基于NB-IOT的智能卷烟在途监管系统

邵宏信

摘 要：随着“工业4.0”时代的到来，传统工业企业向智能企业转型升级已成为必然趋势，传统的物流管理模式不论是在人工成本、管理效率及实时监管等方面都不符合当前高质量发展要求，而本文提到的基于NB-IOT的智能卷烟在途监管系统，不仅可有效减少人工成本，还能实现卷烟在流通中的实时追溯及监管等。

关键词：卷烟管理;NB-IOT;RFID电子标签

1 概述

目前，我国烟草工业企业与烟草商业企业之间已经建立了相对完善并且安全的物流系统[1]，但是卷烟在途运输配送监管环节还一直处于空白得状态，因此卷烟运输过程中的实时监控，不仅可以有效降低人工成本，并且对于保障卷烟运输安全也有着十分重要的意义。

在途运输过程中对于环境的控制存在了很多的不确定性，例如外界环境温湿度、车辆颠簸、振动等，如果不能够及时发现箱内温湿度的明显变化，可能会对卷烟造成不必要的损害及影响;运输的车辆在途中如果严重偏离了预定的运输路线，也没有办法及时发现;在途运输的过程中卷烟的数量发生了变化。针对这一系列存在的问题，本文中提到的运用了RFID电子标签并基于NB-IOT的智能卷烟在途监管系统是比较切实可行的解决方案[2]。

2 整体设计架构

智能卷烟在途监管系统主要由便携式识读设备以及后台通信系统这两部分组成。便携式识读设备可以识读卷烟包装上的RFID电子标签，RFID电子标签里包含卷烟的具体信息（可包括编号、名称、数量、产地等），便携式识读设备可以将现场的温度、湿度等及其他需要监测的环境参数实时显示在显示屏上，并通过NB-IOT将数据传输给后台通信系统进行实时监控[3]。且当温度、湿度等参数超过阈值时，同时启动蜂鸣器报警，并将报警信息发送给后台通信系统。

从成本、便携性等方面考虑，单片机嵌入式系统足以满足需求，图1为智能卷烟在途监管系统组织结构图[4]。便携式识读设备通过超高频读写模块来识别现场的RFID电子标签信息，对卷烟进行扫描盘点;便携式识读设备可通过NB-IOT模块进行实时定位管理，对于偏离预设路线的车辆可报警提示，并发送报警信息至后台服务器;便携式识读设备与后台的服务器进行通信，可以实现后台系统的指令下发以及便携式识读设备数据上传至服务器的功能，从而可以达到卷烟在途实时监管的目的。

3 系统硬件设计

便携式识读设备的硬件结构如图2所示。整个电路可以依据不同的功能划分为主要功能模块、核心控制模块及供电模块。

主要功能模块由NB-IOT通信模块、超高频识读模块、显示屏模块、温湿度采集模块和蜂鸣器报警模块等组成[5]。核心控制模块通过NB-IOT通信模块无线连接后台服务器，可实现指令的接收和数据的上传，并可通过基站来获取实时的定位信息，实现卷烟的在途实时监管;通过超高频识读模块识别卷烟包装上的RFID电子标签，进行出入库盘点;温湿度采集模块采用传感器将所采集到的数据传送给核心控制模块，由核心控制模块进行判断，当采集到的数据超过提前设置的阈值时，蜂鸣器报警启动报警功能，并将报警信息通过NB-IOT传送给后台服务器;显示屏可显示实时的采集数据。

3.1 核心控制模块

便携式识读设备经过综合考虑，支持所有功能模块的接口及后期功能扩展，并且能够满足低功耗的情况下，系统选择了STM32F103RET6作为MCU。基于Cortex-M3内核的32位微控制器[6]，该型号单片机引脚数为64，Flash容量为512KB，封装类型为LQFP，正常工作时温度范围为-40℃～85℃，工作电压范围为2.0V～3.6V，最高工作频率为72MHz，并且具有多路SPI、UART和I2C等通信接口，完全可以满足数据信息的采集，以及与子模块之间的数据通信需求。

3.2 NB-IOT通信模块

NB-IOT无线通信模块足由BC95模组以及SIM卡座、串口电路、滤波天线、复位电路组成，由电源模块供电[7]。本模块将来自核心控制模块的卷烟盘点信息、环境采集信息以及报警信息通过Internet将数据发送到IOT云平台，并接收用户通过Internet发送来的指令[8]。

3.3 超高频识读模块

超高频识读模块采用罗丹贝尔M-500型号的模块[9]，该模块可对粘贴在卷烟包装上的RFID电子标签存储的信息进行读写，并可修改电子标签的访问密码，可对电子标签进行锁定和销毁;良好的防冲撞性能，可同时读取多个电子标签;配置小型圆极化天线，读写速度快。该模块包含了射频模块、数字信号处理模块、输入/输出接口以及通信接口，滿足便携式识读设备的基本需求。

4 总结

智能卷烟在途监管系统是烟草工业运输监控体系的延伸[10]，该系统采用了RFID电子标签、NB-IoT无线通信等技术，采集在途过程中卷烟的实时环境信息数据、定位信息及卷烟状态监测。并结合了后台通信服务器，可以建立起一个完整的卷烟在途监控网络，有效的实现了卷烟在途过程中实时定位跟踪、定点检查校验、物流全过程信息追溯等功能，极大的提高了烟草运输配送的安全性。

参考文献：

[1]黄河.分析我国卷烟配送物流存在的问题及解决方案[J].科技与企业，2012（16）.

[2]李晓娜，朱耀庭.基于RFID和传感技术的冷链物流环境监测系统设计[J].物联网技术，2013（02）.

[3]工信部：2020年将建成NB-10T基站150万个[J].中国经济信息息，2017，0（13）：9.

[4]聂志刚，李广，刘强，刘立群.基于RFID/GPRS的兰州百合制品流通跟踪追溯体系建设[J].现代农业科技，2013（01）.

[5]史良.基于GPS/RFID的冷链运输车辆监控系统设计与研究[D].哈尔滨工程大学，2011.

[6]曹圆圆.基于STM32的温度测量系统[J].仪器仪表与分析测，2010，1：16-18.

[7]董玉荣，聂云峰.基于NB-IoT的智慧停车系统研究与设计[J].南昌航空大学学报：自然科学版，2017，31（3）：95-99.

[8]王友亮.一种无线通讯配置系统的架构设计[J].电子技术与软件工程，2017，0（21）：47-49.

[9]高天宝，王敬超，张春，李永明，王志华.便携式RFID读写器的设计与实现[J].电子技术应用，2008（05）.

[10]张静.卷烟工商企业物流资源整合研究[J].时代经贸，2018（32）.