基于射頻識別的林藥多功能包裝設計

高 雪，張群利，汪紫陽，游素珍

(東北林業大學工程技術學院，哈爾濱150040)

在林下經濟產業蓬勃發展的今天，林藥以森林健康為前提和開發條件，具有鮮明的自然屬性和生態品質優勢，是最具林業特色的林下經濟發展模式［1-3］。從林木中提取的生物活性物質制成的藥品或保健藥品等，對運輸方式及貯存環境的要求較高，其在倉儲或運輸過程中所處的環境都會影響其實際保質期［4-9］。目前，通過藥品包裝上的藥品生產日期/有效期等信息可以獲知藥品的保質期或變質時間，然而，這種方法所判斷的變質時間并不準確，與實際結果往往存在差異，由此也會帶來各種后患。本設計提供了一種基于射頻識別的林藥包裝裝置和藥品監測系統，以期解決目前通過藥品包裝上的藥品生產日期/有效期獲知藥品變質時間的方法所獲變質時間不準確的問題［10-13］。

1 材料與方法

1．1 材料及儀器設備

材料:1 000mAh 523450 3．7V聚合物鋰電池，珠海中順新能源科技有限公司;STC89C52單片機，STC公司;2．4G無線模塊，杭州飛拓電子科技有限公司;GPS模塊組、TP4056 1A鋰電池專用充電板、K60FX 15核心板、51最小系統板、DS18B20 TO-92溫度傳感器、DHT11溫濕度傳感和1．44 inch TFT LCD均由深圳市展恒安科技有限公司提供。

儀器設備:HWS-250B恒溫恒濕培養箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1．2 設計內容及方法

本設計提供了一種基于射頻識別的林藥包裝裝置，包括包裝主體，藥品包裝裝置還包括設置在包裝主體上的控制處理部分;其中，控制處理部分包括第一電路板和第二電路板;第一電路板用于檢測包裝主體周圍環境中的溫度數據和濕度數據，并將檢測到的溫度數據和濕度數據通過2．4G無線通訊方式發送給第二電路板;第二電路板用于根據接收到的溫度數據和濕度數據來計算包裝主體內的藥品的變質時間，以顯示該變質時間，設計路線如圖1所示，具體實施如圖2所示。

圖2 林藥多功能包裝設計實施圖Fig．2 Design component diagram of multi-function forest medicine packaging

1．2．1 第一電路板設計

第一電路板122包括第一單片機122-1、溫度傳感器122-2、濕度傳感器122-3、第一2．4G無線通訊模塊122-4、存儲模塊122-5、時鐘122-6以及用于向第一單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、第一2．4G無線通訊模塊、存儲模塊和時鐘供電的第一電池122-7，其中，第一單片機連接溫度傳感器與濕度傳感器，溫度傳感器與濕度傳感器分別連接存儲模塊，時鐘和存儲模塊分別連接第一2．4G無線通訊模塊，第一2．4G無線通訊模塊與第一單片機相連。其中，存儲模塊122-5采用電可擦可編程只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)實現，第一電路板設計如圖3(a)所示。

1．2．2 第二電路板設計

第二電路板124包括第二單片機124-1、第二2．4G無線通訊模塊124-2、定位通訊模塊124-3、顯示屏124-4以及用于向第二單片機、第二2．4G無線通訊模塊、定位通訊模塊和顯示屏供電的第二電池124-5，其中，第二單片機連接顯示屏、定位模塊以及第二2．4G無線通訊模塊。顯示屏124-4采用LCD顯示屏、定位通訊模塊124-3采用GPS模塊實現，第二電路板設計如圖3(b)所示。

圖3 林藥多功能包裝電路板設計示意圖Fig．3 Design schematic diagram of multi-function forest medicine packaging circuit board

1．2．3 林藥多功能包裝實施方法

基于射頻識別的林藥多功能包裝裝置100包括包裝主體110和控制處理部分120。包裝主體110可以是紙盒、塑料袋等藥品包裝外殼，用來盛放并包裝藥品。控制處理部分120設置于包裝主體110上。控制處理部分120包括第一電路板122和第二電路板124，如圖3(a)或圖3(b)所示。第一電路板122和第二電路板124之間能夠通過2．4G無線通訊方式進行無線通訊，實現數據傳輸、信號傳輸等。第一電路板122用于檢測包裝主體110周圍環境中的溫度數據和濕度數據，并將檢測到的溫度數據和濕度數據通過2．4G無線通訊方式發送給第二電路板124。第二電路板124用于根據接收到的溫度數據和濕度數據來計算包裝主體110內的藥品的變質時間，以顯示該變質時間。

根據第一種實現方式，如圖2(b)所示，第一電路板122可以設置在包裝主體110內部。在這種情況下，第一電路板122和第二電路板124是分離設置的，也就是說，第一電路板122設置在包裝主體110內部，而第二電路板124設置在包裝主體110的外表面上。第一電路板122所檢測到的環境的溫度數據和濕度數據較為接近藥品所處環境的溫度和濕度，進而第二電路板124根據該溫度數據和濕度數據所計算得到的變質時間也就更為準確。第二電路板124設置外包裝主體110外表面，能夠方便使用者查看其顯示屏上顯示的內容，諸如藥品的變質時間等。根據第二種實現方式，如圖2(c)所示，第一電路板122可以設置在包裝主體110外部。在這種情況下，第一電路板122和第一電路板124可以一體化設置并一起封裝成一個可拆卸的控制處理部分120。在使用時，可以將控制處理部分120安裝(例如無損粘接)在包裝主體110的外表面上，而在需要更換或不需要控制處理部分120的情況下將其從包裝主體110上拆除即可。這樣，對于一些成本較高的包裝盒或包裝袋等包裝主體，當其上的控制處理部分120發生故障需要更換或其他原因需要拆除控制處理部分120時，從包裝主體外表面上拆除控制處理部分120而不會損壞該包裝主體，造成不必要的損失。

1．2．4 林藥多功能包裝性能測試實驗

預設定裝置正常工作的溫、濕度范圍，依據國家藥品存放標準，預設溫度范圍為:0～30℃;濕度范圍為:30%～45%。為簡化實驗，預設單次報警時間、累積報警時間根據實驗不同而調整。本實驗采用控制變量的方法，在濕、溫度不變的條件下，當環境溫、濕度超出正常工作范圍時，若裝置能計時并且實現單次及累積報警，證明該裝置能正常工作。

2 實驗結果與分析

2．1 設置界面

如圖4所示，可根據不同實驗，進行不同的設置。Tem_H為最高溫度，擬設藥品安全存儲的最高溫度為35℃;Tem_L為最低溫度，擬設藥品安全存儲的最低溫度為0℃;RH_H為最高濕度，擬設藥品安全存儲的最高濕度為50%;RH_L為最低濕度，擬設藥品安全存儲的最低濕度為0%;T_add為累積超出時間，擬設藥品存儲環境溫濕度累積超出預設范圍1 800 s后報警;T_one為單次超出時間，擬設藥品存儲環境溫濕度累積超出預設范圍800 s后報警。

圖4 裝置設置界面Fig．4 Setup interface of the device

2．2 運行界面

如圖5所示為正常工作狀態。Tem為當前溫度28℃;Hum為當前濕度16%;Tim:138為設備運行了138 s;Uts:0為超出預設范圍0次;右下角“0”表示溫濕度均沒有超出預設范圍，屬于“正常運行狀態”

圖5 正常工作的運行界面Fig．5 Normally working interface of the device

如圖6所示為濕度超出預設范圍計時狀態。Tem為當前溫度31℃;Hum為當前濕度61%;Tim:1 430表示設備運行了1 430 s;Uts:1表示超出預設范圍1次;右下角“2”表示濕度超出預設范圍，處于濕度“計時狀態”。

如圖7所示為溫度超出預設范圍計時狀態。Tem為當前溫度50℃;Hum為當前濕度20%;Tim:1 876表示設備運行了1 876 s;Uts:1表示超出預設范圍4次;右下角“1”表示溫度超出預設范圍，處于溫度“計時狀態”。

圖6 濕度超出預設范圍計時狀態Fig．6 Timed state of humidity out of presupposed range

圖7 溫度超出預設范圍計時狀態Fig．7 Timed state of temperature out of presupposed range

2．3 報警界面

如圖8所示，正在搜索位置。“Unusual Event”表示報警;“030 035．00”表示當時世界時間，相當于北京時間“11時35秒”。

圖8 搜索狀態報警界面Fig．8 Alarm interface in search state

如圖9所示，GPS搜索到位置后，時間定格在“124 840．00”，表示北京時間“20點48分40秒”;經緯度分別為:12 638．017 4，4 543．038 05;高度為:212．6dm。

圖9 鎖定位置報警界面Fig．9 Alarm interface of latched position

3 結束語

基于射頻識別的林藥包裝裝置和藥品監測系統，通過在包裝主體上設置控制處理部分，例如控制處理部分檢測環境的溫度和濕度，進而計算藥品的變質時間。能夠方便、快速地獲知其中藥品是否已經變質，以及變質時間、地點等信息，實現藥品的安全監測。

［1］朱再明，楊正慧，趙海濤，等．吉林省大力發展林藥兼作推動林區經濟發展［J］．特種經濟動植物，2012，15(1):40-41．

［2］路 飛，赫尚麗，陳 為，等．全國林藥、林菌的發展意義及發展條件分析［J］．林業建設，2014，32(4):17-20．

［3］赫尚麗，張 良，路 飛，等．我國林藥、林菌的發展現狀及建議［J］．林業建設，2014，32(5):12-15．

［4］宋 暉．秦嶺林藥分類和林藥信息數據庫實體關系研究［D］．咸陽:西北農林科技大學，2014．

［5］邵方麗．林藥復合模式研究綜述［J］．林業建設，2014，32(5):15-19．

［6］陳 為，張 良，路 飛，等．我國林藥、林菌產業發展效益分析［J］．林業建設，2014，32(5):26-28．

［7］劉文國．我國林藥經濟發展現狀［J］．林業建設，2013，31(4):27-30．

［8］張智光．我國林業產業現代化的戰略體系研究［J］．林業經濟問題，2005，25(1):7-10+59．

［9］湯曉文，劉建杰．《林業及相關產業分類(試行)》解讀［J］．中國統計，2008，55(10):7-8．

［10］姜鈞嚴，郭艷玲，楊冬霞，等．基于ZigBee技術的溫室溫濕度檢測系統［J］．森林工程，2014，30(2):105-108．

［11］周 茜，馬軍平．一種便攜式倉儲溫濕度檢測儀的設計［J］．國外電子測量技術，2013，32(11):45-48．

［12］陳慶昉，陳宇燦，楊守建，等．一種基于C8051F330單片機的無線溫濕度監測系統［J］．農機化研究，2011，33(11):199-202．

［13］金 鑫，韓冰源，彭 帥，等．基于單片機的新型便攜式氣體監控裝置設計［J］．林業機械與木工設備，2013，41(3):45-48．