智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

白少華，王墀錫

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221004）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)物流運(yùn)輸?shù)男视辛烁叩囊蟆，F(xiàn)階段利用天然冷源、人工冷源等方法無(wú)法有效控制冷鏈運(yùn)輸物品在規(guī)定條件下的運(yùn)輸過(guò)程中的溫濕度變化[1]，使得冷鏈運(yùn)輸物品在運(yùn)送中的質(zhì)量無(wú)法得到保證。

MAKNAVICIUS M等[2]提出一種輕量級(jí)的冷鏈監(jiān)管安全解決方案。冷鏈監(jiān)管在我們的日常生活中至關(guān)重要，以確保冷凍產(chǎn)品以及高效疫苗的分發(fā)。在法國(guó)CAPTEURS項(xiàng)目中研究了連接到載體調(diào)色板的傳感器網(wǎng)絡(luò)。在冷鏈故障的情況下，會(huì)在附近的傳感器中生成并注冊(cè)警報(bào)，以便同一網(wǎng)絡(luò)的任何傳感器都可以報(bào)告故障問(wèn)題。本文描述了一種輕巧而簡(jiǎn)單的安全解決方案，它適合冷鏈環(huán)境，并對(duì)第一次測(cè)試給出了反饋。PHILLIPS B[3]提出一種新方法改進(jìn)了管道故障的取證分析，如今運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越意識(shí)到及時(shí)、準(zhǔn)確地反映現(xiàn)實(shí)的重要性。本文提供了法醫(yī)分析的分步指南，重點(diǎn)介紹了識(shí)別不同觸發(fā)機(jī)制的方法，并回顧了可能的糾正措施及其結(jié)果。同時(shí)給出了一個(gè)案例研究，即2000年4月的白堊點(diǎn)管道故障，新技術(shù)幫助分析人員查明了故障原因，提出了建議，并最終防止了故障。毛蕤[4]提出一種第三方冷鏈物流體系構(gòu)建與評(píng)價(jià)研究。人們對(duì)生鮮食品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，冷鏈物流企業(yè)規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大，第三方物流也逐漸被冷鏈物流企業(yè)所重視，冷凍冷藏食品提供企業(yè)將部分工作外包給第三方物流企業(yè)，這樣既節(jié)約了成本，還提高了生產(chǎn)的效率。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)。利用通用異步收發(fā)傳輸技術(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，將數(shù)據(jù)保存服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)以及提供傳輸端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到PC端和Android移動(dòng)端讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、多平臺(tái)、全方位、無(wú)差異、可溯源、可查詢的信息數(shù)據(jù)展示預(yù)警功能。

1 智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 框架設(shè)計(jì)

溫濕度監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)作為對(duì)冷藏品冷鏈物流運(yùn)輸途中進(jìn)行車(chē)廂環(huán)境監(jiān)測(cè)與保質(zhì)保量的根本，是實(shí)現(xiàn)冷鏈運(yùn)輸全程監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)偵查的必要技術(shù)之一。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑的搭建，獲取車(chē)廂環(huán)境數(shù)據(jù)，云存儲(chǔ)技術(shù)保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效存儲(chǔ)與管理[5-6]，C# winform技術(shù)和Android開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳感器采集數(shù)據(jù)的展示并能夠智能預(yù)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。

針對(duì)冷藏物品的不同，操作者可以在PC端或者Android移動(dòng)客戶端設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，系統(tǒng)針對(duì)此數(shù)值進(jìn)行判斷，如果傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)值大于設(shè)定的數(shù)值，就會(huì)進(jìn)行智能自動(dòng)超標(biāo)預(yù)警[7-9]。多系統(tǒng)、跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)獲取傳輸為項(xiàng)目功能的設(shè)定提供了先天優(yōu)勢(shì)，全方位無(wú)差異的功能體現(xiàn)也以此為基礎(chǔ)。智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則將項(xiàng)目功能分析分為四大功能模塊進(jìn)行闡述，分別為數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能模塊、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)功能模塊、服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能模塊、界面展示預(yù)警功能模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊采用傳感器硬件設(shè)計(jì)，傳感器為溫濕度傳感器和蜂鳴報(bào)警器，主要完成溫濕度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)功能。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊采用ZigBee無(wú)線模塊設(shè)計(jì)，設(shè)有終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點(diǎn)上連接傳感器，該模塊同時(shí)采用通用異步收發(fā)傳輸技術(shù)，主要完成無(wú)線傳輸、組網(wǎng)迅捷功能和無(wú)差異智能網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。

服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用Windows Server服務(wù)器，數(shù)據(jù)通過(guò)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，主要完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并傳輸展示功能。展示預(yù)警模塊采用PC端和Android移動(dòng)端雙系統(tǒng)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)展示預(yù)警界面開(kāi)發(fā)，主要完成車(chē)載電腦展示與超標(biāo)預(yù)警功能和Android移動(dòng)端展示以及超標(biāo)預(yù)警功能。

通過(guò)上述過(guò)程完成框架設(shè)計(jì)，提高無(wú)線溫度預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)

智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)是以冷鏈運(yùn)輸為主要研究對(duì)象的一套幫助用戶做溫度預(yù)警決策的智能系統(tǒng)[10-11]。以ZigBee無(wú)線傳輸模塊代替以往的有線布置，準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)冷鏈車(chē)廂的環(huán)境變量，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)客戶端，從而直觀地實(shí)現(xiàn)環(huán)境變量監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急方案匹配等功能。硬件體系是使用CC2530片上系統(tǒng)（SoC）解決方案，CC2530具有性能優(yōu)良、低速率、短距離、低功率的特點(diǎn)。項(xiàng)目硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖3。

智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，需要用到溫濕度傳感器、PC機(jī)等實(shí)物。將傳感器并聯(lián)到ZigBee傳輸模塊上，并接對(duì)端口。

協(xié)調(diào)器通過(guò)串口轉(zhuǎn)接線與服務(wù)器連接，終端節(jié)點(diǎn)被布置在冷鏈車(chē)廂的合適位置，通過(guò)其上的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境的參數(shù)，最后通過(guò)天線以無(wú)線的方式將監(jiān)測(cè)到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。由于協(xié)調(diào)器和服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，這時(shí)PC機(jī)連接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)可以顯示出環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)溫度的監(jiān)控，同時(shí)Android移動(dòng)客戶端通過(guò)聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)就可以查看到此時(shí)所想要查看的冷鏈車(chē)廂的環(huán)境狀況。簡(jiǎn)化后的溫度預(yù)警系統(tǒng)圖，見(jiàn)圖4。

1.3 移動(dòng)客戶端設(shè)計(jì)

移動(dòng)端登錄界面是通過(guò)獲取SQL Lite數(shù)據(jù)庫(kù)中的username、password進(jìn)行判斷，登錄成功的用戶可以查看該用戶的車(chē)廂的環(huán)境信息。新用戶也可以創(chuàng)建賬號(hào)，需要進(jìn)行輸入用戶信息，然后與SQL Lite數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)判斷是否有重復(fù)的用戶名，然后進(jìn)行提示。移動(dòng)端實(shí)時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器推送的數(shù)據(jù)，當(dāng)移動(dòng)端接收的貨物的運(yùn)送環(huán)境信息超過(guò)或低于閾值時(shí)，將會(huì)對(duì)用戶一個(gè)警告的提示，移動(dòng)端設(shè)備將會(huì)振動(dòng)，提示正在開(kāi)車(chē)或休息的司機(jī)貨物的環(huán)境情況。此模塊通過(guò)Vibrator類負(fù)責(zé)對(duì)移動(dòng)端設(shè)備震動(dòng)的處理，不僅有移動(dòng)端設(shè)備振動(dòng)的提示，還有彈框提示，明確告訴司機(jī)溫度是超出還是低于閾值。用戶可以通過(guò)歷史信息展示模塊查看過(guò)去的傳感器記錄的車(chē)廂的環(huán)境溫濕度變化的數(shù)值，數(shù)據(jù)通過(guò)表格的形式展現(xiàn)。模塊不僅記錄了溫濕度，還記錄了節(jié)點(diǎn)和時(shí)間，用戶可以通過(guò)時(shí)間順序查找數(shù)據(jù)，便于查找信息。移動(dòng)端流程見(jiàn)圖5。

移動(dòng)客戶端的網(wǎng)絡(luò)模式通過(guò)2G/3G/4G/WLAN等無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)端之間的數(shù)據(jù)傳輸。用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求至服務(wù)器，服務(wù)器端接收用戶指令并將冷鏈車(chē)廂空間環(huán)境數(shù)據(jù)信息返回給用戶。其結(jié)構(gòu)體系見(jiàn)圖6。

移動(dòng)客戶端應(yīng)用程序主要功能分為兩部分：一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸過(guò)程中貨物的溫度變化，以保證貨物在適宜的溫度中；另一方面是警示運(yùn)輸司機(jī)，可以通過(guò)A移動(dòng)設(shè)備接收到信息，從而超標(biāo)預(yù)警，用最有效的方法和最快的時(shí)間處理處于不適宜環(huán)境的運(yùn)輸中。移動(dòng)端應(yīng)用程序功能模塊圖見(jiàn)圖7。

移動(dòng)客戶端主要包括兩個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)展現(xiàn)傳感器所在車(chē)廂的環(huán)境信息，二是設(shè)定閾值進(jìn)行預(yù)警。在此基礎(chǔ)上，移動(dòng)端包括：實(shí)時(shí)信息展示功能、歷史信息展示功能、設(shè)定閾值功能、預(yù)警功能。用戶在使用軟件的時(shí)候，需要登錄賬號(hào)成功才可進(jìn)入功能選擇界面，該系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔易懂。功能選擇界面見(jiàn)圖8。

2 結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與統(tǒng)計(jì)，達(dá)到數(shù)據(jù)的可控、可溯性，本文對(duì)智能無(wú)線溫度預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)溫濕度傳感器和蜂鳴報(bào)警器，完成溫濕度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)功能。采用異步收發(fā)傳輸技術(shù)，主要完成無(wú)線傳輸、組網(wǎng)迅捷功能和無(wú)差異智能網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。通過(guò)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，主要完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并傳輸展示功能。根據(jù)網(wǎng)頁(yè)客戶端，實(shí)現(xiàn)環(huán)境變量監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急方案匹配等功能。PC機(jī)連接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)可以顯示出環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)溫度的監(jiān)控。