基于物联网的冷藏库监控系统*

文亦骁 万勇

四川省农业机械研究设计院，四川成都

1 物联网冷藏库系统构架

1.1 物联网的概念

物联网是通信网和互联网的网络延伸。它利用传感器与智能设备对物体信息进行感知，并通过专用传输网络实现数据互通，从而达到对物理世界的精确感知与科学管理，最终实现信息采集的自动化，对目标的智能化识别、定位、追踪以及监控管理等。

1.2 物联网冷藏库监控系统构架

物联网冷藏库监控系统主要由冷藏库PLC控制系统、物联网监控终端以及手机APP三个层次构建而成。基于物联网的冷藏库远程智能化监控系统是通过传感器、无线通讯、信息融合与处理等关键技术，采集冷藏库温湿度参数，通过物联网控制终端，实现远程监控。该系统主要由感知层、网络层、应用层组成。

感知层是冷藏库物联网的底层，也是基础层。主要用来获取冷藏库的实时环境监测数据。感知层是由传感器节点单元组成，它通过传感器获取实时数据并通过4G网络传送到云服务器。感知层主要采集环境温度、湿度等重要环境参数，数据采集时间短、精度较高。感知层由单片机、温湿度传感器、通信模块以及其他控制模块构成。该系统采用modbus-rtu通信端口协议与支持modbus-rtu协议的RS485接口传感器搭建了物联网冷藏库底层数据采集系统。

网络层也叫传输层，处于该系统的中间层。网络层是以ZigBee、RFID、4G、LoRa、NB-IoT无线通信技术为核心。网络层负责传送感知层采集的温湿度数据到云端，再由应用层进行处理，同时又将应用层发出的命令信息送达PLC控制系统，进行环境调节。此外，数据还可通过传输层送至政府监管部门，方便随时调用。

应用层位于该系统顶层，是对事件决策起重要作用的系统“神经中枢”，负责冷藏库数据显示、报警，感知层采集到的数据通过应用层传递给管理者，便于实时查看，实现了冷藏库数据远程监控。应用层主要是由服务器、软件客户端（PC监控软件以及手机端APP）组成。管理者还可以通过手机或电脑远程控制PLC的I/O端口，以控制压缩机、风机以及加湿器运行状态，实现冷藏库远程监管。

2 物联网冷藏库监控系统功能

2.1 科学管理功能

冷藏库科学管理，即根据贮藏农产品品种、数量、贮藏天数以及用户需求出发进行冷藏库运行管理。而目前冷藏库管理依靠的是人工模式，所有参数设定都是根据管理者经验进行，贮藏品质参差不齐，难以满足现代社会需求。

基于物联网冷藏库监控系统由感知层采集数据，传输层传送数据再由应用层进行管控。农产品从入库到最后出库，全过程都处于监控贮藏状态。不仅记录传感器采集到的数据，同时还要对冷藏库中的设备运行状态及环境数据进行实时显示。最后，管理者根据这些数据对参数进行设置或对设备进行控制，进而完成冷藏库科学管理。管理者不再依靠自身水平进行管理，而是依据数据进行科学管理。

2.2 智能监控功能

物联网冷藏库监控系统能够监测库内环境情况以及设备运行情况。同时，还能够对贮藏农产品品种、数量等详细信息进行监控、记录。管理者可以在PC端或是移动终端实时监测冷藏库温湿度以及制冷设备运行情况。

管理者可以在一个用户界面对多个冷藏库内的数据进行实时监测，确保冷藏库运行稳定，缩短事故发生时的反应时间。同时，可以对最近一年内冷藏库的数据进行存储，包括环境、运行情况、贮藏状况等数据，供管理者或者政府监管部门进行数据分析、监管。

2.3 报警、预警、设备控制功能

冷藏库特别是农产品冷藏库，其贮藏物对温度范围有极高的要求。当温度波动过大时，会对贮藏品质造成极大的影响。传统的冷藏库只有当管理人员发现温度出现波动才能采取补救措施，这样往往已经造成损失。基于物联网的冷藏库监控系统，当温度高于事先设定的阈值时，系统会自动向管理者发送报警短信或在APP里发出报警通知，同时，在客户端的监测画面上对管理者发出警报。紧接着，系统会向PLC控制系统发送设备控制信号，调整制冷设备运行状态。还可以根据数据波动结合库内贮藏环境，对可能存在的影响因子进行预警，提前通知管理者，并进行自诊断。

3 物联网冷藏库的发展趋势

物联网在现代冷藏库的应用，使得冷藏库贮藏品质在智能化的促进下大大提升，贮藏产品贮藏损失问题也得到了很好的解决，可以延长产品的贮藏时间，节约人力物力，实现自动控制和自动管理，推动现代农业的发展。随着5G通信技术以及无线传感器网络的发展，物联网冷藏库将朝着认知型、经验型以及自适应性发展。

3.1 模糊控制系统

冷藏库环境影响因素较多，建立精确数学模型较困难，模糊控制可以在不建立数学模型的基础上，参考管理者运行经验对系统进行实时控制。基于STM32的模糊控制冷库智能控制系统是1种库内环境综合控制器，在自动监测冷库内环境的同时，计算分析温度、湿度、气体成分间的相互影响度，最后，再结合被贮藏农产品实时品质在模糊控制系统控制下综合多因子考虑，及时调整环境控制策略，完全摆脱了人工监测、控制的模式，克服了传统冷库控制方式中环境设定不准确、调整不及时的弊端，大大提高了冷库控制系统的智能程度，从根本上改善了冷库的控制模式。系统不仅组态简单、设计灵活、操作方便，而且提高了被控参数的精度，保证了贮藏产品的质量。

3.2 数据融合与智能决策

农产品在贮藏过程中会发生一系列生物特性变化，例如，水分变化、重量变化、气体成分变化等。在这些过程中产生的数据对于农产品贮藏是非常重要的。通过检测其数据变化量，可以改变后期的冷藏方案。大量多类型传感器的布置是收集数据的必要条件。传感器采集到的数据再通过计算机进行汇集处理、融合，以图表的形式呈现给管理者，能够让管理者对于冷藏库贮藏的农产品情况一目了然。

智能决策是根据前期建立的系统模型库、方法库、知识库、数据库、接口以及推理机，采取神经网络、贝叶斯网或灰色系统理论，以冷藏库环境要求采用合适的智能方法。管理者利用智能决策模型可以得到关于冷藏库的贮藏信息，进行环境因子分析以及对冷藏库温湿度等方面的专家智能决策，获得对贮藏过程更为精细化的管理方案。

3.3 智能出入库管理

在冷藏库贮藏管理方面，还没有1款自动货架能够适用于小型农产品冷藏库。人工搬运仍是此类小型冷藏库进出库的主要方式。以后，专用的出入库装置能够自动完成入库、出库，管理者只需在库外操作即可。出入库劳动强度可大幅减少，且对冷藏库高效运营产生有力的推动作用。

4 存在的问题

近年来，随着农业农村部农产品产地初加工项目的实施，各地冷藏库特别是产地型小型农产品冷藏库数量剧增。但是在实际操作过程中也发现了一些问题，例如重监视轻控制、数据缺乏记录等。虽然有的冷藏库安装了物联网设备，但是没有成网，无法实现信息互享，造成设备浪费。政府部门也没有享受到物联网的红利。

同时，物联网关键技术不成熟、产业化程度低、物联网标准规范缺失以及相关政策不到位依然是制约物联网冷藏库发展的因素。

5 小结

随着物联网技术在农业领域的不断进步，对于农产品贮藏保鲜质量和过程的掌控及管理将越来越方便，物联网监控系统成本低廉、使用方便，具有良好的应用前景，且后期可从多节点无线传感器监测、模糊控制、神经网络以及专家系统、视觉图像处理辅助决策以及智能出入库管理等方面进行改进和扩展，为提高农产品品质、增加经济效益提供更好的支撑。同时，物联网也是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器，将为冷链物流行业提供无限商机。