冷鏈物流是以保持低溫環(huán)境為核心要求的物流過(guò)程，是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及制冷技術(shù)的快速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，以冷凍工藝學(xué)為基礎(chǔ)、制冷技術(shù)為手段的低溫供應(yīng)鏈系統(tǒng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，冷鏈貨物越來(lái)越紛繁復(fù)雜，相應(yīng)對(duì)冷鏈物流的要求也越來(lái)越高。
嚴(yán)格的溫度控制是冷鏈貨物質(zhì)量的保證，冷鏈貨物由于貯藏或者運(yùn)輸中的不慎或者意外而造成農(nóng)產(chǎn)品的不新鮮或者變質(zhì)，不僅可能影響營(yíng)養(yǎng)和味道變化，更嚴(yán)重的可能會(huì)對(duì)消費(fèi)者身體健康產(chǎn)生不良影響，可以等同于偽劣商品。因此電子信息技術(shù)跟蹤監(jiān)控在冷鏈物流中的作用至關(guān)重要。尤其運(yùn)輸中的信息記錄和問(wèn)題及時(shí)處理是貨物交接的質(zhì)量保證和依據(jù)，也是責(zé)任追溯與索賠的證據(jù)。
我國(guó)冷鏈運(yùn)輸現(xiàn)狀
我國(guó)的冷鏈運(yùn)輸業(yè)起步較晚，發(fā)展水平較低。目前我國(guó)每年消費(fèi)的易腐食品將近10億t，需要冷鏈運(yùn)輸?shù)某^(guò)50%，但只有10%左右能實(shí)現(xiàn)冷鏈運(yùn)輸。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，我國(guó)易腐食品在流通環(huán)節(jié)中的損失率高達(dá)25%~30%，大約90%肉類(lèi)、80%水產(chǎn)品、大量的牛奶和豆制品基本上還沒(méi)有冷鏈運(yùn)輸保證。
我國(guó)的冷鏈運(yùn)輸率為10%~20%，與發(fā)達(dá)國(guó)家80%~90%的平均水平相比，我國(guó)冷鏈運(yùn)輸業(yè)尚處于起步階段。近年來(lái)私營(yíng)企業(yè)開(kāi)始購(gòu)置冷藏車(chē)，冷藏車(chē)的數(shù)量在逐年上升。但是運(yùn)輸環(huán)節(jié)溫度控制手段原始粗放，冷鏈運(yùn)輸環(huán)節(jié)的溫度控制和操作規(guī)范等方面缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，冷鏈運(yùn)輸各環(huán)節(jié)的信息資源難以實(shí)現(xiàn)有效銜接，出現(xiàn)問(wèn)題難以實(shí)現(xiàn)有效追溯。
當(dāng)前我國(guó)的冷鏈物流業(yè)正向網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、集團(tuán)化發(fā)展，具有巨大發(fā)展空間。應(yīng)市場(chǎng)需求市面上出現(xiàn)了一些冷鏈車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)，但是這些監(jiān)控系統(tǒng)并不能全方位監(jiān)控冷鏈車(chē)，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)未能及時(shí)提醒以便解決，未能起到防范于未然和減少不必要損失的作用。
針對(duì)以上問(wèn)題，該研究設(shè)計(jì)了一款冷鏈車(chē)輛監(jiān)控終端，對(duì)貨物信息、冷鏈車(chē)輛和駕駛員進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題避免不必要的損失，同時(shí)保留原始數(shù)據(jù)以便在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)加以追溯。
冷鏈物流車(chē)輛監(jiān)控終端功能描述
冷鏈物流車(chē)輛監(jiān)控終端的顯示界面分為主界面、視頻界面和導(dǎo)航界面，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)以下功能。
圖1為車(chē)載終端的主界面，實(shí)時(shí)顯示車(chē)廂內(nèi)溫度信息、車(chē)門(mén)狀態(tài)信息、車(chē)內(nèi)貨物信息、油量信息、服務(wù)器指令和當(dāng)前時(shí)間。其中在觸摸液晶屏上點(diǎn)擊溫度顯示區(qū)域可設(shè)置溫度采集的之間間隔和溫度范圍;點(diǎn)擊指令顯示區(qū)域可回復(fù)服務(wù)器指令;點(diǎn)擊時(shí)間顯示區(qū)域可手動(dòng)設(shè)置或讀取服務(wù)器時(shí)間;貨物顯示區(qū)域可上下翻頁(yè)。
車(chē)載終端的視頻界面，該界面只有在駕駛員調(diào)用時(shí)才會(huì)開(kāi)啟，同時(shí)開(kāi)啟所有攝像頭。主要應(yīng)用于駕駛員收到警告或提示但不方便停車(chē)檢查時(shí)，查看情況。當(dāng)退出該界面時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉該進(jìn)程和各攝像頭，顯示主界面。
冷鏈車(chē)車(chē)載終端的導(dǎo)航界面，駕駛員切換至該界面時(shí)，開(kāi)啟導(dǎo)航軟件，結(jié)合GPS 信息和貨物目的地信息或駕駛員輸入的目的地，計(jì)算出合理行車(chē)路線(xiàn)，指導(dǎo)其駕車(chē)前往目的地。在退出該界面時(shí)，關(guān)閉導(dǎo)航軟件。
如圖1，界面的右邊有5個(gè)模擬按鍵，從上到下依次是導(dǎo)航鍵、視頻鍵、退格鍵、確認(rèn)鍵和重啟鍵。導(dǎo)航鍵和視頻鍵用于切換到相應(yīng)的界面，在導(dǎo)航界面或視頻界面按退格鍵返回主界面，確認(rèn)鍵在駕駛員輸入信息需要確認(rèn)時(shí)使用，重啟鍵用于快速重啟車(chē)載終端。
該終端以配合服務(wù)器使用為主，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度，節(jié)省運(yùn)輸成本;也可以不連接網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)使用。
冷鏈物流車(chē)輛監(jiān)控終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
冷鏈物流車(chē)輛智能監(jiān)控系統(tǒng)裝置除界面顯示模塊外，其系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)還可分為6 個(gè)功能模塊，分別是：視頻監(jiān)控模塊、車(chē)廂溫度監(jiān)控模塊、車(chē)門(mén)狀態(tài)監(jiān)控模塊、油量監(jiān)控模塊、GPS 定位模塊和RFID 物品監(jiān)控模塊。運(yùn)用模塊化的思想進(jìn)行開(kāi)發(fā)以實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，便于后續(xù)的改進(jìn)和維護(hù)。
3.1 視頻監(jiān)控模塊
車(chē)載攝像頭根據(jù)實(shí)際需求采集車(chē)廂門(mén)口、油箱周?chē)婉{駛員的圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理。圖像數(shù)據(jù)的采集與壓縮包括jpg 格式的圖片采集，以及H264格式的視頻采集;圖像數(shù)據(jù)的傳輸，采用3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸;視頻數(shù)據(jù)的顯示，在車(chē)載終端顯示所開(kāi)啟攝像頭的視頻也可以選擇某個(gè)攝像頭全屏顯示;圖像數(shù)據(jù)的保存，除了在車(chē)載終端所帶的硬盤(pán)存儲(chǔ)外還要上傳服務(wù)器進(jìn)行保存。
視頻監(jiān)控模塊具體流程見(jiàn)圖2。終端通過(guò)限位開(kāi)關(guān)判斷車(chē)門(mén)開(kāi)還是關(guān)，當(dāng)車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)，安裝于冷凍車(chē)后車(chē)門(mén)車(chē)頂?shù)臄z像頭進(jìn)行視頻采集，反之則關(guān)閉攝像頭。通過(guò)GPS 獲得的車(chē)速判斷車(chē)輛狀態(tài)是行駛中還是停車(chē)狀態(tài)，當(dāng)車(chē)輛行駛時(shí)，關(guān)閉監(jiān)控油箱和車(chē)門(mén)的攝像頭，打開(kāi)拍攝駕駛員的攝像頭采集照片和視頻，當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)，關(guān)閉拍攝駕駛員的攝像頭，打開(kāi)監(jiān)控油箱的攝像頭采集視頻。采集的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所有視頻進(jìn)行保存和上傳處理，拍攝駕駛員的照片進(jìn)行圖像處理通過(guò)關(guān)鍵特征的提取判斷是否是疲勞駕駛，同時(shí)結(jié)合駕車(chē)時(shí)間，如果是則播放提示音“您已駕車(chē)疲勞，請(qǐng)停車(chē)休息!”并做好歷史記錄。當(dāng)駕駛員調(diào)用視頻界面時(shí)，終端除了將視頻數(shù)據(jù)保存上傳外，還要顯示在終端的顯示屏上。
3.2 溫度監(jiān)控模塊
在車(chē)廂內(nèi)根據(jù)需要布置多個(gè)溫度采集節(jié)點(diǎn)，采集車(chē)廂不同廂體位置的溫度，把采集到的溫度傳輸至車(chē)載終端，同時(shí)保存、上傳、顯示和異常判斷，若溫度超出設(shè)定的溫度范圍，則報(bào)警提示駕駛員調(diào)節(jié)溫度。溫度顯示通過(guò)溫度采集模塊采集溫度信息，車(chē)載終端以折線(xiàn)圖顯示利于駕駛員掌握車(chē)廂內(nèi)的溫度變化狀態(tài);溫度調(diào)節(jié)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，根據(jù)用戶(hù)需求自由選擇，手動(dòng)控制需司機(jī)根據(jù)車(chē)載終端顯示的溫度，調(diào)控冷氣壓縮機(jī);自動(dòng)控制即通過(guò)車(chē)載終端對(duì)冷氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制。
溫度監(jiān)控模塊具體流程見(jiàn)圖3。每隔1 min( 時(shí)間可以自由設(shè)定) 采集一次溫度，將采集到的數(shù)據(jù)記錄在硬盤(pán)中，并上傳給服務(wù)器和顯示在終端主界面的溫度折線(xiàn)圖上，同時(shí)又將其與保存的溫度范圍進(jìn)行比較，若超出設(shè)定的溫度范圍則警報(bào)“請(qǐng)注意，車(chē)廂溫度異常!”而后由司機(jī)手動(dòng)或者終端自動(dòng)調(diào)節(jié)冷壓機(jī)以控制車(chē)廂溫度。
3.3 油量監(jiān)控模塊
油量監(jiān)控主要用于服務(wù)器后期處理和偷油情況，其工作流程見(jiàn)圖4。通過(guò)車(chē)輛自帶的油尺(油量傳感器) 讀取當(dāng)前的油量，將油量數(shù)據(jù)上傳和保存，同時(shí)與上一次測(cè)得的數(shù)據(jù)比較是否異常如油量減少遠(yuǎn)快于車(chē)輛行行駛時(shí)的油耗，或者停車(chē)時(shí)油量減少等。若異常發(fā)出報(bào)警“請(qǐng)注意，油量異常，請(qǐng)注意檢查!”同時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)油箱的視頻監(jiān)控。
3.4 RFID 物品監(jiān)控模塊
RFID具體實(shí)現(xiàn)以下操作：①標(biāo)簽中貨物信息的錄入。貨物信息在貨物包裝時(shí)或貨物裝車(chē)時(shí)錄入，貨物信息包括貨物的裝貨地點(diǎn)及卸貨地點(diǎn)，貨物品種、類(lèi)型、重量、數(shù)目，貨物信息錄入操作人員代碼等。②標(biāo)簽安裝。標(biāo)簽信息采集完成后，安裝RFID標(biāo)簽至貨物上，在貨物出入車(chē)廂時(shí)予以登記，記錄信息將上傳至服務(wù)器，可以供服務(wù)器端調(diào)度指揮。③讀卡器讀取標(biāo)簽信息。貨物上下車(chē)時(shí)讀取標(biāo)簽信息，存入并顯示至車(chē)載終端，以提醒駕駛員上貨及卸貨的目的地，同時(shí)上傳服務(wù)器。
RFID物品監(jiān)控模塊流程見(jiàn)圖5。在車(chē)門(mén)沒(méi)關(guān)前，一直讀取貨物信息然后記錄，當(dāng)車(chē)門(mén)關(guān)上，結(jié)合服務(wù)器指令和GPS導(dǎo)航信息，對(duì)車(chē)上貨物歸類(lèi)分析，得出車(chē)上所載貨物和已運(yùn)達(dá)貨物的目錄，目的地排序以便導(dǎo)航，然后上傳信息并顯示在終端的主界面上，同時(shí)根據(jù)貨物信息設(shè)定溫度范圍。
3. 5 車(chē)門(mén)狀態(tài)監(jiān)控模塊
用于檢測(cè)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，車(chē)載終端實(shí)時(shí)顯示車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以防止車(chē)門(mén)意外打開(kāi)，造成貨物丟失等情況，車(chē)門(mén)異常開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式報(bào)警，供服務(wù)器端監(jiān)控和駕駛員及時(shí)處理。
如圖6 所示，車(chē)門(mén)狀態(tài)監(jiān)控模塊以限位開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與接通來(lái)判斷車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)。當(dāng)車(chē)門(mén)開(kāi)時(shí)，判斷是否是異常開(kāi)啟，即根據(jù)GPS 信息和貨物信息判斷是否是接貨和卸貨地點(diǎn)。若是異常開(kāi)啟則記錄并發(fā)出警報(bào)，同時(shí)上傳服務(wù)器。
3.6 GPS 定位模塊
GPS導(dǎo)航功能通過(guò)開(kāi)源軟件代碼移植，或者安裝導(dǎo)航軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。GPS 定位信息在接收到后上傳服務(wù)器，同時(shí)存儲(chǔ)于硬盤(pán)，以便終端的其他模塊讀取使用。
終端硬件設(shè)計(jì)
冷鏈物流監(jiān)控終端各傳感器安裝示意見(jiàn)圖7。2個(gè)溫度傳感器安裝于車(chē)廂頂部，一個(gè)安裝于底部。溫度傳感器的數(shù)量和安裝位置可以根據(jù)冷鏈車(chē)的實(shí)際需要靈活變動(dòng)。該終端采用的溫度傳感器是DS18B20，性?xún)r(jià)比非常出色。其單線(xiàn)接口方式，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上，方便于冷鏈車(chē)內(nèi)布線(xiàn)，單線(xiàn)上能并聯(lián)不多于8個(gè)DS18B20，多于8個(gè)時(shí)信號(hào)傳輸會(huì)不穩(wěn)定，而對(duì)于冷鏈車(chē)而言基本上不會(huì)超過(guò)8個(gè)監(jiān)控點(diǎn);DS18B20 測(cè)溫范圍在-55~125 ℃時(shí)，固有測(cè)溫誤差1 ℃，測(cè)溫范圍-10~85 ℃時(shí)，固有測(cè)溫誤差0. 5 ℃，而且可以通過(guò)計(jì)算公式Temperature = TEMP_READ – 0.25 =( COUNT_PER_C– REMAIN) / CONT_PER_C 獲得更高的分辨率，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫，這已完全滿(mǎn)足冷鏈車(chē)的控制需求;電壓范圍為3.0~5.5 V 無(wú)需備用電源，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活方便。
限位開(kāi)關(guān)的安裝可以根據(jù)實(shí)際靈活變動(dòng)。如圖8 中的右圖，如果冷鏈車(chē)為單開(kāi)門(mén)，則采用一個(gè)限位開(kāi)關(guān)監(jiān)控車(chē)門(mén)狀態(tài)，安裝于車(chē)廂頂部靠右;如果冷鏈車(chē)為雙開(kāi)門(mén)，則采用2個(gè)限位開(kāi)關(guān)分別監(jiān)控2 扇門(mén)的狀態(tài)，如圖8 中的左圖安裝于車(chē)廂頂部。采用有自定義升降桿的限位開(kāi)關(guān)，便于安裝和調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)好后反應(yīng)靈敏。
視頻監(jiān)控，采用3~4 個(gè)攝像頭分別監(jiān)控車(chē)門(mén)、油箱和駕駛員。如圖7，監(jiān)控車(chē)門(mén)的攝像頭安裝于車(chē)廂后部的頂部，采用廣角球型攝像頭，視角覆蓋整個(gè)車(chē)門(mén)，利于車(chē)門(mén)和貨物監(jiān)控。疲勞駕駛監(jiān)控的攝像頭安裝于車(chē)頭駕駛員正對(duì)面，采用隱式夜視攝像頭，既不遮擋駕駛員視線(xiàn)，又利于晚上疲勞駕駛的監(jiān)控。油箱監(jiān)控的攝像頭安裝于后視鏡上，如冷鏈車(chē)的兩側(cè)都有油箱，則兩邊后視鏡上都需安裝攝像頭，如只有一側(cè)，則在有油箱的一側(cè)安裝攝像頭，采用隱式夜視攝像頭，不僅便于晚上對(duì)油箱的監(jiān)控，還不容易讓別人發(fā)現(xiàn)和破壞。
油量監(jiān)控，利用冷鏈車(chē)自帶的油量傳感器，通過(guò)連接線(xiàn)與終端相連，讀取油量數(shù)據(jù)。當(dāng)冷鏈車(chē)停車(chē)時(shí)，由終端給油量傳感器供電，使其能正常工作，實(shí)現(xiàn)全程油量監(jiān)控的目的。
如圖7，車(chē)后兩側(cè)安裝RFID 遠(yuǎn)距離讀卡器，貨物裝卸時(shí)自動(dòng)讀取貨物信息并上傳給車(chē)載終端，不需要停下來(lái)進(jìn)行掃描或人工記錄，大大提高了工作效率、準(zhǔn)確率以及貨物的安全性。要求RFID 標(biāo)簽貼在貨物的側(cè)面，以便更好地讀取貨物信息。采用RFID 記錄貨品信息，同時(shí)同步貨物信息至服務(wù)器端，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的智能管理及調(diào)度。公司獲得整個(gè)運(yùn)輸鏈上正在運(yùn)輸?shù)呢浧沸畔⒁约安煌浧返牧鲃?dòng)方向，可獲得貨品的合理采購(gòu)源及銷(xiāo)售地，同時(shí)可掌握整條物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流運(yùn)輸?shù)暮暧^(guān)調(diào)控、全局把握、信息共享以及智能調(diào)度。
結(jié)論
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該研究設(shè)計(jì)的冷鏈物流車(chē)輛監(jiān)控終端優(yōu)點(diǎn)在于各傳感器全面采集各重要信息，單片機(jī)實(shí)時(shí)處理信息并發(fā)出相應(yīng)警報(bào)和提示，存儲(chǔ)硬盤(pán)記錄各原始信息和操作信息，集成度高、報(bào)警及時(shí)、監(jiān)控全面、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單，所有監(jiān)控信息均可在觸摸液晶屏上顯示。不僅解決了冷凍車(chē)的全程、全方位監(jiān)控報(bào)警，減少損失，而且可以通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器指令遠(yuǎn)程調(diào)度冷鏈車(chē)輛，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)保留原始數(shù)據(jù)以便問(wèn)題追溯。 |
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