冷鏈運輸低功耗耐寒溫濕度傳感系統設計

◎ 方娟 蔣國平 陳中原 鄭建國 周祥祥

隨著冷鏈運輸業的快速發展，智能化、低成本、穩定性強的溫濕度檢測系統成為了研究熱點。目前，基于防凍型溫濕度傳感器、耐寒電子元器件和數控電路等技術的日益成熟，使得研制滿足上述要求的檢測系統成為可能。本文基于TI公司的耐寒芯片和器件，設計了一款用于冷鏈運輸的低功耗溫濕度檢測系統，研究內容具有重要的研究價值和商業價值。

引言：隨著我國經濟的迅速發展，食品的安全問題越來越受到重視，食品的品質要求越來越高，從而促進了冷鏈運輸的發展，包括冷鏈物流和冷鏈配送等環節，冷藏車的數量也隨之逐年增加。然而我國在低溫保險和冷藏運輸的技術方面還落后于發達國家，冷鏈運輸過程中的設備智能化水平不高，從而導致了食品品質容易變質、經濟易受到損失等問題。為了保證食品安全，減少經濟損失，本文設計了一款針對冷鏈運輸的溫濕度傳感系統，實時監測冷藏車內的溫濕度。本文設計的檢測系統主要具有檢測靈敏度高、抗凍性能好、低功耗、響應速度快等特點。由于該檢測系統具有廣泛的應用市場和巨大的商業價值，因此具有重要的研究價值。

一、冷鏈運輸中溫濕度檢測概述

在冷鏈運輸過程中，食品存儲空間的環境溫濕度是檢測對象。環境溫度方面，低溫能夠抑制微生物的生長，還可以抑制酶的活性和呼吸作用，控制溫度保持在低溫水平可以有效地增加食品的保存時間，保障食品質量。但是低溫對于常規的檢測設備是不利的，一方面低溫會降低電池的使用壽命，甚至造成電池的過早損壞，另一方面低溫會導致一些電子器件包括傳感器的不正常工作，影響檢測靈敏度或導致器件損壞，因此需要采取措施防止低溫對擬研制的溫濕度傳感器的破壞。

環境濕度方面，空氣中的含水量會直接影響到食品的水分含量和水分活度，當環境中的相對濕度小于食品中的水分活度時，食品中的水分就會溢出，直到食品中的水分活度與環境中的相對濕度達到平衡為止，當環境中的相對濕度大于食品中的水分活度時，環境中的水分就會進入到食品當中，導致霉菌等微生物的產生，造成食品的腐爛變質，因此需要對環境中濕度進行精確的實時測量。當環境濕度過大時，還會產生凝露的現象，造成電子設備短路損壞，這也是擬研制的溫濕度檢測器需要避免的問題。

二、檢測系統的結構設計

系統結構示意圖如圖1所示，系統中采用TI公司的MSP430處理器作為主控制器，并采用TI公司的耐寒型溫濕度傳感器作為檢測元件，通過主控制器與傳感器的連接，可以實時檢測環境溫濕度。系統中采用了多節點的設計，可以對多個區域的溫濕度進行檢測，并把檢測結果發送至主控制器，便于后續的數據顯示、數據存儲、通信控制和報警燈功能的實現。

三、發展前景

近年來，我國農業產值中的農產品加工和運輸占比逐漸提高，然而和發達國家對比仍有較大的差距。以美國為例，我國的農產品加工和運輸在農業領域的投資占比不及美國的10%，一方面表明我國的農產品加工和運輸發達程度不足，另一方面也表明我國在該領域的市場潛力較大。近年來，我國的冷鏈物流行業市場規模在逐年提高，如圖2所示，圖中2019年和2020年為預測值，可以看到預期到2020年時，我國冷鏈物流行業市場規模將達到近5000億元，是2015年的三倍有余。因此，研制冷鏈物流行業相關的設備和產品，將具有較大的發展前景。

結論：本文設計了一款基于TI公司傳感器和電子元器件的低功耗耐寒型溫濕度傳感系統，用于冷鏈運輸過程中的溫濕度實時檢測。系統采用多節點的溫濕度檢測設計，可以將多個節點的溫濕度通過無線方式與主控制器進行通信，并對產生的故障進行實時報警，研究內容具有重要的研究價值，并具有一定的商業潛力，具有較強的市場價值。