冷链运输监测系统

冷链运输监测系统（共7篇）

冷链运输监测系统 篇1

冷链物流保证温度敏感性产品在生产、运输、销售直到消费前的各环节,始终处于规定的低温环境,用以减少物流损耗。典型的温度敏感性产品包括:生鲜食品和园艺品,血液、疫苗和药品。我国冷链物流市场具有非常大的发展空间[1],如何在流动车厢内保持产品稳定的温、湿度,减少物流损耗,是冷链运输需考虑的重要因素。

近年来,ZigBee技术被广泛应用于无线环境监测[2]。但是针对冷链运输监测的集中监管、局域分布、整体流动的特点,需要开发比ZigBee方案功耗更低、更能适用于冷链运输环境的系统方案。为此,笔者设计了冷链运输监测系统,系统基于ARM芯片,采用GPRS和无线自组网技术,自定无线网络协议,对冷链运输过程进行远程监控。

1 系统总况

冷链运输具有分散和流动的特点,冷链车厢内温度低、基础设施少并且运行路程长。系统需要具备长时间的连续监测功能;在人力资源缺少的情况下,能自主地进行各测试点的绑定与监测;需要足够完善的数据库,并由服务器集中进行监控和报警。

笔者设计的冷链运输监测系统(图1)由数据采集模块、数据汇转模块和服务器组成。数据采集模块负责采集温度和湿度,与数据汇转模块进行无线组网,周期地上报温、湿度信息;数据汇转模块是系统的信息中转站,上行与服务器通信,下行与数据采集模块通信,收集各采集点的温/湿度数据,对数据进行存储、处理并上报,同时监视运输车辆的路线,每辆运输车安置一个数据汇转模块;服务器负责发送命令,接收并存储数据,发送报警信息,用户可以通过客户端访问服务器上的操作界面。

2 数据汇转模块

2.1 硬件

数据汇转模块主要由主控制器、无线传输模块、GPRS模块和GPS模块组成,其硬件设计如图2所示。

2.1.1 主控制器

主控制器采用32位的ARM低功耗微处理器STM32F103RCT6,具有256KByte Flash、48KByte RAM,工作频率可达72MHz,能够满足冷链运输过程中温度和湿度监测与数据处理的需求。该处理器具有5个异步串行接口[3,4],能够同时连接GPRS模块、无线传输模块和GPS模块,还可以扩展TF卡用于存储数据,适用于冷链运输监控系统多串口应用的需求。

2.1.2 无线传输模块

车厢与驾驶座隔离,而且车厢内数据采集模块的数量和位置可能临时变动,因而笔者在设计过程中选用基于SX1212芯片的超低功耗的无线传输模块,其工作电压在2.1～3.6V,接收电流3mA,发射电流35mA,待机电流1.5μA。与ZigBee方案相比(如CC2530),基于SX1212芯片的无线传输方案功耗更低。在冷链冷藏车厢屏蔽的情况下,通信距离可以达到50m。无线传输模块的硬件电路如图3如示。

2.1.3 GPRS模块

GPRS通信覆盖范围广、传输效率高,TCP/IP协议数据传输可靠性高,使用方便、灵活。冷链运输监控系统设计中选用了SIM900A模块,该模块功耗低、尺寸小,而且技术资料也较为透明,使用方便。休眠模式下,SIM900A模块的电流最低能达到1.5mA,工作时则为十几到几十毫安[5,6]。设计过程中充分利用SIM900A模块的休眠模式,对降低功耗有很大帮助。冷链运输监测系统GPRS模块的硬件电路如图4所示。

2.1.4 GPS模块

设计采用Goeget ST-200模块采集车辆的位置信息。该模块能快速定位追踪20颗卫星,内置陶瓷天线,并可置外接天线于无屏蔽无遮挡处改善信号。

2.2 数据汇转模块软件

数据汇转模块的主流程如图5所示,主要分为两部分:上报自身编号并申请指令;完成指令后根据组网状态上报数据或下次唤醒。在程序执行过程中,通过GPRS传来的唤醒短信触发中断,使程序回到最初,开始新一轮流程。

3 系统网络

冷链运输监测系统设计采用二级网络形式,上级走GPRS通道,连接服务器与数据汇转模块;下级走无线通信通道,各数据汇转模块分别与数据采集模块进行组网。

3.1 二级网络

3.1.1 GPRS网络

数据汇转模块经由SIM900A模块与服务器进行远程连接后,采取主动模式请求服务器下达指令;根据客户的需求,每隔一个周期就上报一组监测数据。如此,构成GPRS网络通道。

3.1.2 无线星型网络

数据汇转模块和数据采集模块之间通过基于SX1212芯片的无线传输模块连接,构成星型网络。组网过程结束后,二者进行点对点通信。数据汇传模块作为主节点管理网络。

3.2 无线自组网的实现

设计采用适合冷链运输环境的自主网络协议,以数据汇转模块作为中心节点,数据采集模块作为一般节点,可以随时加入监测系统[7]。

无线自组网络物理层的频率在430～437MHz,以100kHz的带宽分为64个信道。默认信道0～31为公共信道,与冷链企业关联,避免同时、同地、不同企业出现绑定错误。模块组网后转为专有信道32～63,降低两辆冷链车辆发生碰撞的概率。为提高信道的抗干扰性,信道采用高效的循环交织纠检错编码[8],编码增益接近3dBm,保证冷链运输能够在强干扰的工业环境中具有良好的传输效果。

数据链路层采用数据帧进行数据传输[9]。数据帧的格式见表1,前导码为32位二进制数,为1010交替进行,其目的是使接收机与发射机同步。同步码为16位二进制数。帧选项包括命令字及帧类型等信息,占用1Byte,对应不同的指令内容。结束标志表示一个传输帧的结束。

组网时,每个数据采集模块上报自己的ID,设计采用防碰撞算法。现有的二叉树算法逐次读取数据采集模块的ID,可以有效地避免冲突,但效率较低;帧时隙ALOHA算法(Framed Slotted ALOHA)效率较高,但当模块数量较多时会有严重的冲突[10]。结合实际应用,与标签不同,数据采集模块作为行业应用,相邻ID的模块一般集中在一家冷链企业之中。因此,设计采用二叉树与帧时隙ALOHA的融合算法,即初期按编号二叉树算法进行分类,然后以帧时隙算法读取数据采集模块的ID。

设计中二叉树算法分类的二进制数由温、湿度采集模块的编号决定,比如在20位的编号范围内搜索进行组网时,数据汇转模块从19位开始按1、0分为两个区段命令,数据采集模块上报自身ID,系统利用SX1212芯片的场强检测功能,判断是否发生冲突,可知是否有19位为0或1的模块需要组网;同理,判断其他位。最终可知哪些区段中有数据采集模块存在。

得知分布区间后,按照帧时隙ALOHA方法,让数据采集模块按本身编号的最低8位数产生固定的延时时隙,分区间上报ID。如此,就运用帧时隙ALOHA方法避免了冲突[11,12,13]。

在实际使用中,分配到冷链单位的模块数量有限,编号连续,组网的模块一般分配在1～2个区间,当通信速度为10kb/s时,50条指令传输的时间加上两次时隙延时的时间即可完成组网。

4 测试

系统行车测试过程中,将汇转模块Etest置于副驾驶座,将GPS外接天线置于车顶;3个采集模块TW001、TW005和TW006置于车厢内的分散放置点。服务器发出自动组网命令,得到返回信息表示组网成功后,开始模拟冷链运输过程。服务器设置的参数有:自动组网,温、湿度上报周期60s,上报组数两组,温度上、下限0～15℃,湿度上、下限0%～99%,电池电量上报周期1h。

发车2min后,测试人员通过观察服务器的用户界面,得到上传的温、湿度数据。此后每隔2min收到两组数据,数据列表如图6所示。

发车1h后,服务器界面开始收到数据采集模块的电量数据。此后每隔1h收到一组,结果如图7所示。

由GPS采集到的经、纬度信息,每2min收到两组,由服务器将这些坐标点录入百度地图,并且描点制作出行车路线,如图8所示。

通过测试得出,数据采集模块采集温/湿度的准确性和一致性都很好;数据汇转模块能够迅速又稳定地处理温/湿度数据,实时性好,经/纬度定位准确;两级无线网络通信稳定。系统能够很好地满足冷链运输过程的各项监测要求。

5 结束语

冷链运输监测系统主要运用数据采集与处理技术、无线传输技术和网络自组技术,实现对产品温、湿度的实时监测以及预警,保证对冷链运输过程的有效远程监控。系统安全稳定、功耗低,具有良好的实时性,自主组网协议适用于冷链运输环境。同时,对系统的研究与应用也能为物联网的智能监控管理与信息共享技术打下基础。

冷链运输监测系统 篇2

1 冷链温湿度定点实时监测网络平台系统

(1)适用范围:冷库、冷藏车。(2)功能:具备监测数据查询、自动报警及查询统计等功能。(3)开关机操作及运行状态指示:监测设备具有开关机健、功能查询健和功能指示灯。中心安排专人负责平台的监测数据状况,发现冷链设备运行异常及时分析处理。(4)设备安装:每个冷库安装3个探头,探头要求安装在冷链设备中间位置,每5分钟采集一次监测探头区域温湿度数据,并上传至冷链监测管理平台。(5)温度设定:常温冷库运行温度范围为2℃～8℃,低温冷库运行温度范围为-20℃以下。(6)系统运行要求:各级疾控中心安排疫苗冷链管理人员,每天查看冷链设备的运行状况,及时查看和响应处理,并及时在平台上做好相关记录。(7)冷藏药品和温度记录仪的摆放:冷库内疫苗应按品种、批号分类堆放,采用冷藏车运输疫苗时,应先行启动冷藏车制冷设备,待车厢内达到规定温度后方可使用。

2 冷链温湿度定点实时监测网络平台系统的功能及应用

疫苗在运输和存储等环节有严格的冷藏保温要求,温度过高或过低都会对疫苗的质量产生影响,使疫苗的效价降低甚至完全失效。人工测量和纸面记录的冷链监测方式不能完全满足现代生物制品存储和运输需要全程记录温度的管理要求,全自动与实时监控生物制品冷链管理信息系统能解决此弊端。

系统采用先进的温湿度网络检测仪与监控中心平台相结合的系统架构,实现了对疫苗运输、存储等环节的温湿度自动实时监测。温湿度网络检测仪应用于各级冷库、冷藏车监测,能够实时采集探头所在位置的温湿度,并通过GPRS网络无线回传给监控中心。监控中心管理平台可实现以下功能:(1)接受、管理所有检测仪上传的温湿度数据。(2)存储全部冷库、冷藏车的历史温度记录。(3)实时查询、打印任何一个冷库当前的温湿度情况。(4)调阅任何一个冷库或冷藏车任何一个时段的温度记录,并绘制曲线直观表达。(5)实现日志管理。(6)实现多种报表的统计和查询。(7)提出冷库关机申请。(8)实现短信告警。(9)实现超温、潮湿短信告警。(10)授权、修改和增减接警人员信息。(11)查询告警记录,统计告警数据,进行告警原因说明。

3 冷链温湿度定点实时监测网络平台系统应用后所取得的效果

全省各疾控中心都实现安装了冷链温湿度定点实时监测网络平台系统,实现了冷链温湿度数据平台实时监测记录、冷链数据异常时能及时发送短息告知冷链管理人员及数据查询统计等功能,建立了完善的生物制品冷链监测网络系统,能够覆盖网络区域内所有监测点,满足了用户对疫苗存储和运输过程的规范化、信息化管理的工作需求。具体如下:(1)发现了遮挡压缩机温度探头对冷库实际温度的影响。(2)发现了判断冷库设备压缩机启动频率分析压缩机制冷效果即密封情况。(3)发现了估算冷库压缩机参数的合理值。(4)及时发现了由于断电等情况导致压缩机停止工作冷库温度高于正常值的情况。(5)发现了疫苗不按规定堆积而影响冷库内空气循环导致温差很大的情况。(6)发现了压缩机测温探头测温不准的情况。(7)发现了冷库门口气帘在疫苗出入库时有很大的保护作用。(8)发现了部分地区常温冷库在冬季压缩机不工作的情况下出现的低温告警。

建立生物制品冷链的全程温湿度追踪、预警的综合信息服务平台,有效加强了对疫苗存储、运输中的温湿度管理,能保证疫苗质量、保障预防接种的安全性和有效性。作用和意义如下:(1)能够与生物制品管理系统数据共享,实现疫苗流通和使用过程的整合管理。(2)用全自动化的信息化监测技术手段取代人工测量和纸面记录,在保证数据的实时性和正确性的同时,极大地提高了用户的工作效率。(3)长期保存详细的监测结果,为用户安全监管,责任认定提供数据支持。(4)为上级单位考核提供有效的数据支持。(5)解决了长期以来冷库内因为疫苗堆放导致的冷库内温度不均衡的问题。(6)发现冷库温度范围参数和自动除霜参数设置异常,确保冷库温度保持在规定的范围内。(7)及时发现因疫苗码放问题、制冷设备运行故障等导致的失温情况,以避免疫苗长时间失温而报废损失。(8)通过分析温度记录,及时解决一些以前人工监测难以发现的问题,如:开关门对冷库温度的影响、不同季节对冷库温度的影响,并对冷库的参数及时做出相应的调整。

4 讨论

冷链是指为保证疫苗从疫苗生产企业到接种单位运转过程中的质量而装备的储存、运输冷藏设施和设备。冷链设施、设备包括冷藏车、疫苗运输工具、冷库、冰箱、疫苗冷藏箱、疫苗冷藏包和冰排等[1]。为进一步落实《中华人民共和国疫苗流通和预防接种管理条例》[2],加强对疫苗储存、运输温湿度的监测与管理,保障预防接种的安全性和有效性,江苏省疾控中心成功建立了冷链系统自动化温湿度监控网络,从而改变了过去每天由冷链管理人员定时定点使用温度计观察记录每座冷库温湿度数据的情况,实现了冷链温湿度监测的自动化、网络化和信息化,大大提高了工作效率。冷链温度监控系统对每座冷库(每辆冷藏车)进行编号,并在冷库中(冷藏车中)安装温湿度探头,然后通过局域网络(GPS定位),将监测到的温湿度数据显示在计算机屏幕上,管理人员只需要通过计算机屏幕就能直观地了解每座冷库(每辆冷藏车)的温湿度变化。该系统除了自动采集数据外,还具有实时显示温湿度数据的功能,它即可以自动绘制每座冷库(每辆冷藏车)的温湿度变化曲线,又可以用表格形式显示监测结果[3]。利用本系统可以随意查询任意时间段任意一座冷库(冷藏车)的温湿度数据,监测结果不仅能长期保存在计算机硬盘上,而且能通过打印机对数据表、曲线图进行打印,这样就保证了冷链系统温湿度监控电子、书面档案的完整性。

冷链温湿度定点、定时监测网络平台系统存在的问题及对策:(1)部分冷库的运行参数不合理,具体表现为常温库制冷机温控探头的温度在8℃后没有及时启动,低温库制冷机温控探头的温度至-20℃后没有及时启动;后经调整后运行正常。建议常温冷库制冷机的运行范围为4℃～6℃,低温库制冷机的运行范围为-20℃以下。(2)部分冷库的监测探头被疫苗箱严重遮挡,从而影响环境测温数据,经沟通指导后运行正常。曾发现制冷机的温控探头(外置温控探头)被用户堆放的疫苗遮挡,造成冷库工作出现零度以下超低温的运行状态,管理员要加强责任心,避免类似情况发生。(3)冷库疫苗堆放遮挡了制冷机出风口,影响冷库环境的整体制冷效果,应避免类似情况的发生,尽可能地保证冷库空气的循环流动。(4)冷库盘存疫苗期间库门开启时间过长,造成冷库环境温度超值,需要很长时间制冷降温。管理人员应控制冷库开门的时间和进入冷库的人数,此外在冷库门口安装气帘或塑料门帘也可以达到很好的保温效果。

本系统采用服务器/客户端方式,实现多个计算机终端进行数据显示与监控的功能。同时,它还具有一个重要功能,即短信自动报警功能。根据每座冷库(每辆冷藏车)设置的温湿度参数,如果实时监测到的温湿度一旦失常,计算机屏幕便以醒目的红色闪烁提示报警,然后通过通讯网络向事先设定的管理人员手机发送报警短信。我省冷链系统自动化温度监控网络的成功建立,使冷链系统温湿度监测工作更加方便快捷,实现了对免疫规划疫苗贮存、运输工作的全程自动化管理,使我省冷链系统管理达到了一个新的水平。

参考文献

[1]卫生部.计划免疫技术管理规程[S].1998:65.

[2]2中华人民共和国卫生部.预防接种工作规范[S].2005-09.

冷链运输监测系统 篇3

冷链是指疫苗从生产到使用的全过程的相关环节, 为保证疫苗在存储、运输和接种过程中, 都能保持在规定的冷藏温度条件下而装备的一系列设备及其转运过程的总称。冷链系统的复杂性决定了, 人根本不可能进行实时监控, 这样不仅会浪费大量人力资源, 同时不容易提前预警。而大量的统计、分析工作和信息全部由人工完成, 也难以保证其准确性和真实性。随着信息技术的发展, 采用远程监控方案, 可以方便的对分布的冷链系统进行集群化管理, 提前预警等。

我们通过信息化的手段并结合《疫苗流通和预防接种管理条例》, 针对疫苗流通各环节可能出现的问题, 开发出常熟市冷链设备温度监测报警系统, 立足于对全市范围的疫苗冷链进行全天候、全方位的动态监测。该系统通过在相应冷链设备内放入的温度感应探头来采集温度信息并传送到冷链设备外的温度传感器上, 再通过网络把数据信息传输到系统服务器, 而全市也通过网络实现对各冷链监控点进行实时监测。

冷链设备温度监测报警系统由四个模块组成, 分别为:冷链设备管理模块、冷链设备监测模块、报警管理模块和权限管理模块。

冷链设备管理模块:登记被监测冷链设备的名称、型号、使用单位等基本信息, 为所有接入的冷链设备建立一个信息库, 方便工作人员对冷链设备的统一管理。

冷链设备监测模块:用来查看被监测设备的实时温度, 并且还可以通过查看被监测设备的历史温度数据来判断该冷链设备运行是否正常、稳定, 方便工作人员及时的发现并排除隐患。

报警管理模块:用来设置相应冷链设备的温度范围, 一旦温度超过设定的范围, 就会向相应的设备管理人员发送短信, 通知对方前来处理。另外还可以报警信息统计功能来汇总统计各监测点的报警、处理次数, 报警原因等数据。

权限管理模块:用来设置和分配各级用户的操作、管理权限, 方便各冷链监测点的工作人员对自己所负责的管理的冷链设备查看和维护。

冷链设备温度监测报警系统采用的是B/S结构, 使用时无需安装客户端, 只要打开网页输入相应的用户名密码就能进入系统, 所有数据通过Web Server同数据库进行交互, 便于以后的系统维护和升级, 在一定程度上节省了后期的维护成本。软件的主界面是一张报警设备分部情况图, 全市的冷链监测点都在上面有标注出来, 可以点击图上的标注名称直接进入查看相应的冷链设备运行情况, 一旦哪个监测点报警的话, 标注点会作出相应的闪烁提示, 方便监测人员能及时的发现并处理问题。页面的左侧是系统功能区, 列出了冷链设备管理模块、冷链设备监测模块、报警管理模块和权限管理模块四个选项, 通过点击进入相应的功能模块进行操作。整个系统的操作界面十分简洁, 既能比较全面的囊括每个功能, 又方便人们熟悉与操作, 便于推广使用。

对疫苗运输途中的温度监测, 一直是冷链监测的薄弱环节, 随着无线网络技术的发展, 通过GPRS无线网络进行传输数据, 并结合GPS卫星定位技术, 不但可以在运输途中对疫苗温度进行监测管理, 还可以随时查询冷链车的位置, 避免绕行, 选择最优路径, 减少车辆损耗和运输时间, 降低运输成本, 大大提高了运输的质量和有效的保证运输时间, 从而在确保了疫苗的质量的情况下提高了工作效率, 在一定程度上加强了对疫苗冷链的监控。

冷链运输监测系统 篇4

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,有可以导致SO2释放过快,不仅导致鲜食葡萄漂泊损伤及影响人体健康与环境,还有可能后期剂量不足又引起葡萄腐烂[1,2]。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,达到全程保鲜目的。

无线传感器网络作为一种新的信息获取技术,尤其是Zig Bee技术,凭借其低功耗、低成本、高可靠性等特点,广泛地应用于工业、农业等领域[3]。现有的SO2传感器主要是应用于工业环境,其精度与量程不能满足鲜食葡萄等农产品冷链物流需要[4]。

本文针对鲜食葡萄冷链物流监测需求,应用Zig Bee无线传感器网络技术,集成温湿度传感器、SO2传感器设计了面向鲜食葡萄冷链物流的无线传感器节点,同时设计了用于数据汇集的协调器网关节点以及远程实时监测系统,并进行了相关的性能测试。

1 系统基本结构

面向鲜食葡萄冷链物流的无线实时监测系统是一个无线传感信息采集系统,其基本结构主要由无线传感器网络单元和远程实时监控单元组成,无线传感器网络端与远程实时监控端的数据通信则是通过GPRS远程传输方式进行,系统基本结构如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件结构如图2所示,主要包括无线传感器节点部分和协调器部分。

2.1 无线传感器节点设计

无线传感器节点即终端节点,实时感知着整个冷链物流过程中鲜食葡萄环境中的温湿度、SO2浓度值等信息,主要由主控模块、无线射频模块以及传感器模块组成,传感器模块包括温湿度及SO2采集模块,结构如图2所示。

经过文献查询[5,6]及调研结果得到鲜食葡萄冷链环境下温度、相对湿度及SO2体积含量的理论监测范围,根据其范围选择合适的传感器,鲜食葡萄冷链环境下的监测参数及传感器选择情况如表1所示。

本系统主控芯片采用TI公司的片上系统(SOC)的CC2530F256,温湿度采集模块采用的温湿度传感器为瑞士Sensirion公司出品的具有14位A/D转换器的SHT11数字温湿度传感器。SO2传感器模块则采用瑞士MEM-BRAPOR公司生产的基于三电极系统的电化学MF-20型SO2传感器。

2.2 协调器设计

协调器是整个无线传感器网络的关键,它既负责建立和维护整个Zig Bee网络,同时还需要接收采集节点的信息并将汇集来的数据信息整合上传至远程实时监控端。本文设计的协调器节点还通过RS-232串行接口与GPRS模块相连接以实现无线传感器网络与远程实时监控端的远程通信,实现无线网关的功能,协调器的基本结构如图2所示。

GPRS模块采用广州致远电子有限公司的具有小体积和灵活应用方式的ZWG-28DP嵌入式工业级GPRS无线模块。通过配置GPRS模块的相关网络参数以实现GPRS与Internet的连接,最终实现将无线传感器网络实时采集的数据传送至远程实时监控端。

3 系统软件设计

本文的软件开发系统采用IAR Embedded Workbench for 8051嵌入式集成开发环境,软件设计采用TI公司针对其Zig Bee芯片开发的采用事件轮询机制的半开源Z-Stack协议栈,开发语言为C语言。系统远程监控端的监控软件采用NI公司的Lab VIEW图形化软件进行开发。

3.1 无线传感器节点软件设计

无线传感器节点与SHT11和SO2传感器通信程序及数据采集程序都只需在Z-Stack协议栈的应用层开发。应用层分别定义了温湿度采集任务及SO2采集任务当有任务就绪时,调用相应的处理函数;无就绪任务时,系统进入休眠实现低功耗。数据采集与传输的流程如图3中(1)所示。

3.2 协调器软件设计

协调器首先对串口等硬件进行初始化,之后协调器组建一个Zig Bee网络并等待节点加入网络。当协调器接收到数据信息时,它会回复ACK应答信号确认收到数据,同时将数据上传,在串口发送失败时协调器复位串口并重新发送。协调器应用层数据接收与转发流程如图3中(2)所示。

3.3 远程监控软件设计

系统远程监控软件运行在远程的数据监控端,协调器通过GPRS模块实现现场监测数据实时与远程监控软件的通信。

远程监控软件具有数据实时收集、实时曲线显示、存储管理、历史数据查询以及系统相关的配置等功能。

4 系统测试结果与分析

4.1 测试条件

葡萄冷链环境使用天津苏瑞科技有限公司TE-MI1880型高低温交变实验箱(以下简称变温箱)模拟。分别向传感器节点及协调器烧入相应的嵌入式程序,协调器同时通过RS232串口与GPRS模块连接,以实现数据远程传输的网关功能。

4.2 模拟冷链环境下的系统测试

本测试在中国农业大学信息与电气工程学院进行,选用国家农产品保鲜技术中心(天津)生产的袋装SO2型保鲜剂,在变温箱中放置一定的鲜食葡萄,将传感器节点放入变温箱内,密闭舱门,设置变温箱在0℃运行24 h,进行葡萄模拟冷链环境的系统测试,传感器数据采样间隔为10 min。协调器通过GPRS模块将汇集的数据信息上传到远程监控软件,并由该软件实时存储入库的同时实时显示数据接收情况。传感器节点采集的温湿度及SO2释放浓度数据如图4所示。

测试结果表明,传感器节点在冷链环境能够稳定、准确监测环境中的温度、相对湿度、SO2浓度等关键参数的变化过程。鲜食葡萄冷链环境下温湿度及SO2释放浓度采集传输过程中的数据延迟对系统应用的影响并不大,系统能够实时接收采集的数据,并且采集的数据稳定可靠,能够满足实际鲜食葡萄冷链的应用需求。

本文以CC2530片上系统为核心设计的面向鲜食葡萄冷链物流的无线实时监测系统,采用低功耗、低成本的Zig Bee协议栈为软件开发,适用于鲜食葡萄冷链物流环境,能够实现环境监测数据的实时、可靠传输。系统在葡萄冷链环境(0℃恒温)的测试表明,传感器节点在冷链环境能够稳定、准确监测环境中的温度、相对湿度、SO2浓度等关键参数的变化过程。传感器监测数据可信,监测系统能够很好地应用于鲜食葡萄冷链物流过程。

本文设计的无线实时监测系统还可以结合GPS卫星定位技术,实现鲜食葡萄冷藏车物流过程中的实时定位,方便进一步掌握鲜食葡萄冷链运输过程中的实时情况。

参考文献

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[4]李浩.基于CC2520的无线二氧化硫传感器节点设计[J].仪器仪表用户,2009,16(4):103-104,123,129.

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[6]朱丹实,刘贺,李颖畅,等.浅析环境条件对鲜食葡萄采后贮藏品质的影响[J].食品科学,2011,32(zl):191-194.

冷链运输监测系统 篇5

1 资料与方法

1.1资料资料来源于北京市顺义区CDC免疫规划科收集的《疫苗冷链监测系统》中相关登记和报告。 告警设置:1号冰箱( 只存放脊髓灰质炎疫苗) 标准温度设置为 - 20℃以下,高于 - 20℃即出现告警,其他冰箱标准温度设置为2~8℃,高于8℃或低于2℃即出现告警。短信发送设置:超出标准温度范围30 min、温度恢复后均立即向管理人员发送短信,每日18:00~ 次日8:00定义为非正常上班时间。观察分析时间段为2013年4月1日0时到2014年3月31日24时。评价的数据是该系统运行1年来存储的实时温度监测数据,评价的内容是该系统对全区疫苗冷链设备温度运行状况实时监管的能力,包括发现故障或报警的能力、短信提示能力等。

1.2 方 法 采用 Microsoft Excel 2010 软件对资料进行统计分析。

2 结 果

2.1 温 度 监 测 频 率 、 连 续 性 、 直 观 性 分 析 《 疫 苗 冷链 监 测 系 统》 是 每 分 钟 采 集 1 次 温 度 , 全 天 共 采 集1 440次温度。能够显示实时温度并描绘出实时温度曲线,以某接种单位为例,如图1所示,蓝色标注的为正常温度范围; 同时能够回顾过去任一时间段的温度情况, 并能描绘出某一时间段的温度曲线图, 如图2所示, 曲线图能够直观地反映出某冷链设备任一时间段的温度运行情况, 对于预防接种单位判定冷链设备运行状况提供了客观依据。

2.2告警情况共监测到告警53 779次,其中持续时间在0~30 min的50 732次, 占94.33%;31~60 min的1 760次, 占3.27%;61~120 min的688次, 占1.28%;>120 min的599次,占1.11%。见表1。

2.3告警持续30 min以上情况分析告警持续30 min以上共监测到3 047次, 其中接种单位13药剂科出现的次数最多, 占22.71%; 其次是接种单位11,占14.11%。 告警出现最多的冰箱是1号冰箱共856次,占28.09%;其次是4号冰箱共841次,占27.60%。 见表2。

2.4告警时温度范围在监测到的53 779次告警中, 出现在1号冰箱( - 20 ℃以下)4 518次,其他2~8 ℃冰箱49 261次。 其中超温范围小于1 ℃的52 983次,占98.52%;1~2 ℃的538次, 占1.00%;2 ℃以上的258次,占0.48%。

注:13 号为某单位和该单位的药剂科,另有一单位始终未告警。

2.5不同时间段出现的告警次数和短信发送量情况在监测到的53 779次告警中, 发生在非正常上班时间的最多,为29 425次,占54.71%;发生在上午9 964次,占18.53%;发生在下午的14390次,占26.76%。告警短信发送了19 219条,其中温度超限告警短信9 834条,占51.17%;温度恢复短信5 505条,占28.64%;外部停电短信2 542条, 占13.23%; 外部供电恢复短信1 338条,占6.96%。

2.6区CDC对冷链系统管理能力以往人工监测由各预防接种单位独立完成,区CDC无法实时获知某个预防接种单位疫苗冷链设备运行情况。当前的《冷链监测系统》 , 区CDC能够实时看到全区各个预防接种单位疫苗冷链设备运行情况, 并通过分级告警短信使CDC能够及时获知各个冷链设备温度异常情况, 极大地提高了全区的疫苗冷链系统管理水平。

注:13 号为某单位和该单位的药剂科,另有一单位始终未告警。

3 讨 论

疫苗冷链是指为保证疫苗从生产企业到接种单位运转过程中的质量而装备的储存、运输冷链设施、设备,包括冷藏车、疫苗运输工具、冷库、冰箱、疫苗冷藏箱、疫苗冷藏包、冰排及安装设备的房屋等,是免疫规划工作的重要组成部分[1]。疫苗冷链系统是在冷链设备的基础上加入管理因素( 即人员、管理措施和保障) 的工作体系。冷链系统的正常运转是疫苗质量及免疫规划工作的基本保障。疫苗储存、运输网的健康运转对实现普及儿童免疫的目标, 保证计划免疫工作的开展起着重要作用[2]。无论是活疫苗、灭活疫苗或亚单位疫苗都是由其内在不稳定的有机多聚体构成, 生物完整性和活性的丧失率在很大程度上依赖于温度。将疫苗贮存在正确的推荐温度下是至关重要的, 可将疫苗的效价保持到预防接种时[3]。现有的温度监控手段大多是采用人工加一定的温度测量设备进行,不仅耗费人工,成本较高,而且监测的数据大多以纸面方式保存,或是基于单机计算机保存,这些传统的温度监测手段,缺乏监测数据的持续性。李丹荣等[4]建议运用信息化手段建设疫苗冷链监测系统,贯彻《疫苗流通和预防接种管理条例》 ,为消除疫苗流通各环节中可能出现的各种问题提供有力保障。陈伟等[5]报告了基于移动互联技术的预防接种门诊冷链监测系统的设计与实现, 目的是设计一种适合基层预防接种门诊使用的冷链设备监测系统。周春宁等[6]报道了江苏省冷链温湿度定点实时监测网络平台系统在疫苗储存、运输中的应用效果,实现了冷链系统全程自动化管理。

2013年4月,北京市顺义区建设了“顺义区疫苗冷链网络实时监测系统”, 系统以最新的物联网技术、先进的无线射频识别( RFID) 温度无线传感技术、云计算等最前沿的信息技术为支撑, 建立一套完整的冷链监测技术平台。在需要监测的冷链设备端,安装实时温度监测设备,每分钟采集1次温度传送到网络服务器。实现了在任何一个可以登陆互联网的终端( 计算机、手机等) , 区CDC可以实时监测到各接种单位冷链设备内的温度和超温报警等情况, 可准确掌握当前或过去任意时间段冷链设备运行状况, 出现异常情况可通过手机短信向相关专业管理人员和各级领导分级报警,使故障能得到及时处理。马寅等[7]报告的基于物联网基础的疫苗冷链监测系统值得在疫苗管理领域推广。

系统运行1年共监测 到53 779次告警 , 其中94.33%的告警持续时间少于30 min,98%以上的告警温度小于1℃, 结合日常工作绝大部分的冷链设备告警是因日常工作中开关冰箱门、拿取疫苗或设备自身化霜等引起的。发现告警持续120 min以上的599次,1号冰箱 - 20℃以上的28次, 其他2~8℃冰箱10℃以上88次,55%的告警发生在非正常上班时间,断电告警1 687次,发送告警短信19 219条,通过该系统实时监测,发送短信,特别是非正常上班时间对疫苗冷链设备的监测,使工作人员及时获知了告警,并对告警进行了有效处置。从监测数据上来看,该系统确实做到了对疫苗冷链设备的实时监测, 对于存放的疫苗是有安全保障的, 虽然有部分超温报警情况, 但持续时间都较短, 持续时间超过2 h的均已及时把存放的疫苗转移,不会对疫苗质量产生影响[8]。

通过全年数据分析, 还可以看到个别接种单位药剂科的冷链设备报警率远高于保健科的冷链设备,原因主要是药剂科工作人员日常接受疫苗冷链管理培训机会较少,管理意识较差,不符合北京市预防接种工作规范中要求设专人管理疫苗冷链设备并定期参加专业培训的要求[9]。同时还发现个别冰箱的报警率高于其他冰箱,通过该系统监测平台,不仅可以提供实时的温度监测服务,而且作为云计算的核心,能够提供冷链设备的温度数据分析功能,可以作为调换、淘汰冷链设备的参考分析依据。

作者声明 本文无实际或潜在的利益冲突

摘要：目的 分析和评价北京市顺义区疫苗冷链网络实时监测系统运行状况,以提高监督管理水平。方法 收集物联网技术引入疫苗冷链管理后的数据采用Microsoft Excel 2010软件,对资料进行统计分析。结果 共监测33家接种单位136台疫苗冷链设备,监测到报警53 779次;94.33%的告警时间持续在30 min以内,告警时间持续2 h以上的仅占1.11%;98%以上的告警温度小于1℃;54.71%的告警发生在非正常上班时间;共发送告警和告警恢复短信19 219条;药剂科冰箱报警率高于其他冰箱。结论 该系统对全区疫苗冷链设备做到了实时监测,及时发现了告警并发送短信,特别是对非上班时间的监测,有效地减少了疫苗冷链事故的发生,是疫苗安全的有效保障之一。

冷链运输监测系统 篇6

关键词：冷链监测系统,温度传感器,冰箱,微信公众平台,物联网技术

冷链监测在医院里主要用于一些对温度要求比较严格的设备,如血库的冰箱、血浆解冻仪及实验室的超低温冰箱。随着无线通讯技术的发展,通过对设备安装温度传感器并将温度信息通过无线方式传输至计算机中进行保存和分析,并通过全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication,GSM)模块发送短信报警从而达到实时监测的目的[1,2]。有文献报导,利用物联网技术和无线传感技术,研究开发了医院冷链管理监测系统,用户通过网页浏览方式进行查看,系统通过短信平台实现短信提醒等功能[3]。随着移动终端及移动网络的发展,移动终端的数据通讯功能被越来越多的运用在实时监测方面,也有文献报导基于智能手机终端对冷链系统进行开发和应用[4]。近年来微信的发展非常迅速,微信公众平台也为开发者提供了一个优异的平台及解决方案。基于微信公众平台开发医疗信息服务系统,为患者提供丰富的医院信息查询及预约挂号查询服务等[5]。本文基于对微信公众平台的开发,将物联网技术与微信公众平台相结合,设计了一套接入方便,交互友好的冷链监测系统。

1系统设计

系统由多个无线温度传感器节点及冷链服务器组成。 无线温度传感器节点采集温度信息,通过无线方式传至冷链服务器,各节点之间互不干扰。冷链服务器将所采集到的信息进行存储并与公众平台服务器连接,从而把所采集到的信息发送至移动终端。

1.1硬件部分实现

无线温度传感器节点由MCU模块、测温传感器及短距离无线数传模块组成。接收端模块将接收到的数据传入计算机并调用数据库进行保存。测温传感器的选择根据所测设备的温度范围及使用环境来选择。对于非深低温冰箱, 选择DS18B20温度传感器,通过单总线的方式与MCU进行通讯,并采用不锈钢封装,可在不影响测量准确度的同时有效防水。对于深低温冰箱的测温,传感器则采用电偶温度传感器。MCU选取体积小、工作稳定、低功耗的芯片, 并需具备独立的SPI接口及寄存器,通过SPI接口对无线通信模块的寄存器进行设置。本文选取MSP430F2013单片机作为控制芯片,与无线模块的工作电压平均为3.3 V,不需要额外的电平转换电路。

无线数传模块采用美国TI公司CC1101,CC1101主要工作在300~348 MHz、387~464 MHz及779~928 MHz频段,具有高灵敏度、低电流消耗的特点,与MCU采用SPI通信[6]。由于不需要太高的通信速率和节点路由,采用CC1101相比于zigbee芯片则更为经济[7]。本文在433 MHz的频段下进行通信测试,在地址滤波的同时,在数据包的发送中加入字头及验证字节,既能记录温度传感器的来源点,也能有效地避免干扰。

1.2微信公众平台的开发

微信是腾讯公司推出的一款为智能终端提供即时通讯服务的应用程序,它支持跨通信运营商、跨操作系统平台,通过网络快速发送包含文本、图片、语音等信息。 通过对微信公众平台的开发,可实现移动终端对温度的实时查询和历史回溯等功能[8]。具体实现线路示意图, 见图1。

首先需把存有冷链温度的服务器与微信公众平台服务器进行连接,公众平台开发要求开发者设置URL及Token (用来验证)。URL指向用于存储采集数据的服务器,公众平台服务器要求接入开发者计算机的端口必须为80,非80端口无法正常的接收和发送数据。本文使用“花生壳”申请二级域名,由于医院内部计算机大部分都是非公网IP, 需要对路由器进行端口映射设置,才能建立起用户服务器与公众平台服务器的连接。

公众平台服务器的连接请求通过HTTP的GET参数传输,会额外带上signature、timestamp、nonce三个参数, signature是对timestamp、nonce及Token进行SHA1加密后的字符串,冷链服务器收到公众平台服务器的请求后同样进行加密算法,得到signature后与公众平台服务器的signature对比,从而排除恶意第三方的连接。

本文使用PHP进行开发,在用户微信客户端向冷链服务器发送消息时,微信公众服务器会将消息以特定格式的XML形式发给公众账号服务器,包含发送方的ID、消息类型以及消息内容等。在冷链服务器对XML进行解析后则可读取用户客户端所发出的请求,从本地mysql数据库中读取相应数据以XML格式发回给公众平台服务器,在用户微信客户端则能接收到相应数据。血库冰箱温度监测记录, 见图2。

2结论

本文通过对微信公众平台的开发,实现了利用智能手机终端对冷链温度的监测,并用于输血科监测储血冰箱的温度,为科室及设备管理人员提供了良好的接入及用户体验。相比于其他不同的智能手机系统开发移动终端应用程序更加容易实现,设备使用及管理人员的操作也更为简单。 微信作为一款成熟的软件,在跨平台、跨操作系统的移动终端的兼容性上都具有很大的优势。

但是通过微信公众平台进行开发也具有一定的局限性, 公众账号所提供的接口受微信平台本身限制,在消息的主动推送上也受限制(订阅号每天1条,服务号每月1条), 而且微信本身为了避免公众账号对微信用户的打扰,订阅号的推送消息不对用户进行提醒,用户只能在聊天界面打开订阅号时才能查看消息。这意味着在异常报警的实时性受到了一定程度的影响,用户要获取相关信息时必须首先向微信公众平台账号发送相应的命令。

皮带运输机集中监测监控系统 篇7

关键词：皮带运输机,系统控制,系统故障,保护

90年代以来, 随着计算机科学技术的不断发展, 工业电视以及运输系统的综合保护等在国外矿井作业中得到运用。在进行井下作业时, 利用先进的网络技术以及传送皮带运输机等设备, 在一定程度上对井下皮带运输进行集中监控和监测。通过上述安排, 在井下作业时, 只需安排少量的巡检人员, 没有必要安排皮带运输机的操作人员以及管理人员等。目前, 在井下胶带运输机中, 通过采用网络技术、工业电视技术、通信技术进一步实现了控制、测量的自动化, 生产效率得到不同程度的提高。同时煤炭产量大大增加, 而且有效地提高了设备的可靠性和利用率, 进一步确保了劳动人员的安全, 并且改善了工作人员的工作环境, 确保了煤矿安全生产的顺利进行。

1 皮带运输机

皮带输送机自动控制系统的特点主要表现为性能稳定、扩展能力强、技术含量高, 并且易于进行维修、维护和改造。凭借自身的优势, 皮带输送机自动控制系统能够对被保护皮带的故障以及类型及时准确地进行反映, 遇到事故能够及时停车, 同时发出声光报警信号, 确保了带式输送机运行的安全, 在实际生产过程中, 具有较高的适用性和推广性。带式输送机既可用于水平运输, 也可用于倾斜运输。当用于倾斜运输时, 其倾角受到一定限制。通常情况下, 倾斜向上运输时的倾角不超过18°, 向下运输时的倾角不超过15°。目前国内已生产出一种适应倾角大于30°的特殊带式输送机。为减少输送带的磨损, 带式输送机不宜运送有棱角的货物。此外, 通用型带式输送机不能弯曲。

2 皮带输送机的组成

皮带输送机的组成有机头部、机身部、机尾部。皮带输送机的组成部分是皮带、托辊及机架、传动装置、拉紧装置、储带装置和清扫装置。

3 带式输送机的结构

现以滚筒驱动带式输送机为例, 简单介绍带式输送机的基本结构。带式输送机的主要组成部分有输送带、托架及机架、传动装置、拉紧装置、储带装置和清扫装置等。

4 系统控制方式的要求

运输系统控制系统分就地控制和远程控制两种。就地控制是指在系统中的设备现场控制台实现控制, 这里不作主要说明远程控制分为单台启动和多台一键启动两种方式。本设计方案中要求对远程控制进行说明。

5 系统故障保护的要求

系统设计中必须使用传感器等保护装置, 当系统出现故障, 保护装置应能立即发出警报, 停止运行, 防止生产事故发生当故障消失, 保护装置应能自行恢复或手动恢复。该系统一方面能够自动满足胶带机控制的各种需要, 另一方面可以对地面进行集中控制、程序流程控制、井下集中控制。当系统进行自动控制时, 计算机首先进行内部自检, 同时执行开/停机以及各种保护处理, 系统具备故障状态下紧急停车功能。

6 现场设备及控制参数

6.1 皮带机

DI信号:运行信号, 程控投入信号, 故障信号;超温、打滑堆煤、撕裂、烟雾、拉绳、轻跑偏、重跑偏。

DO信号:皮带机启动, 皮带机停止。

AI信号:皮带机电流。

6.2 振动筛

DI信号:运行信号, 程控投入信号, 故障信号。

DO信号:振动筛启动, 振动筛停止。

AI信号:振动筛电流。

6.3 螺旋筛

DI信号:运行信号, 程控投入信号, 故障信号。

DO信号:螺旋筛启动, 螺旋筛停止。

AI信号:螺旋筛电流。

6.4 破碎机

DI信号:运行信号, 程控投入信号, 故障信号。

DO信号:破碎机启动, 破碎机停止。

AI信号:破碎机电流。

6.5 煤仓和矸石仓

AI信号:煤仓煤位和矸石料位。

7 信号类型

数字量:DI和DO均为常开接点设计。

模拟量:AI位标准的4-20m。

8 监测监控系统

胶带机控制系统的控制核心是PLC主控分站, 采用Profibus现场总线+井下工业以太网的模式。通常情况下, 该系统由控制中心、传输网络和井下控制器等组成。在调度指挥控制中心设置控制中心, 对于胶带机及相关设施, 通过工作站、工业电视等进行集中控制和监视。采用现场总线+工业以太网的网络结构对传输网络进行处理, 井下胶带机控制系统的底层网络通常选择利用网络结构中的Profibus网络, 在一定程度上对胶带机及相关设备进行实时控制, 并采集相应的信号。主控站和PLC主控分站共同组成井下控制器, 其中主控站是井下控制部分的通信核心, 其功能主要表现为实现各PLC分站监控与地面控制中心的信息的交互。

集中自动方式:在上位工控机上通过键盘或鼠标选择运煤流程, 由PLC自动完成运煤和配煤流程设备的操作。

集中手动方式:在上位工控机上通过键盘或鼠标对纳入程控的所有设备实现一一对应的操作, 通过PLC的逻辑闭锁完成。

就地控制方式:设备仅能在就地控制箱上进行操作, 该操作方式为检修操作。

集中和就地两种运行方式的设定是由设置在就地控制箱上的远方/就地选择开关完成的。此外, 在就地控制箱上还设有启、停按钮及信号灯等。采用自动方式时, 上位工控机LCD上显示所有输煤工艺流程。选择输煤流程后, PLC系统自动检测该流程相关的设备, 在该流程所有设备均处于可控的情况下, 操作人员在上位工控机上发出“启动”命令来启动该流程。在需要停止该流程时, 操作人员在上位工控机上发出“停止”命令, PLC系统按正常顺序停止。

采用集中手动方式时, 除了运行人员必须按正确顺序通过键盘上的启动/停止命令来启动和停止各个设备, 系统联锁采用与自动方式相同的联锁方式。系统能防止运行人员的误操作, 并能发出提示信息。

采用集中控制方式 (包括自动和手动) 时, 若出现危害设备或威胁人身安全等 (如:发生火警) 意外情况, 运行人员可操作“紧急停止”按钮, PLC系统立即停止输煤系统所有运行设备。另外, 在操作台上设置安全系统手动复位按钮。当皮带机保护装置动作或操作“紧急停止”按钮后, 关联的输煤系统设备将被闭锁不能启动, 只有当所有保护装置或“紧急停机”按钮已复位并且按了安全系统的复位按钮后, 才能重新启动系统。

采用就地控制方式时, 运行人员在就地控制箱上控制设备, 此时联锁回路仅有拉绳和电气保护。

程控系统根据输煤系统不同运行方式分组对应启动皮带及输煤设备。在启动任何运行方式前, 先发出与这一运行方式相应的警告信号通知附近人员。启动警告信号未接通或未响够20S的情况下不得启动输煤设备。

为了保证人身及设备安全, 提供输煤程控系统中下列具有安全保护及信号装置防爆产品:紧急停机双向拉线开关 (沿皮带两侧装设) 、皮带跑偏、皮带打滑、超温、皮带纵向撕裂、堆煤、烟雾。

其中皮带重度跑偏、皮带重度打滑、皮带纵向撕裂、超温等保护经就地信号箱转接进入程控系统转换后控制电动机跳闸回路。紧急停机拉线开关能分别提供信号及控制接点 (不含公共端) , 控制接点直接接入电动机跳闸回路。

为延长输煤电机的使用寿命、降低功耗及按需调整各电机的运行速度, 在本方案中每条皮带电机加装变频调速装置。变频调速装置选用世界名牌ABB的ACS ACS800系列产品, 保证电机的正常使用率。

9 结语

通过设备安装运行调试, 系统运转正常, 能够及时检测发现设备情况, 保证了设备的正常安全运转, 节省了大量人力资源, 降低了职工的劳动强度, 达到了预期设计目标。

参考文献

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[2]马国华, 王行刚, 李建东.MCGS多媒体教程[M].人民邮电出版社, 2007 (02) .

[3]余根, 王国天.传感器与检测技术[M].科学出版社, 2009 (02) .

[4]杨旺能, 张兴毅.可编程序控制器 (PLC) 基础及应用[M].重庆大学出版社, 1993 (01) .

[5]田淑珍.可编程序控制器原理应用[M].机械工业出版社, 2011 (01) .

[6]中国电气网:http://www.dianqijp.com.

[7]中国工控网:http://www.chinakong.com.