农产品储运环境实时监测系统设计

施荣华　李长斌　王国才　郭旭　李尹

摘 要：农产品运输车辆和储存仓库的内部温湿度等环境和位置参数是农产品物流调度管理的重要依据，综合使用物联网、无线传感器网络、GPRS无线通信、GSM短信、GPS、GIS等技术与方法，构建一个一体化的农产品储运环境的远程实时监测系统。

关键词：农产品物流； 物联网；实时监测； 一体化

中图分类号：TP393.0 文献标识码：A

Abstract：The environment and location parameters in the agricultural products transport vehicles and warehouse such as internal temperature and humidy are the important basis of agricultural products logistics scheduling management.By the comprehensive use of the Internet of things，the wireless sensor network，GSM SMS，GPRS wirelesscommunication，GPS，GIS technologies and methods，we built an integrated remote realtime monitoring system of agricultural products storage and transportation environment.

Key words：agricultural products logistics； IOT； Realtime monitoring；integration

1 引 言

随着农产品生产的专业化和集中化，农产品运输与仓储环节对农产品的品质和流通成本的影响也越来越大，运输与仓储的环境的参数准确及时获取是提高农产品物流管理水平和降低物流成本的重要依据。

目前，物联网[1]、无线传感器网络[2]、GPRS无线通信、GSM短信、GPS[3]、GIS[4]等技术已经应用于不同的农业环境监测领域[5-7]。本文将这些技术结合起来，建立一个一体化的农产品储运环境的远程实时监测系统，重点讨论了在上位机对采集数据处理、预警信息产生、历史数据查询。

2 系统架构

农产品仓储与运输是农产品物流的关键环节。本文提出，监测仓库环境参数由仓库终端监测，车厢环境由车载终端监测。车载终端和仓库终端将所测环境参数远程传送到监控中心，如图1所示。管理人员通过监控中心的软件掌握农产品储运环境的参数，监控中心的硬件组成如图2所示。

监控中心硬件设备主要包括公网服务器1台，指挥机服务器1台，数据库服务器1台，监控端3台，这些都是挂在局域网络上，其中公网服务器与CDMA/GSM/3G/INTERNET等网络连接，指挥机服务器与GPS指挥机群连接。其他附属设备包括打印设备、投影设备和大屏幕设备。

如图3所示在每个仓库或车辆货箱内部署硬件节点，它包括用于定位的GPS模块，用于采集温湿度信息的RS485模块和温湿度传感器，用于识别货品的RFID模块，以及远程传输相关数据的GPRS模块。RFID模块、GPS模块、温湿度传感器、乙烯传感器与数据采集模块RS485相连，将采集到的货品信息、位置信息、温湿度数据。乙烯含量交给RS485，并最终通过GPRS模块将这些信息经运营商网络传递至远程服务器。

在大型仓库中需要分布多个采集点，以监测仓库中不同区域的环境参数提高数据精度，这些采集点则需要通过Zigbee网络汇聚到GPRS模块。此外由于仓库位置相对固定，可在仓库节点部署时考虑取消GPS模块节约成本。

3 系统功能

如图4所示，运营中心监控系统总体上可划分为车载/仓库终端和监控中心两大模块，车载/仓库终端安装于各目标车辆上随车运行，实现对运输车辆信息的采集及网络通信功能；或是部署在仓库内部，仓库位置相对固定可不安装GPS模块如前面所述；监控中心部署在监控调度办公室，实现数据的可视化，实时监控调度等功能。

车载/仓库终端包括了3个功能模块：

信息采集：该模块利用传感设备采集运输车辆及货物的信息。包括利用GPS定位传感模块采集运输车辆的实时时间、位置信息（经度、纬度、海拔）、速度信息；利用RFID传感模块[8]采集货物标签信息，标签内可存储货物ID标识、名称、类别、备注等；利用乙烯传感器采集乙烯含量信息；利用温度、湿度传感器设备采集货车车厢环境参数等。

信息显示：该模块利用小型触摸屏显示传感设备采集的重要数据。包括车辆的时间、定位信息，RFID采集货物标签数据，传感数据，调度指令等供驾驶员了解当前运输状态，便于及时调整驾驶情况。同时显示常用操作按钮供驾驶员、仓库管理员使用，保证驾驶员、仓库管理员与监控中心的实时沟通；

数据传输：该模块利用GPRS通信模块的透明传输模式[9]，实现车载/仓库终端与监控中心的无障碍网络数据通信。包括将各传感器采集信息传送至监控中心，接收监控中心下达的调度指令，响应调度指令的应答信息传送等；

常用操作：该模块通过触摸屏供驾驶员、仓库管理员使用常用功能操作。包括对监控中心调度指令进行应答，在出现意外情况时进行人工报警。

监控中心功能模块可分为数据管理、监控功能和安全管理。

数据管理：该功能模块处理接收自各目标终端来的各部分数据。对接收数据进行解析、解密、校验和提取后，存储入数据库；根据接收信息的不同种类进行相应的功能调用处理；并对接收信息实现数据维护的功能。

监控功能：该模块实现数据可视化，是中心人员实现监控的主要功能模块。多目标轨迹绘制调用各目标终端发送上来的定位采集信息，实时在GIS平台上同步绘制各目标运输轨迹，便于中心人员查看；各目标管理模块管理GIS平台中显示的跟踪目标，包括目标形式设置、目标标识、目标跟踪信息查看、清除目标；该模块还包括中心人员通过GIS平台对指定目标终端下达调度指令、接收和提示终端人员给予的应答信号；报警处理包括接收参数超标自动报警信号、终端人员主动报警信号、可查验已运输轨迹的路径正确性；另外包括地图的常用操作功能等。

数据安全管理：该模块实现监控系统的数据安全管理。对符合运输协议的各目标终端发送的各组数据进行接收和处理，屏蔽其他非法数据，确保接收数据的安全性；对传送数据加密，进一步保证数据传输的安全性；根据不同权限设定中心人员可进行的不同功能操作，确保已存储数据不会被篡改。

信息管理，该部分是系统管理者对于人员车辆、仓库信息及一些固定信息的管理，其中固定信息包括最短路径的选择方案，配载原则等信息内置到基本信息中，管理者可以根据业务需求进行选择分配。车辆信息主要包括公司自营车辆档案资料信息，其中有车辆类型、牌号、种类等信息，仓库信息包括仓库位置、储存农产品类型、仓库管理员等信息。人员管理，即人员档案信息，包括驾驶员的驾龄，驾照号，姓名，出生日期以及仓库管理员的年龄、身份证号、姓名等信息。用户管理则主要是对系统进行增、删、改等处理，按用户分工的不同赋予相应权限。

4 结 论

本设计先是在实验环境下，进行各系统功能模块的单元测试，对软硬件连接进行调试，在整体系统运行稳定后，进行实际环境的现场安装与部署。在实地环境对整个网络设计和系统做最终测试。本系统是以物联网技术为基础，应用在物流运输领域的运营中心监测系统。综合利用GPRS、GPS、RFID、串口通信等核心技术，多角度、多参数的对物流运输车辆和储存仓库进行一体化监测，同时可实现对物流货物的自动化管理和全方位跟踪监测。

5 进一步研究方向

为更好适应农产品储运监控的发展趋势，在射频识别方面，可将现有的标签升级为有源RFID与无源RFID沟通的节点，集成超高频无源RFID读写芯片以降低标签成本；在适应更大数据量方面，可以将无线数据传输方式从GPRS升级为3G或4G通信；在数据分析方面可加入专业知识库的形成和数据挖掘方面的设计。

参考文献

[1] 胡铮. 物联网[M]. 北京：科学出版社，2010.10

[2] 孙利民，李建中. 无线传感器网络[M]. 北京：清华大学出版社，2005.5.

[3] 刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法.[M].北京：科学出版社，2003.

[4] 陈述彭，鲁学军，等. 地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，2000.1

[5] JIBER Y，HARROUD H，KARMOUCH A.‘Precision Agriculture Monitoring Framework Based on WSN Wireless Communications and Mobile Computing Conference （IWCMC）[M]，2011：2015-2020.

[6] BAGHYALAKSHMI，EBENEZER J，SATYAMURTY S A V.‘WSN based Temperature Monitoring for High Performance Computing Cluster Recent Trends in Information Technology （ICRTIT）[M].2011：1105-1110.

[7] GRACON H.E.L.de Lima，Lenardo C.e Silva，Pedro F.R.Neto WSN as a Tool for Supporting Agriculture in the Precision Irrigation Networking and Services （ICNS）[J].2010：137-142.

[8] 赵军辉. 射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.7.

[9] 施荣华，郭旭，郑德沈，等. 基于无线传感器网络的鱼塘水质监测系统[J]. 计算技术与自动化，2014，33（4）：59-63.