北斗精确定位和5G传输技术在GSP温湿度云监控系统研究中的应用

广东工程职业技术学院人工智能学院 李南安

本文提出一种基于北斗精确定位和5G移动通信技术的GSP温湿度云监控系统，通过高精度温湿度传感器和北斗定位系统获取温湿度信息和位置信息，并将所采集数据通过5G通信技术上传到阿里IOT云平台。在电脑或移动终端通过IE能够实现监控。

随着国民经济的发展，国家对药品安全日益重视，《药品经营质量管理规范（GSP）认证管理办法（试行）》（国药管市〔2000〕527号，以下简称《办法（试行）》）自2000年11月发布实施。2003年4月24日国家食品药品监管局颁布了《药品经营质量管理规范认证管理办法》，强制推行GSP认证；《药品经营质量管理规范》（Good SupplyPractice，GSP）（2016年6月修正）于2016年7月20日实施，它是药品经营管理和质量控制的基本准则，是国家强化对药品流通监督管理的有力措施之一，它的实施对于国内药品经营企业和药品生产企业（销售药品以及药品流通过程中其他涉及药品储存、运输的行为）以及第三方药品现代物流企业健康发展、药品质量的保证起到了重要作用。根据GSP认证的要求，在储存药品的仓库中和运输冷藏、冷冻药品的设备中配备温湿度自动监测系统（以下简称系统）。系统应当对药品储存过程的温湿度状况和冷藏、冷冻药品运输过程的温度状况进行实时自动监测和记录，有效防范储存运输过程中可能发生的影响药品质量安全的风险，确保药品质量安全。因此，温湿度记录和运输过程的轨迹记录成为必须，温湿度监控系统具有广阔的市场前景。

1 系统设计

基于北斗精确定位和5G移动通信技术的GSP温湿度云监控系统研究采用高精度温度传感器，满足GSP认证要求；北斗卫星导航系统是由我国自主研制并独立运行的全球卫星导航定位系统，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能，北斗三号系统2020年建网完成，面向全球提供服务。北斗精确定位能够满足对应冷冻药品运输过程的轨迹记录；5G是4G的延伸，是第五代移动通信标准，也称第五代移动通信术，其具有高速率、低时延、大容量等特征，中国移动、中国联通、中国电信2020年已经开始商用。采用5G移动数据通信技术更能保准数据的可靠性和及时性；所有数据本地备份，同时根据要求通过5G移动数据通信技术上传到IOT云平台，在云平台进行数据处理和汇总；使用者可以通过手机或者电脑对设备进行设置，查看数据记录并生成报表。整个系统框图如图1所示。

图1 系统框图

1.1 温湿度及定位信息采集器

采集器采用NXP公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的微控制器LPC1768，该处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。操作频率可达100MHz,具有3级流水线和哈佛结构；具有高达512KB的flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机/OTG接口4个UART、2个SSP控制器、SPI接口、3个IIC接口、2输入和2输出的IIS接口、8 通道的12位ADC、10位DAC、多达70个的通用IO管脚。温湿度传感器采用瑞士盛思瑞公司的高精度温湿度传感器SHT15，完全满足新版的GSP标准。位置信息由5G-DTU中的北斗定位获取，整个采集器硬件框图如图2所示。

图2 采集器硬件系统框图

1.2 数字温湿度传感器SHT15

SHT15属于Sensirion温湿度传感器家族，用专利的CMOSens®技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。其相对湿度工作范围（湿度0～100%），湿度最大误差：±2%RH；温度工作范围温度（-40～+125°C (-40～+257°F)），温度最大误差：±0.3°C。

1.3 5G-DTU

AR7088H ROUTER是基于2G/3G/4G/5G、WIFI、虚拟专网等技术开发的无线路由器。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时支持1个以太网WAN（可配置为LAN口）、2个以太网LAN、1个RS232/RS485接口和1个WIFI接口，能满足工业现场通信的需求。AR7088H ROUTER全面支持中国移动、中国联通、中国电信三大运营商的2G（GPRS/CDMA）、3G（WCDMA/HUUPA/HSPA+/CDMA 2000 1x EVDO）、4G（TDD-LTE/FDDLTE）、5G网络网络。内部集成了北斗精确定位系统，满足系统要求。

1.4 IOT云平台

各IoT平台功能有了极大的丰富和优化，行业头部玩家也逐渐浮出水面，目前市场的排名如下：阿里、小米、京东、百度、涂鸦，这几家以开放的生态接入了千万甚至亿级设备，传统设备厂家如美的、海尔也在积极搭建自己的物联网平台，物联网已然步入爆发的轨道。为了便于以后的商业化发展需要，本系统采用阿里IOT云平台，提供全托管的实例服务，无需自建物联网的基础设施即可便捷地接入和管理设备，具有低成本、高可靠、高性能、易运维的优势，强大的数据处理能力可以更好地对设备数据进行分析和可视化展示，实时的安全威胁检测可以保证每个实例都是安全可靠的。

2 展望

本系统完成温湿度和位置信息的采集，能够保存到本地U盘设备，并通过5G网络将数据上传到阿里IOT云平台，如图3所示。在以后研究进一步完善在云平台进行数据处理和汇总；使用者可以通过手机或者电脑对设备进行设置，实现查看数据记录并生成报表这些功能。

图3 云监控系统界面