智能无线温度预警系统的设计

白少华，王墀锡

（徐州工业职业技术学院 江苏 徐州 221004）

0 引言

随着社会的不断发展，对物流运输的效率有了更高的要求。现阶段利用天然冷源、人工冷源等方法无法有效控制冷链运输物品在规定条件下的运输过程中的温湿度变化[1]，使得冷链运输物品在运送中的质量无法得到保证。

MAKNAVICIUS M等[2]提出一种轻量级的冷链监管安全解决方案。冷链监管在我们的日常生活中至关重要，以确保冷冻产品以及高效疫苗的分发。在法国CAPTEURS项目中研究了连接到载体调色板的传感器网络。在冷链故障的情况下，会在附近的传感器中生成并注册警报，以便同一网络的任何传感器都可以报告故障问题。本文描述了一种轻巧而简单的安全解决方案，它适合冷链环境，并对第一次测试给出了反馈。PHILLIPS B[3]提出一种新方法改进了管道故障的取证分析，如今运营商越来越意识到及时、准确地反映现实的重要性。本文提供了法医分析的分步指南，重点介绍了识别不同触发机制的方法，并回顾了可能的纠正措施及其结果。同时给出了一个案例研究，即2000年4月的白垩点管道故障，新技术帮助分析人员查明了故障原因，提出了建议，并最终防止了故障。毛蕤[4]提出一种第三方冷链物流体系构建与评价研究。人们对生鲜食品的质量要求越来越高，冷链物流企业规模也在不断地扩大，第三方物流也逐渐被冷链物流企业所重视，冷冻冷藏食品提供企业将部分工作外包给第三方物流企业，这样既节约了成本，还提高了生产的效率。

针对上述问题，本文设计了智能无线温度预警系统。利用通用异步收发传输技术，通过对数据的处理，将数据保存服务器数据库以及提供传输端口进行数据传输，从而达到PC端和Android移动端读取服务器数据库数据的目标，实现跨系统、多平台、全方位、无差异、可溯源、可查询的信息数据展示预警功能。

1 智能无线温度预警系统设计

1.1 框架设计

温湿度监测传感技术作为对冷藏品冷链物流运输途中进行车厢环境监测与保质保量的根本，是实现冷链运输全程监测与数据侦查的必要技术之一。无线传感网络技术通过对网络路径的搭建，获取车厢环境数据，云存储技术保证了数据的实时有效存储与管理[5-6]，C# winform技术和Android开发技术实现了传感器采集数据的展示并能够智能预警。系统结构框图见图1。

针对冷藏物品的不同，操作者可以在PC端或者Android移动客户端设定一个标准数值，系统针对此数值进行判断，如果传感器监测的数值大于设定的数值，就会进行智能自动超标预警[7-9]。多系统、跨平台的数据获取传输为项目功能的设定提供了先天优势，全方位无差异的功能体现也以此为基础。智能无线温度预警系统根据项目设计原则将项目功能分析分为四大功能模块进行阐述，分别为数据监测预警功能模块、无线传感网络功能模块、服务器数据存储功能模块、界面展示预警功能模块。系统功能结构图见图2。

数据监测预警模块采用传感器硬件设计，传感器为温湿度传感器和蜂鸣报警器，主要完成温湿度数据采集与监测功能。

无线传感网络模块采用ZigBee无线模块设计，设有终端节点和协调器，终端节点上连接传感器，该模块同时采用通用异步收发传输技术，主要完成无线传输、组网迅捷功能和无差异智能网络传输功能。

服务器数据存储模块采用Windows Server服务器，数据通过SQL Server数据库进行储存，主要完成数据实时存储并传输展示功能。展示预警模块采用PC端和Android移动端双系统跨平台的数据展示预警界面开发，主要完成车载电脑展示与超标预警功能和Android移动端展示以及超标预警功能。

通过上述过程完成框架设计，提高无线温度预警的系统设计，为有效实现数据传输功能奠定了良好的基础。

1.2 数据传输功能设计

智能无线温度预警系统是以冷链运输为主要研究对象的一套帮助用户做温度预警决策的智能系统[10-11]。以ZigBee无线传输模块代替以往的有线布置，准确地监测冷链车厢的环境变量，通过网页客户端，从而直观地实现环境变量监测以及应急方案匹配等功能。硬件体系是使用CC2530片上系统（SoC）解决方案，CC2530具有性能优良、低速率、短距离、低功率的特点。项目硬件系统设计框图见图3。

智能无线温度预警系统硬件设计，需要用到温湿度传感器、PC机等实物。将传感器并联到ZigBee传输模块上，并接对端口。

协调器通过串口转接线与服务器连接，终端节点被布置在冷链车厢的合适位置，通过其上的传感器来监测环境的参数，最后通过天线以无线的方式将监测到的温湿度数据发送给协调器。由于协调器和服务器连接，数据实时保存服务器数据库，这时PC机连接服务器数据库可以显示出环境的监测结果，实现对节点温度的监控，同时Android移动客户端通过联网连接服务器数据库就可以查看到此时所想要查看的冷链车厢的环境状况。简化后的温度预警系统图，见图4。

1.3 移动客户端设计

移动端登录界面是通过获取SQL Lite数据库中的username、password进行判断，登录成功的用户可以查看该用户的车厢的环境信息。新用户也可以创建账号，需要进行输入用户信息，然后与SQL Lite数据库数据进行比对判断是否有重复的用户名，然后进行提示。移动端实时接收网络云端服务器推送的数据，当移动端接收的货物的运送环境信息超过或低于阈值时，将会对用户一个警告的提示，移动端设备将会振动，提示正在开车或休息的司机货物的环境情况。此模块通过Vibrator类负责对移动端设备震动的处理，不仅有移动端设备振动的提示，还有弹框提示，明确告诉司机温度是超出还是低于阈值。用户可以通过历史信息展示模块查看过去的传感器记录的车厢的环境温湿度变化的数值，数据通过表格的形式展现。模块不仅记录了温湿度，还记录了节点和时间，用户可以通过时间顺序查找数据，便于查找信息。移动端流程见图5。

移动客户端的网络模式通过2G/3G/4G/WLAN等无线接入网络技术，实现移动端与服务器数据库端之间的数据传输。用户通过互联网发送数据请求至服务器，服务器端接收用户指令并将冷链车厢空间环境数据信息返回给用户。其结构体系见图6。

移动客户端应用程序主要功能分为两部分：一方面实时监测运输过程中货物的温度变化，以保证货物在适宜的温度中；另一方面是警示运输司机，可以通过A移动设备接收到信息，从而超标预警，用最有效的方法和最快的时间处理处于不适宜环境的运输中。移动端应用程序功能模块图见图7。

移动客户端主要包括两个功能：一是实现实时展现传感器所在车厢的环境信息，二是设定阈值进行预警。在此基础上，移动端包括：实时信息展示功能、历史信息展示功能、设定阈值功能、预警功能。用户在使用软件的时候，需要登录账号成功才可进入功能选择界面，该系统界面简洁易懂。功能选择界面见图8。

2 结语

为了实现温度数据实时采集与统计，达到数据的可控、可溯性，本文对智能无线温度预警系统进行了设计。通过温湿度传感器和蜂鸣报警器，完成温湿度数据采集与监测功能。采用异步收发传输技术，主要完成无线传输、组网迅捷功能和无差异智能网络传输功能。通过SQL Server数据库进行储存，主要完成数据实时存储并传输展示功能。根据网页客户端，实现环境变量监测以及应急方案匹配等功能。PC机连接服务器数据库可以显示出环境的监测结果，实现对节点温度的监控。