基于NB-IOT的智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)

邵宏信

摘 要：隨著“工業(yè)4.0”時代的到來，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)向智能企業(yè)轉(zhuǎn)型升級已成為必然趨勢，傳統(tǒng)的物流管理模式不論是在人工成本、管理效率及實時監(jiān)管等方面都不符合當(dāng)前高質(zhì)量發(fā)展要求，而本文提到的基于NB-IOT的智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)，不僅可有效減少人工成本，還能實現(xiàn)卷煙在流通中的實時追溯及監(jiān)管等。

關(guān)鍵詞：卷煙管理;NB-IOT;RFID電子標(biāo)簽

1 概述

目前，我國煙草工業(yè)企業(yè)與煙草商業(yè)企業(yè)之間已經(jīng)建立了相對完善并且安全的物流系統(tǒng)[1]，但是卷煙在途運輸配送監(jiān)管環(huán)節(jié)還一直處于空白得狀態(tài)，因此卷煙運輸過程中的實時監(jiān)控，不僅可以有效降低人工成本，并且對于保障卷煙運輸安全也有著十分重要的意義。

在途運輸過程中對于環(huán)境的控制存在了很多的不確定性，例如外界環(huán)境溫濕度、車輛顛簸、振動等，如果不能夠及時發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)溫濕度的明顯變化，可能會對卷煙造成不必要的損害及影響;運輸?shù)能囕v在途中如果嚴(yán)重偏離了預(yù)定的運輸路線，也沒有辦法及時發(fā)現(xiàn);在途運輸?shù)倪^程中卷煙的數(shù)量發(fā)生了變化。針對這一系列存在的問題，本文中提到的運用了RFID電子標(biāo)簽并基于NB-IOT的智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)是比較切實可行的解決方案[2]。

2 整體設(shè)計架構(gòu)

智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)主要由便攜式識讀設(shè)備以及后臺通信系統(tǒng)這兩部分組成。便攜式識讀設(shè)備可以識讀卷煙包裝上的RFID電子標(biāo)簽，RFID電子標(biāo)簽里包含卷煙的具體信息（可包括編號、名稱、數(shù)量、產(chǎn)地等），便攜式識讀設(shè)備可以將現(xiàn)場的溫度、濕度等及其他需要監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)實時顯示在顯示屏上，并通過NB-IOT將數(shù)據(jù)傳輸給后臺通信系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控[3]。且當(dāng)溫度、濕度等參數(shù)超過閾值時，同時啟動蜂鳴器報警，并將報警信息發(fā)送給后臺通信系統(tǒng)。

從成本、便攜性等方面考慮，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)足以滿足需求，圖1為智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖[4]。便攜式識讀設(shè)備通過超高頻讀寫模塊來識別現(xiàn)場的RFID電子標(biāo)簽信息，對卷煙進(jìn)行掃描盤點;便攜式識讀設(shè)備可通過NB-IOT模塊進(jìn)行實時定位管理，對于偏離預(yù)設(shè)路線的車輛可報警提示，并發(fā)送報警信息至后臺服務(wù)器;便攜式識讀設(shè)備與后臺的服務(wù)器進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)后臺系統(tǒng)的指令下發(fā)以及便攜式識讀設(shè)備數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器的功能，從而可以達(dá)到卷煙在途實時監(jiān)管的目的。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

便攜式識讀設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個電路可以依據(jù)不同的功能劃分為主要功能模塊、核心控制模塊及供電模塊。

主要功能模塊由NB-IOT通信模塊、超高頻識讀模塊、顯示屏模塊、溫濕度采集模塊和蜂鳴器報警模塊等組成[5]。核心控制模塊通過NB-IOT通信模塊無線連接后臺服務(wù)器，可實現(xiàn)指令的接收和數(shù)據(jù)的上傳，并可通過基站來獲取實時的定位信息，實現(xiàn)卷煙的在途實時監(jiān)管;通過超高頻識讀模塊識別卷煙包裝上的RFID電子標(biāo)簽，進(jìn)行出入庫盤點;溫濕度采集模塊采用傳感器將所采集到的數(shù)據(jù)傳送給核心控制模塊，由核心控制模塊進(jìn)行判斷，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過提前設(shè)置的閾值時，蜂鳴器報警啟動報警功能，并將報警信息通過NB-IOT傳送給后臺服務(wù)器;顯示屏可顯示實時的采集數(shù)據(jù)。

3.1 核心控制模塊

便攜式識讀設(shè)備經(jīng)過綜合考慮，支持所有功能模塊的接口及后期功能擴(kuò)展，并且能夠滿足低功耗的情況下，系統(tǒng)選擇了STM32F103RET6作為MCU?；贑ortex-M3內(nèi)核的32位微控制器[6]，該型號單片機(jī)引腳數(shù)為64，F(xiàn)lash容量為512KB，封裝類型為LQFP，正常工作時溫度范圍為-40℃～85℃，工作電壓范圍為2.0V～3.6V，最高工作頻率為72MHz，并且具有多路SPI、UART和I2C等通信接口，完全可以滿足數(shù)據(jù)信息的采集，以及與子模塊之間的數(shù)據(jù)通信需求。

3.2 NB-IOT通信模塊

NB-IOT無線通信模塊足由BC95模組以及SIM卡座、串口電路、濾波天線、復(fù)位電路組成，由電源模塊供電[7]。本模塊將來自核心控制模塊的卷煙盤點信息、環(huán)境采集信息以及報警信息通過Internet將數(shù)據(jù)發(fā)送到IOT云平臺，并接收用戶通過Internet發(fā)送來的指令[8]。

3.3 超高頻識讀模塊

超高頻識讀模塊采用羅丹貝爾M-500型號的模塊[9]，該模塊可對粘貼在卷煙包裝上的RFID電子標(biāo)簽存儲的信息進(jìn)行讀寫，并可修改電子標(biāo)簽的訪問密碼，可對電子標(biāo)簽進(jìn)行鎖定和銷毀;良好的防沖撞性能，可同時讀取多個電子標(biāo)簽;配置小型圓極化天線，讀寫速度快。該模塊包含了射頻模塊、數(shù)字信號處理模塊、輸入/輸出接口以及通信接口，滿足便攜式識讀設(shè)備的基本需求。

4 總結(jié)

智能卷煙在途監(jiān)管系統(tǒng)是煙草工業(yè)運輸監(jiān)控體系的延伸[10]，該系統(tǒng)采用了RFID電子標(biāo)簽、NB-IoT無線通信等技術(shù)，采集在途過程中卷煙的實時環(huán)境信息數(shù)據(jù)、定位信息及卷煙狀態(tài)監(jiān)測。并結(jié)合了后臺通信服務(wù)器，可以建立起一個完整的卷煙在途監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，有效的實現(xiàn)了卷煙在途過程中實時定位跟蹤、定點檢查校驗、物流全過程信息追溯等功能，極大的提高了煙草運輸配送的安全性。

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