量运输。本实用新型具有集约化、智能化和网络化的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感技术、射频识别技术、通讯技术、计算机技术、网络技术在食品冷链运输监控领域的应用，具体涉及一种利用低功耗无线传感网络技术的鲜食果品智能冷链运输环境监控、预警与智能决策系统，同时也可以向消费者提供便捷的查询追溯服务，确保食品安全的基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控预警系统。
背景技术
随着人民生活水平的日益提高，食品安全事故不断出现，“新鲜、安全、营养”成为农产品消费中主要关注的问题。因此，冷链运输逐渐成为满足人们生活需求的不可或缺的重要组成部分。我国是水果生产大国，但是与水果相关的冷链运输兴起发展较晚，目前仍然没有形成科学化的冷链运输体系，与发展现代果园、拉动居民消费和扩大果品进出口的需求相比仍有很大的差距。
据统计，我国每年约有4亿吨生鲜农产品进入流通领域，但是绝大多数生鲜农产品运输销售缺乏必要的冷链保障，果蔬类进入冷链系统的比重只有5%，肉类15%，水产品约23%，导致生鲜农产品流通过程中的腐损较为严重。其中常温流通中果蔬腐损率高达20%~30%、肉类达12%、水产品达15%。仅果蔬一项，每年损耗金额就达1000亿元以上。而英国、美国、加拿大、日本、韩国、新加坡等发达国家生鲜农产品的冷链流通率达到95%以上，腐损率一般可以控制在5%以下。目前，生鲜产品冷链运输发展较为滞后，整个冷链过程中“断裂”现象普遍，尤其是对于作为陕西特色水果苹果、猕猴桃等优质果品来说，大多属于典型的呼吸跃变型果实，有明显的生理后熟过程，在采收、贮藏和运输过程中容易受到机械损伤，主要由于呼吸和蒸发、病原菌生长和大量繁殖、成分氧化或褐变等作用，导致迅速腐烂变质。因此，有必要对鲜食果品冷链运输环境，如温度、湿度、气体成分等进行实时监测和精准控制，以确保果品的质量安全，实现冷链运输全程可监测、可控制、可追溯。
整体而言，冷链物流企业信息化程度低，即使冷链上的某个节点实现了信息化，也难以保证该技术已应用到整条冷链上，冷链中断的现象频频发生。冷链运输关键不是强调“冷”，而是强调“链”，生鲜农产品只有在流通加工、贮藏、运输、分销、零售等环节始终处于适宜的低温控制环境，才能够最大程度地保证产品品质和质量安全，减少损耗。将物联网技术应用到生鲜农产品冷链运输监控和预警过程中，有助于破解当前冷链物流发展的难题。这对降低生鲜农产品流通损耗率，确保生鲜农产品质量安全、稳定农产品价格以及满足现代人们对食品的需求和安全要求具有重要理论与现实意义。
目前，大多数冷链运输采用温湿度记录仪放在车载移动终端内获取温湿度信息，在下一次物品交接时一次性读取数据，这样无法动态检测到车载移动终端内部果蔬的过程状态，另外其他环境数据没有检测，这些均影响了果蔬运输在途质量、实时性和准确性。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，充分利用温度传感、湿度传感、高清视频、温度标签、湿度标签，气体成分传感器等，通过无线传输模块传给物联网信息网关，再由物联网网关传输至云平台，通过应用层监测控制软件，以期能实现对冷链运输状态的实时监测、数据的存储，用户的实时数据查询流程，可以根据专家服务平台决策，通过控制系统，返回控制冷链运输的各个受控设备，从而调控冷链运输设备内温湿度等参数，从而保障猕猴桃品质，减少损耗，使冷链运输更加“智慧”。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，包括设置在冷链运输车内的数据采集系统、数据传输存储系统、计算机或移动应用终端监控预警系统和环境监控系统，所述的数据采集系统的输出端通过ZigBee无线通讯模块双向连接数据传输存储系统的输入端，再通过2G/3G/4G网络将采集的数据存储到云平台，数据传输存储系统输出端双向连接到监控预警系统的PC端或移动终端APP监控预警系统，PC端或移动终端APP监控预警系统通过云平台反馈上传至环境监控系统。
所述的数据传输存储系统包括电源模块包括传感器供电板和DC/DC转换器，分别用于给ZigBee模块、温湿度检测模块、气体成分检测模块、RFID包装传感模块、GPS模块供电。
所述的环境监控系统中的控制模块包括换气扇、加湿器、氧气发生器、二氧化碳发生器、加热/制冷装置、报警器和电机。
所述的温湿度检测模块、气体成分检测模块、RFID包装传感模块所采集数据到处理模块STM32单片机，再经串口RS232/RS485模块和ZigBee无线通讯模块到ZigBee基站对数据进行打包，通过网关、2G/3G/4G网络上传至后台服务器云平台，控制模块根据监控预警系统的分析结果及发送的指令进行控制相应的控制模块。
本实用新型的有益效果是：
充分利用温度传感、湿度传感、高清视频、温度标签、湿度标签，气体成分传感器等，通过无线传输模块传给物联网信息网关，再由物联网网关传输至云平台，通过应用层监测控制软件，以期能实现对冷链运输状态的实时监测、数据的存储，用户的实时数据查询流程，可以根据专家服务平台决策，通过控制系统，返回控制冷链运输的各个受控设备，从而调控冷链运输设备内温湿度等参数，从而保障猕猴桃品质，减少损耗，使冷链运输更加“智慧”。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型的环境控制系统结构示意图。
图3为本实用新型的监控预警系统框架图。
图4为本实用新型的预警算法流程。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步说明。
所述的1温湿度采集模块包括10电源，10电源的信号输出端分别连接11环境湿度传感器、12环境温度传感器的信号输入端，11环境湿度传感器、12环境温度传感器的信号输出端分别连接13单片机的信号输入端，13单片机的信号输出端通过串口RS232/RS485连接到5ZigBee无线通信模块的信号输入端。
所述的2气体成分检测模块包括10电源，10 电源的信号输出端分别连接14 CO2浓度检测传感器、15 O2浓度检测传感器和16乙烯浓度检测传感器的信号输入端，14 CO2浓度检测传感器、15 O2浓度检测传感器和16乙烯浓度检测传感器的信号输出端分别连接13单片机的信号输入端，13单片机的信号输出端通过串口RS232/RS485连接到5 ZigBee无线通信模块的信号输入端。
所述的3 RFID包装传感系统包括10电源，10 电源的信号输出端分别连接17 RFID生物传感器标签，将17 RFID生物传感器采集的果品品质信息与18果品ID信息打包后通过无线发射一起发送给19 RFID读卡器。19 读卡器再将接受的信息进行校验并打包发送至13单片机的输入端，13单片机的信号输出端通过串口RS232/RS485连接到5 ZigBee无线通信模块的信号输入端。实现对鲜食果品在运输过程中环境条件和果品品质的记录和监控。
所述的4 GPS系统用于接受卫星信号，配合5 ZigBee无线通讯模块与监控中心进行双向短信和数据通讯，管理冷链运输车的行车位置并给出优选路线。
所述的（2）数据传输存储系统包括6 ZigBee无线通讯模块、7 ZigBee基站、8网关和9云平台，8网关的输出端双向连接28无线通讯模块的输入端，8网关的输入端双向连接7ZigBee基站的输出端，9云平台的输出端通过连接2G/3G/4G/WiFi网络双向连接10 PC终端/移动终端的输入端。
如图2所示，所述的（3）监控预警系统负责检测整个系统的运行状态，首先通过20通讯模块完成鲜食果品运输环境、果品自身品质以及其他相关数据包的接受和发送，再把接受的信息存储于8云平台后台数据库中，然后用户通过应用软件可以直观的进行21环境温湿度、22气体成分及含量、23 RFID数据、24 GPS等数据的直观显示模块、25历史数据查询分析模块、26参数设定及报警模块和27系统用户管理等操作。
鲜食果品在冷链运输过程中，由于传感器异常、制冷设备故障等多方面因素的影响，果品品质很难得到保障。为了实现冷链运输车华宁多参数智能化、远程化控制。本实用新型建立了实时监控预警系统。如图3所示，所述的26参数设定及报警模块流程图。
第1步：输入参数进行自适应增强（Adaboot）算法进行训练数据，基本原理是：前一个基本分类器分错的样本会得到加强，加权后的全体样本再次被用来训练下一个基本分类器。同时，在每一轮中加入一个新的弱分类器，直接达到某个预定的足够小的错误率或达到预先指定的最大迭代次数。所训练的弱分类器可以是任何人类器，包括决策树、神经网络，隐马尔科夫模型等。
第2步：基于自适应增强算法对冷链运输参数及果品品质进行预测。利用训练集数对冷链运输车环境参数和果品品质进行预测并补偿自适应增强模型的预测值。
第3步：基于统计过程控制理论对报警模式进行判断。运用数理统计方法对运输整个过程进行实时监控，再对数据进行整理、分析、评估、判断其异常趋势并发出警报，通知控制模块、用户或管理人员及时采取措施。
第4部：针对不同的报警模式，采取不同的管理措施。
如图4所示，所述（4）温室环境控制系统包括28环境控制模块，28环境控制模块的输入端分别连接29换气扇、30加湿器、31氧气发生器、32二氧化碳发生器、33加热/制冷装置、34报警器和35电机的输出端，环境控制器28的输出端连接13单片机的输入端，13单片机的信号输出端通过串口RS232/RS485连接到5 ZigBee无线通信模块的信号输入端。
本实用新型基于物联网的果品冷链运输远程监控系统，克服了大多数冷链运输环境和果品品质数据无法实时动态检测、无法及时预警并实现智能控制等不足。通过物联网实现了实时数据采集，通过掌握这些参数并分析处理，并可实施自动调节温湿度与通风，确保果品在最适宜环境和最佳路线下进行运输，达到对冷链运输环境远程监控、预警和智能决策的目的，降低劳动强度，提升管理效率。
Claims (4)
1.一种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，包括设置在冷链运输车内的数据采集系统（a）、数据传输存储系统（b）、计算机或移动应用终端监控预警系统（c）和环境监控系统（d），其特征在于，所述的数据采集系统（a）的输出端通过ZigBee无线通讯模块（5）双向连接数据传输存储系统（b）的输入端，再通过2G/3G/4G网络将采集的数据存储到云平台（8），数据传输存储系统（b）输出端双向连接到监控预警系统（c）的PC端或移动终端APP监控预警系统（9），PC端或移动终端APP监控预警系统（9）通过云平台（8）反馈上传至环境监控系统（d）。
2.根据权利要求1所述的种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，其特征在于，所述的数据传输存储系统（b）包括电源模块（10）包括传感器供电板和DC/DC转换器，分别用于给ZigBee无线通讯模块（5）、温湿度检测模块（1）、气体成分检测模块（2）、RFID包装传感模块（3）、GPS模块（4）供电。
3.根据权利要求1所述的种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，其特征在于，所述的环境监控系统（d）中的控制模块（28）包括换气扇（29）、加湿器（30）、氧气发生器（31）、二氧化碳发生器（32）、加热/制冷装置（33）、报警器（34）和电机（35）。
4.根据权利要求2所述的种基于物联网技术的鲜食果品冷链运输监控系统，其特征在于，所述的温湿度检测模块（1）、气体成分检测模块（2）、RFID包装传感模块（3）所采集数据到处理模块STM32单片机，再经串口RS232/RS485模块和ZigBee无线通讯模块（5）到ZigBee基站对数据进行打包，通过网关、2G/3G/4G网络上传至后台服务器云平台（8），控制模块（28）根据监控预警系统（c）的分析结果及发送的指令进行控制相应的控制模块。
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