冷鏈運(yùn)輸?shù)凸哪秃疁貪穸葌鞲邢到y(tǒng)設(shè)計(jì)

◎ 方娟 蔣國平 陳中原 鄭建國 周祥祥

隨著冷鏈運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，智能化、低成本、穩(wěn)定性強(qiáng)的溫濕度檢測系統(tǒng)成為了研究熱點(diǎn)。目前，基于防凍型溫濕度傳感器、耐寒電子元器件和數(shù)控電路等技術(shù)的日益成熟，使得研制滿足上述要求的檢測系統(tǒng)成為可能。本文基于TI公司的耐寒芯片和器件，設(shè)計(jì)了一款用于冷鏈運(yùn)輸?shù)牡凸臏貪穸葯z測系統(tǒng)，研究內(nèi)容具有重要的研究價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。

引言：隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，食品的安全問題越來越受到重視，食品的品質(zhì)要求越來越高，從而促進(jìn)了冷鏈運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，包括冷鏈物流和冷鏈配送等環(huán)節(jié)，冷藏車的數(shù)量也隨之逐年增加。然而我國在低溫保險(xiǎn)和冷藏運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)方面還落后于發(fā)達(dá)國家，冷鏈運(yùn)輸過程中的設(shè)備智能化水平不高，從而導(dǎo)致了食品品質(zhì)容易變質(zhì)、經(jīng)濟(jì)易受到損失等問題。為了保證食品安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，本文設(shè)計(jì)了一款針對(duì)冷鏈運(yùn)輸?shù)臏貪穸葌鞲邢到y(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測冷藏車內(nèi)的溫濕度。本文設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)主要具有檢測靈敏度高、抗凍性能好、低功耗、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。由于該檢測系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用市場和巨大的商業(yè)價(jià)值，因此具有重要的研究價(jià)值。

一、冷鏈運(yùn)輸中溫濕度檢測概述

在冷鏈運(yùn)輸過程中，食品存儲(chǔ)空間的環(huán)境溫濕度是檢測對(duì)象。環(huán)境溫度方面，低溫能夠抑制微生物的生長，還可以抑制酶的活性和呼吸作用，控制溫度保持在低溫水平可以有效地增加食品的保存時(shí)間，保障食品質(zhì)量。但是低溫對(duì)于常規(guī)的檢測設(shè)備是不利的，一方面低溫會(huì)降低電池的使用壽命，甚至造成電池的過早損壞，另一方面低溫會(huì)導(dǎo)致一些電子器件包括傳感器的不正常工作，影響檢測靈敏度或?qū)е缕骷p壞，因此需要采取措施防止低溫對(duì)擬研制的溫濕度傳感器的破壞。

環(huán)境濕度方面，空氣中的含水量會(huì)直接影響到食品的水分含量和水分活度，當(dāng)環(huán)境中的相對(duì)濕度小于食品中的水分活度時(shí)，食品中的水分就會(huì)溢出，直到食品中的水分活度與環(huán)境中的相對(duì)濕度達(dá)到平衡為止，當(dāng)環(huán)境中的相對(duì)濕度大于食品中的水分活度時(shí)，環(huán)境中的水分就會(huì)進(jìn)入到食品當(dāng)中，導(dǎo)致霉菌等微生物的產(chǎn)生，造成食品的腐爛變質(zhì)，因此需要對(duì)環(huán)境中濕度進(jìn)行精確的實(shí)時(shí)測量。當(dāng)環(huán)境濕度過大時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象，造成電子設(shè)備短路損壞，這也是擬研制的溫濕度檢測器需要避免的問題。

二、檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，系統(tǒng)中采用TI公司的MSP430處理器作為主控制器，并采用TI公司的耐寒型溫濕度傳感器作為檢測元件，通過主控制器與傳感器的連接，可以實(shí)時(shí)檢測環(huán)境溫濕度。系統(tǒng)中采用了多節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，可以對(duì)多個(gè)區(qū)域的溫濕度進(jìn)行檢測，并把檢測結(jié)果發(fā)送至主控制器，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信控制和報(bào)警燈功能的實(shí)現(xiàn)。

三、發(fā)展前景

近年來，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值中的農(nóng)產(chǎn)品加工和運(yùn)輸占比逐漸提高，然而和發(fā)達(dá)國家對(duì)比仍有較大的差距。以美國為例，我國的農(nóng)產(chǎn)品加工和運(yùn)輸在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的投資占比不及美國的10%，一方面表明我國的農(nóng)產(chǎn)品加工和運(yùn)輸發(fā)達(dá)程度不足，另一方面也表明我國在該領(lǐng)域的市場潛力較大。近年來，我國的冷鏈物流行業(yè)市場規(guī)模在逐年提高，如圖2所示，圖中2019年和2020年為預(yù)測值，可以看到預(yù)期到2020年時(shí)，我國冷鏈物流行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到近5000億元，是2015年的三倍有余。因此，研制冷鏈物流行業(yè)相關(guān)的設(shè)備和產(chǎn)品，將具有較大的發(fā)展前景。

結(jié)論：本文設(shè)計(jì)了一款基于TI公司傳感器和電子元器件的低功耗耐寒型溫濕度傳感系統(tǒng)，用于冷鏈運(yùn)輸過程中的溫濕度實(shí)時(shí)檢測。系統(tǒng)采用多節(jié)點(diǎn)的溫濕度檢測設(shè)計(jì)，可以將多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度通過無線方式與主控制器進(jìn)行通信，并對(duì)產(chǎn)生的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，研究內(nèi)容具有重要的研究價(jià)值，并具有一定的商業(yè)潛力，具有較強(qiáng)的市場價(jià)值。