基于NB-IOT的智能卷煙在途監管系統

邵宏信

摘 要：隨著“工業4.0”時代的到來，傳統工業企業向智能企業轉型升級已成為必然趨勢，傳統的物流管理模式不論是在人工成本、管理效率及實時監管等方面都不符合當前高質量發展要求，而本文提到的基于NB-IOT的智能卷煙在途監管系統，不僅可有效減少人工成本，還能實現卷煙在流通中的實時追溯及監管等。

關鍵詞：卷煙管理;NB-IOT;RFID電子標簽

1 概述

目前，我國煙草工業企業與煙草商業企業之間已經建立了相對完善并且安全的物流系統[1]，但是卷煙在途運輸配送監管環節還一直處于空白得狀態，因此卷煙運輸過程中的實時監控，不僅可以有效降低人工成本，并且對于保障卷煙運輸安全也有著十分重要的意義。

在途運輸過程中對于環境的控制存在了很多的不確定性，例如外界環境溫濕度、車輛顛簸、振動等，如果不能夠及時發現箱內溫濕度的明顯變化，可能會對卷煙造成不必要的損害及影響;運輸的車輛在途中如果嚴重偏離了預定的運輸路線，也沒有辦法及時發現;在途運輸的過程中卷煙的數量發生了變化。針對這一系列存在的問題，本文中提到的運用了RFID電子標簽并基于NB-IOT的智能卷煙在途監管系統是比較切實可行的解決方案[2]。

2 整體設計架構

智能卷煙在途監管系統主要由便攜式識讀設備以及后臺通信系統這兩部分組成。便攜式識讀設備可以識讀卷煙包裝上的RFID電子標簽，RFID電子標簽里包含卷煙的具體信息（可包括編號、名稱、數量、產地等），便攜式識讀設備可以將現場的溫度、濕度等及其他需要監測的環境參數實時顯示在顯示屏上，并通過NB-IOT將數據傳輸給后臺通信系統進行實時監控[3]。且當溫度、濕度等參數超過閾值時，同時啟動蜂鳴器報警，并將報警信息發送給后臺通信系統。

從成本、便攜性等方面考慮，單片機嵌入式系統足以滿足需求，圖1為智能卷煙在途監管系統組織結構圖[4]。便攜式識讀設備通過超高頻讀寫模塊來識別現場的RFID電子標簽信息，對卷煙進行掃描盤點;便攜式識讀設備可通過NB-IOT模塊進行實時定位管理，對于偏離預設路線的車輛可報警提示，并發送報警信息至后臺服務器;便攜式識讀設備與后臺的服務器進行通信，可以實現后臺系統的指令下發以及便攜式識讀設備數據上傳至服務器的功能，從而可以達到卷煙在途實時監管的目的。

3 系統硬件設計

便攜式識讀設備的硬件結構如圖2所示。整個電路可以依據不同的功能劃分為主要功能模塊、核心控制模塊及供電模塊。

主要功能模塊由NB-IOT通信模塊、超高頻識讀模塊、顯示屏模塊、溫濕度采集模塊和蜂鳴器報警模塊等組成[5]。核心控制模塊通過NB-IOT通信模塊無線連接后臺服務器，可實現指令的接收和數據的上傳，并可通過基站來獲取實時的定位信息，實現卷煙的在途實時監管;通過超高頻識讀模塊識別卷煙包裝上的RFID電子標簽，進行出入庫盤點;溫濕度采集模塊采用傳感器將所采集到的數據傳送給核心控制模塊，由核心控制模塊進行判斷，當采集到的數據超過提前設置的閾值時，蜂鳴器報警啟動報警功能，并將報警信息通過NB-IOT傳送給后臺服務器;顯示屏可顯示實時的采集數據。

3.1 核心控制模塊

便攜式識讀設備經過綜合考慮，支持所有功能模塊的接口及后期功能擴展，并且能夠滿足低功耗的情況下，系統選擇了STM32F103RET6作為MCU。基于Cortex-M3內核的32位微控制器[6]，該型號單片機引腳數為64，Flash容量為512KB，封裝類型為LQFP，正常工作時溫度范圍為-40℃～85℃，工作電壓范圍為2.0V～3.6V，最高工作頻率為72MHz，并且具有多路SPI、UART和I2C等通信接口，完全可以滿足數據信息的采集，以及與子模塊之間的數據通信需求。

3.2 NB-IOT通信模塊

NB-IOT無線通信模塊足由BC95模組以及SIM卡座、串口電路、濾波天線、復位電路組成，由電源模塊供電[7]。本模塊將來自核心控制模塊的卷煙盤點信息、環境采集信息以及報警信息通過Internet將數據發送到IOT云平臺，并接收用戶通過Internet發送來的指令[8]。

3.3 超高頻識讀模塊

超高頻識讀模塊采用羅丹貝爾M-500型號的模塊[9]，該模塊可對粘貼在卷煙包裝上的RFID電子標簽存儲的信息進行讀寫，并可修改電子標簽的訪問密碼，可對電子標簽進行鎖定和銷毀;良好的防沖撞性能，可同時讀取多個電子標簽;配置小型圓極化天線，讀寫速度快。該模塊包含了射頻模塊、數字信號處理模塊、輸入/輸出接口以及通信接口，滿足便攜式識讀設備的基本需求。

4 總結

智能卷煙在途監管系統是煙草工業運輸監控體系的延伸[10]，該系統采用了RFID電子標簽、NB-IoT無線通信等技術，采集在途過程中卷煙的實時環境信息數據、定位信息及卷煙狀態監測。并結合了后臺通信服務器，可以建立起一個完整的卷煙在途監控網絡，有效的實現了卷煙在途過程中實時定位跟蹤、定點檢查校驗、物流全過程信息追溯等功能，極大的提高了煙草運輸配送的安全性。

參考文獻：

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