孙宇航，吴有龙，张 帅，潘星颖，叶 晴，殷婷婷

（1.金陵科技学院 智能科学与控制工程学院，江苏 南京 211169；2.金陵科技学院 电子信息工程学院，江苏 南京 211169）

0 引 言

近年来，随着我国居民收入的增长，消费水平也逐渐提高，生鲜电商、蔬果配送等方式成为当下热门的市场消费选择，冷链运输环节对于生鲜电商、蔬果配送尤为重要，医药、疫苗等也同样是冷链物流中主要的运输商品。传统的公路运输市场中，许多企业依然沿用“冰块+棉被”的方式，或依靠改装过的普通厢式货车进行冷链运输，在运输途中难免出现“断链”现象。目前，欧美国家的生鲜产品损耗率被控制在5%，而我国的生鲜平均损耗率超10%，是欧美国家的2～3倍，生鲜市场的成本大大提高。

近年来，物联网技术被广泛应用于智慧城市建设，如智慧医疗、智慧交通等方面。文献利用NB-IoT技术对医药冷链物流系统框架开展了相关研究，实时监测医药冷链物流的环境参数；文献设计了一套超市冷链监控报警系统，通过设计的算法利用传感器对数据进行采集处理，并通过无线通信技术上传至用户可视化平台，该系统可确保超市冷链系统安全运行。物联网云平台技术的发展也促进了金属矿山、城市轨道交通等传统行业的智慧升级。物流运输过程中，高精度的位置服务能够对危险品运输、特殊商品运输进行监控。随着我国北斗卫星导航系统的发展，基于“+北斗”的应用也逐步被应用到无人机、安全帽和智能药箱等领域。

为解决冷链运输过程中无法实时监控冷藏车的位置和车内生鲜的温湿度、含氧量、乙醇与水质pH值，从而导致运输生鲜腐烂变质的问题，结合物联网云平台、北斗定位等技术，设计了基于北斗定位与华为云的智慧冷链监控系统，实现了冷链运输的状态监测。

1 系统设计

基于华为云的智慧冷链监控系统设计结构如图1所示。利用STM32单片机作为终端主芯片，传感器网络配置有温湿度传感器、含氧量传感器，用以收集生鲜冷链途中的信息，利用北斗定位模块实时更新物流运输位置信息，通过4G通信技术实现与华为云服务器的连接，将数据传至华为云上搭建的信息管理平台。

图1 系统整体结构

2 功能阐述

管理者和用户可通过访问华为云上的生鲜冷链页面实时查看冷链运输货物的状态信息。车辆运输轨迹如图2所示，可监控司机是否按照既定路线行驶，也可以查看司机是否违规长时间停留，以提升物流的实效性。图3所示为冷链车在地图上的实时位置，可以实时查看运输货物的位置，以合理安排时间取货。图4所示为利用北斗模块获取的经纬度和高度信息；图5由6个子图构成，各曲线图分别显示含氧量、速度、温度、湿度、pH值、乙醇含量等6个状态的变化趋势。各子图中的小图标若为绿色，则表示数据正常，若为红色，则表示数据异常，存在生鲜腐败的可能。速度信息由北斗定位模块上传，可以实时监测车辆运行的速度，既是对驾驶员行车规范的监控也是对其人身安全的保障。

图2 冷链车轨迹

图3 冷链车位置

图4 经纬度及高度

图5 含氧量、速度、温度、湿度、pH值、乙醇含量变化趋势

3 相关技术

3.1 单片机技术

单片微控制器也被称为单片机，是集I/O接口、存储器、CPU等于一体的微型计算机系统，是计算机向微型化发展的代表。微型化、网络化、高性能、用途广是其突出的特点，故适用于生鲜冷链检测系统。

生鲜冷链检测系统采用ST公司出品的STM32F10x系列芯片，通过芯片对外部设备进行控制，采集各传感器数据并集中处理后发送给服务器。生鲜冷链运输车辆和开发板实物连接如图6所示。

图6 STM32F103开发板实物

3.2 卫星定位技术

卫星定位即通过卫星实时确定物体的精确位置，由人造卫星（空间部分）、地面基站（地面部分）、用户设备（用户部分）组成。定位方式：通过卫星和接收机间的通信来确定用户的位置。

生鲜冷链检测系统使用ATGM332D定位模块，该模块基于中科微第四代低功耗GNSS SoC单芯片AT6558，集成美国GPS和中国北斗双模块，可实现高精度定位。其具有低功耗、高灵敏度（-162 dBm）及高定位精度（2.5 m）等特点，可测得设备精确的经纬度、速度、海拔等信息，并通过无线通信技术将上述信息发送给服务器并传递给物联网平台，最后在地图上显示该位置的坐标。

3.3 物联网通信技术

物联网通信技术是指通信和物联网技术的结合，物联网在不同的终端之间传输与交换感知的信息，互通、共享信息资源，支撑物联网的应用功能。目前广泛运用于物联网领域的无线通信技术有两类：长距离通信与短距离通信。

本设计使用型号为YED-D724X1的上海合宙Air724 4G模块通信：支持5～36 V宽电压供电；可以在35～75 ℃环境中工作；支持3.3 V TTL串口、RS 485通信方式；支持TCP/UDP/HTTP/MQTT/阿里云IoT等协议。该模块可以轻易嵌入生鲜冷链检测系统，只需通过SPI/SDIO接口就可以集成到设备系统中，符合物联网低功耗、低成本的特点。

3.4 传感器技术

物联网系统中的数据采集来自三层架构的感知层，而感知层的数据来源于传感器。传感器是将物理、化学、生物等信息变化按照某些规律转换成可以传递的电信号的器件或装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路组成。敏感元件可直接感知被测物理量，将被测量变化转换成该敏感材料特性参数的变化。

本设计根据实际需求，灵活选择传感器，使用DHT11温湿度传感器、蜂鸣器以及含氧量传感器。含氧量传感器的核心元件是多孔陶瓷管，利用Nernst原理监测运输车内氧含量的变化；DHT11温湿度传感器具有超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点，用来感应生鲜农产品在运输过程中的温湿度情况，并无线传输至服务器，在Web页面上显示。

3.5 服务器平台

监控系统采用的物联网平台为华为云平台，用户可在平台上建立物联网产品云端服务。在建立产品与设备时，开发人员可获得设备（ProductKey、DeviceName、DeviceSecret）证书，并下载到芯片上，当设备连接物联网平台时，将通过此证书认证身份。从事件、服务、属性等方面定义产品功能，并按照此前定义的功能构建数据模型，设备建好后可建立连接激活设备。建立完成即可将物理空间中的实体进行数字化处理，从而在云端构建该实体的数据模型，并将数据上传到云端。数据处理和上传流程如图7所示。

图7 数据处理和上传

4 结 语

本文设计的基于北斗+华为云的智慧冷链监控系统精度较高，成本较低，且操作简便，稳定性强。该系统可监测冷藏车内环境参数的变化，实现对运输物流进行位置、温湿度、含氧量、乙醇和水质pH值的实时监控，在检查到异常时发出警报，并支持在华为云端实时查看数据。此系统可推广应用于冷链运输过程，降低生鲜在运输过程中的损耗，提高冷链运输效益。