刘 影，王智霖，王 宛，韩康康，黄斯航，王乾垒

（辽宁工程技术大学 电子与信息工程学院，辽宁 葫芦岛 125000）

0 引 言

随着经济的发展，人们生活水平逐步提高，居民对冷藏类食品的需求量呈增长趋势，因此对我国的冷链物流提出了较高要求。容易腐烂变质的消费品需保存在低温环境中，但由于缺乏可实时共享的信息，食品的安全管理无法得到较好控制。通过电子信息技术将分散的物品信息进行有效整合，可实现现代化社会冷链物流的全程实时监控[1]。

传统物流模式只提供了货物运输的功能，显然无法满足需要实时监控物品温度的特殊物品的需求，目前大多数物流公司通过温度检测记录仪记录温度，在货物交接时一次性读取货物数据，无法实时检测冷链物流系统中物品的过程状态。还有一大部分产品无法进行低温运输销售，且与发达国家相比差距明显，大量的肉、水产品、奶类和豆制品没有在冷链物流环境下运销。此外，我国还缺乏相应的硬件设施，而原有的设备无法满足冷链物系统的正常运行，且损耗较高，显然不适合当今的信息化社会，因此需要更加现代化的物流模式[2,3]。其中RFID技术可以同时识别多个数据，识别距离远，在配送中心验货、出入库工作中，无需人工操作与车辆扫描，大大节省了作业时间，提高了作业效率，与人工作业相比，减少了盘点作业中的差错率，增强了物流系统的准确性。RFID技术也是近年来备受关注的物联网分支实现技术，非常适合构建短距离、小数据量的实时监控和无线通信系统。

本文引入了RFID技术，主要从温度监测方面，通过基于OneNet平台的可视化监管中心，全程及时了解产品的温度及位置信息，并在温度超过所设定的范围时及时补救，以保证产品质量并提高作业效率和管理水平。

1 系统总体结构设计

基于RFID的冷链物流系统分为三个部分，分别为RFID电子标签、RFID阅读器和可视化监管中心，如图1所示。

（1）RFID电子标签负责采集冷链系统的温度，并将采集的温度信息发送到RFID阅读器。

（2）RFID阅读器将来自各RFID电子标签的数据和自身的位置数据进行初步处理后上传至OneNet平台。

（3）可视化监管中心基于OneNet平台对冷链系统进行监管，当冷链系统的数据异常时可向监管人员或用户发送异常短信提醒，从而实现对冷链物流的全程可视化监管。

图1 冷链物流系统结构图

2 系统硬件设计

系统硬件框图如图2所示，主要由RFID电子标签、RFID阅读器和电源模块组成。其中RFID电子标签负责将采集的温度数据进行处理并发送到RFID阅读器。RFID阅读器将相关数据上传至OneNet平台。

图2 冷链物流系统硬件框图

2.1 RFID电子标签

RFID电子标签框图如图3所示，主要包括核心处理模块、nRF24L01无线模块、温度传感模块和电源模块。

（1）核心处理模块采用意法半导体（ST）公司生产的32位ARM微控制器STM32F103，该模块主要将采集到的数据进行处理并通过控制nRF24L01模块以无线方式发送给网关模块。

（2）nRF24L01模块采用NORDIC生产的工作在ISM频段的无线收发模块，该模块通过无线方式将数据发送出去。

（3）温湿度传感模块采用温度传感器DS18B20，该模块主要负责采集冷链系统中物品的温度信息。

图3 RFID数据采集模块框图

2.2 RFID阅读器

RFID阅读器框图如图4所示，主要包括核心处理模块、nRF24L01无线模块、GPS模块、GPRS模块和电源模块。

（1）核心处理模块采用意法半导体（ST）公司生产的32位ARM微控制器STM32F103，该模块主要负责将接收到的温湿度数据和自身位置数据进行处理并通过GPRS模块发送到OneNet平台。

（2）nRF24L01模块采用NORDIC生产的工作在ISM频段的无线收发模块，用以接收RFID数据采集模块发送的温湿度数据。

（3）GPS模块采用UBLOX生产的NE0-7N模块，主要负责监测冷链系统中物体的位置信息。

（4）GPRS模块采用SIM800A，该模块主要将冷链物流系统中的各项数据上传至OneNet平台。

图4 RFID网关模块框图

3 系统软件设计

该冷链物流系统的软件设计主要分为RFID数据采集模块软件设计、RFID网关模块软件设计和可视化监管中心软件设计三部分。

3.1 RFID电子标签软件设计

RFID电子标签软件设计流程如图5所示。

在打开RFID电子标签电源后，该标签会初始化温度传感器DS18B20和无线模块nRF24L01，接着将温度数据写入nRF24L01，nRF24L01再将温度数据发送出去，最终进入下一个数据采集和发送循环。

图5 RFID电子标签软件设计流程图

3.2 RFID阅读器软件设计

RFID阅读器软件设计流程如图6所示。

图6 RFID阅读器软件设计流程图

在打开RFID阅读器电源后，该阅读器会初始化无线模块nRF24L01，GPS定位模块和GSM模块，接着将从无线模块nRF24L01中获得的电子标签的温度数据和GPS定位数据，并经数据处理后发送到GSM模块，由GSM模块将数据发送至OneNet平台。如果获得的数据存在异常，则系统会向管理人员或用户发送报警短信。

3.3 可视化监管中心软件设计

可视化监管中心基于中国移动OneNet平台而设计，该平台可以提供简便的海量连接、云端存储、消息分发和大数据分析等服务，从而降低开发人员的研发、运营和运维成本[4]。根据OneNet平台提供的基本框架，创建一个冷链物流监测项目，便可对冷链物流系统中的各项数据进行可视化远程监测。

OneNet平台的资源管理层次结构如图7所示。在该平台下，用户、产品、设备、APIKey、触发器和数据流有如图7所示的组织结构形式[5]。根据OneNet平台提供的基本框架，在创建的冷链物流监测项目中添加一个监测中心应用。在监测中心应用中添加需要监测的温湿度和位置信息数据的数据流。至此，则完成了可视化监管中心的搭建。

图7 OneNet平台资源管理层次结构图

4 实验验证

RFID电子标签将获取的温度数据发送到RFID阅读器，RFID阅读器将温度数据和位置信息一起上传至OneNet平台，最终在可视化监管中心上显示。

图8所示为基于OneNet平台的可视化监管中心上显示的冷链系统中物品的位置信息图。图9所示为在可视化监管中心中显示的冷链物流系统中物品的温度数据图。图10为物体温度超过限制温度后冷链系统向管理人员发送的报警短信图。

图8 位置信息图

图9 温度数据图

图10 报警短信图

5 结 语

本文设计了一种基于RFID技术和OneNet平台的冷链物流监测系统，该系统可以实现对冷链物流系统中物品的定位追踪和物品温度的实时监测，管理人员可通过基于OneNet平台的可视化监管中心监测物品的实时位置和实时温度数据，当物品的温度异常时，管理人员或用户还可以收到系统发送的报警短信。实验结果表明，该系统提高了冷链物流的工作效率和服务质量。

[1]谢卫航.试析冷链物流大数据下的实时监控优化[J].江西建材，2017（23）：286-289.

[2]王昀海.现代企业物流调度模型与监控研究[D].杭州：浙江理工大学，2015.

[3]张建奎.物联网技术在农产品冷链物流平台上的运用分析[J].中国市场，2017（32）：137-138.

[4]中国移动通信集团.概述－中国移动物联网开放平台[EB/OL].[2016-01-05].https：//open.iot.10086.cn/doc/art242.html#65．

[5]中国移动通信集团.概述－中国移动物联网开放平台[EB/OL].[2016-01-05].https：//open.iot.10086.cn/doc/art245.html#68．

[6]潘金珠，王兴元，朱效刚，等.基于物联网的冷链物流监测系统设计[J].物联网技术，2014，4（9）：20-21.

[7]罗珩，陆伟奇，于梅，等.WSN技术在冷链物流动态监控系统中的应用[J].物联网技术，2016，6（10）：18-22.

[8]任敏，胡永生.基于互联网技术的冷链物流发展对策研究[J].物联网技术，2016，6（6）：93-94.