基于RFID冷鏈物流監測系統

劉 影，王智霖，王 宛，韓康康，黃斯航，王乾壘

（遼寧工程技術大學 電子與信息工程學院，遼寧 葫蘆島 125000）

0 引 言

隨著經濟的發展，人們生活水平逐步提高，居民對冷藏類食品的需求量呈增長趨勢，因此對我國的冷鏈物流提出了較高要求。容易腐爛變質的消費品需保存在低溫環境中，但由于缺乏可實時共享的信息，食品的安全管理無法得到較好控制。通過電子信息技術將分散的物品信息進行有效整合，可實現現代化社會冷鏈物流的全程實時監控[1]。

傳統物流模式只提供了貨物運輸的功能，顯然無法滿足需要實時監控物品溫度的特殊物品的需求，目前大多數物流公司通過溫度檢測記錄儀記錄溫度，在貨物交接時一次性讀取貨物數據，無法實時檢測冷鏈物流系統中物品的過程狀態。還有一大部分產品無法進行低溫運輸銷售，且與發達國家相比差距明顯，大量的肉、水產品、奶類和豆制品沒有在冷鏈物流環境下運銷。此外，我國還缺乏相應的硬件設施，而原有的設備無法滿足冷鏈物系統的正常運行，且損耗較高，顯然不適合當今的信息化社會，因此需要更加現代化的物流模式[2,3]。其中RFID技術可以同時識別多個數據，識別距離遠，在配送中心驗貨、出入庫工作中，無需人工操作與車輛掃描，大大節省了作業時間，提高了作業效率，與人工作業相比，減少了盤點作業中的差錯率，增強了物流系統的準確性。RFID技術也是近年來備受關注的物聯網分支實現技術，非常適合構建短距離、小數據量的實時監控和無線通信系統。

本文引入了RFID技術，主要從溫度監測方面，通過基于OneNet平臺的可視化監管中心，全程及時了解產品的溫度及位置信息，并在溫度超過所設定的范圍時及時補救，以保證產品質量并提高作業效率和管理水平。

1 系統總體結構設計

基于RFID的冷鏈物流系統分為三個部分，分別為RFID電子標簽、RFID閱讀器和可視化監管中心，如圖1所示。

（1）RFID電子標簽負責采集冷鏈系統的溫度，并將采集的溫度信息發送到RFID閱讀器。

（2）RFID閱讀器將來自各RFID電子標簽的數據和自身的位置數據進行初步處理后上傳至OneNet平臺。

（3）可視化監管中心基于OneNet平臺對冷鏈系統進行監管，當冷鏈系統的數據異常時可向監管人員或用戶發送異常短信提醒，從而實現對冷鏈物流的全程可視化監管。

圖1 冷鏈物流系統結構圖

2 系統硬件設計

系統硬件框圖如圖2所示，主要由RFID電子標簽、RFID閱讀器和電源模塊組成。其中RFID電子標簽負責將采集的溫度數據進行處理并發送到RFID閱讀器。RFID閱讀器將相關數據上傳至OneNet平臺。

圖2 冷鏈物流系統硬件框圖

2.1 RFID電子標簽

RFID電子標簽框圖如圖3所示，主要包括核心處理模塊、nRF24L01無線模塊、溫度傳感模塊和電源模塊。

（1）核心處理模塊采用意法半導體（ST）公司生產的32位ARM微控制器STM32F103，該模塊主要將采集到的數據進行處理并通過控制nRF24L01模塊以無線方式發送給網關模塊。

（2）nRF24L01模塊采用NORDIC生產的工作在ISM頻段的無線收發模塊，該模塊通過無線方式將數據發送出去。

（3）溫濕度傳感模塊采用溫度傳感器DS18B20，該模塊主要負責采集冷鏈系統中物品的溫度信息。

圖3 RFID數據采集模塊框圖

2.2 RFID閱讀器

RFID閱讀器框圖如圖4所示，主要包括核心處理模塊、nRF24L01無線模塊、GPS模塊、GPRS模塊和電源模塊。

（1）核心處理模塊采用意法半導體（ST）公司生產的32位ARM微控制器STM32F103，該模塊主要負責將接收到的溫濕度數據和自身位置數據進行處理并通過GPRS模塊發送到OneNet平臺。

（2）nRF24L01模塊采用NORDIC生產的工作在ISM頻段的無線收發模塊，用以接收RFID數據采集模塊發送的溫濕度數據。

（3）GPS模塊采用UBLOX生產的NE0-7N模塊，主要負責監測冷鏈系統中物體的位置信息。

（4）GPRS模塊采用SIM800A，該模塊主要將冷鏈物流系統中的各項數據上傳至OneNet平臺。

圖4 RFID網關模塊框圖

3 系統軟件設計

該冷鏈物流系統的軟件設計主要分為RFID數據采集模塊軟件設計、RFID網關模塊軟件設計和可視化監管中心軟件設計三部分。

3.1 RFID電子標簽軟件設計

RFID電子標簽軟件設計流程如圖5所示。

在打開RFID電子標簽電源后，該標簽會初始化溫度傳感器DS18B20和無線模塊nRF24L01，接著將溫度數據寫入nRF24L01，nRF24L01再將溫度數據發送出去，最終進入下一個數據采集和發送循環。

圖5 RFID電子標簽軟件設計流程圖

3.2 RFID閱讀器軟件設計

RFID閱讀器軟件設計流程如圖6所示。

圖6 RFID閱讀器軟件設計流程圖

在打開RFID閱讀器電源后，該閱讀器會初始化無線模塊nRF24L01，GPS定位模塊和GSM模塊，接著將從無線模塊nRF24L01中獲得的電子標簽的溫度數據和GPS定位數據，并經數據處理后發送到GSM模塊，由GSM模塊將數據發送至OneNet平臺。如果獲得的數據存在異常，則系統會向管理人員或用戶發送報警短信。

3.3 可視化監管中心軟件設計

可視化監管中心基于中國移動OneNet平臺而設計，該平臺可以提供簡便的海量連接、云端存儲、消息分發和大數據分析等服務，從而降低開發人員的研發、運營和運維成本[4]。根據OneNet平臺提供的基本框架，創建一個冷鏈物流監測項目，便可對冷鏈物流系統中的各項數據進行可視化遠程監測。

OneNet平臺的資源管理層次結構如圖7所示。在該平臺下，用戶、產品、設備、APIKey、觸發器和數據流有如圖7所示的組織結構形式[5]。根據OneNet平臺提供的基本框架，在創建的冷鏈物流監測項目中添加一個監測中心應用。在監測中心應用中添加需要監測的溫濕度和位置信息數據的數據流。至此，則完成了可視化監管中心的搭建。

圖7 OneNet平臺資源管理層次結構圖

4 實驗驗證

RFID電子標簽將獲取的溫度數據發送到RFID閱讀器，RFID閱讀器將溫度數據和位置信息一起上傳至OneNet平臺，最終在可視化監管中心上顯示。

圖8所示為基于OneNet平臺的可視化監管中心上顯示的冷鏈系統中物品的位置信息圖。圖9所示為在可視化監管中心中顯示的冷鏈物流系統中物品的溫度數據圖。圖10為物體溫度超過限制溫度后冷鏈系統向管理人員發送的報警短信圖。

圖8 位置信息圖

圖9 溫度數據圖

圖10 報警短信圖

5 結 語

本文設計了一種基于RFID技術和OneNet平臺的冷鏈物流監測系統，該系統可以實現對冷鏈物流系統中物品的定位追蹤和物品溫度的實時監測，管理人員可通過基于OneNet平臺的可視化監管中心監測物品的實時位置和實時溫度數據，當物品的溫度異常時，管理人員或用戶還可以收到系統發送的報警短信。實驗結果表明，該系統提高了冷鏈物流的工作效率和服務質量。

[1]謝衛航.試析冷鏈物流大數據下的實時監控優化[J].江西建材，2017（23）：286-289.

[2]王昀海.現代企業物流調度模型與監控研究[D].杭州：浙江理工大學，2015.

[3]張建奎.物聯網技術在農產品冷鏈物流平臺上的運用分析[J].中國市場，2017（32）：137-138.

[4]中國移動通信集團.概述－中國移動物聯網開放平臺[EB/OL].[2016-01-05].https：//open.iot.10086.cn/doc/art242.html#65．

[5]中國移動通信集團.概述－中國移動物聯網開放平臺[EB/OL].[2016-01-05].https：//open.iot.10086.cn/doc/art245.html#68．

[6]潘金珠，王興元，朱效剛，等.基于物聯網的冷鏈物流監測系統設計[J].物聯網技術，2014，4（9）：20-21.

[7]羅珩，陸偉奇，于梅，等.WSN技術在冷鏈物流動態監控系統中的應用[J].物聯網技術，2016，6（10）：18-22.

[8]任敏，胡永生.基于互聯網技術的冷鏈物流發展對策研究[J].物聯網技術，2016，6（6）：93-94.