冷鏈物流是以保持低溫環境為核心要求的物流過程，是隨著科學技術的進步以及制冷技術的快速發展而發展起來的，以冷凍工藝學為基礎、制冷技術為手段的低溫供應鏈系統。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，冷鏈貨物越來越紛繁復雜，相應對冷鏈物流的要求也越來越高。
嚴格的溫度控制是冷鏈貨物質量的保證，冷鏈貨物由于貯藏或者運輸中的不慎或者意外而造成農產品的不新鮮或者變質，不僅可能影響營養和味道變化，更嚴重的可能會對消費者身體健康產生不良影響，可以等同于偽劣商品。因此電子信息技術跟蹤監控在冷鏈物流中的作用至關重要。尤其運輸中的信息記錄和問題及時處理是貨物交接的質量保證和依據，也是責任追溯與索賠的證據。
我國冷鏈運輸現狀
我國的冷鏈運輸業起步較晚，發展水平較低。目前我國每年消費的易腐食品將近10億t，需要冷鏈運輸的超過50%，但只有10%左右能實現冷鏈運輸。據專家估計，我國易腐食品在流通環節中的損失率高達25%~30%，大約90%肉類、80%水產品、大量的牛奶和豆制品基本上還沒有冷鏈運輸保證。
我國的冷鏈運輸率為10%~20%，與發達國家80%~90%的平均水平相比，我國冷鏈運輸業尚處于起步階段。近年來私營企業開始購置冷藏車，冷藏車的數量在逐年上升。但是運輸環節溫度控制手段原始粗放，冷鏈運輸環節的溫度控制和操作規范等方面缺少統一標準，冷鏈運輸各環節的信息資源難以實現有效銜接，出現問題難以實現有效追溯。
當前我國的冷鏈物流業正向網絡化、標準化、規模化、集團化發展，具有巨大發展空間。應市場需求市面上出現了一些冷鏈車監控系統，但是這些監控系統并不能全方位監控冷鏈車，在出現問題時未能及時提醒以便解決，未能起到防范于未然和減少不必要損失的作用。
針對以上問題，該研究設計了一款冷鏈車輛監控終端，對貨物信息、冷鏈車輛和駕駛員進行全方位實時監控，及時發現和解決問題避免不必要的損失，同時保留原始數據以便在出現問題時加以追溯。
冷鏈物流車輛監控終端功能描述
冷鏈物流車輛監控終端的顯示界面分為主界面、視頻界面和導航界面，通過單片機實現以下功能。
圖1為車載終端的主界面，實時顯示車廂內溫度信息、車門狀態信息、車內貨物信息、油量信息、服務器指令和當前時間。其中在觸摸液晶屏上點擊溫度顯示區域可設置溫度采集的之間間隔和溫度范圍;點擊指令顯示區域可回復服務器指令;點擊時間顯示區域可手動設置或讀取服務器時間;貨物顯示區域可上下翻頁。
車載終端的視頻界面，該界面只有在駕駛員調用時才會開啟，同時開啟所有攝像頭。主要應用于駕駛員收到警告或提示但不方便停車檢查時，查看情況。當退出該界面時，自動關閉該進程和各攝像頭，顯示主界面。
冷鏈車車載終端的導航界面，駕駛員切換至該界面時，開啟導航軟件，結合GPS 信息和貨物目的地信息或駕駛員輸入的目的地，計算出合理行車路線，指導其駕車前往目的地。在退出該界面時，關閉導航軟件。
如圖1，界面的右邊有5個模擬按鍵，從上到下依次是導航鍵、視頻鍵、退格鍵、確認鍵和重啟鍵。導航鍵和視頻鍵用于切換到相應的界面，在導航界面或視頻界面按退格鍵返回主界面，確認鍵在駕駛員輸入信息需要確認時使用，重啟鍵用于快速重啟車載終端。
該終端以配合服務器使用為主，以實現遠程調度，節省運輸成本;也可以不連接網絡單獨使用。
冷鏈物流車輛監控終端系統結構設計
冷鏈物流車輛智能監控系統裝置除界面顯示模塊外，其系統內部結構還可分為6 個功能模塊，分別是：視頻監控模塊、車廂溫度監控模塊、車門狀態監控模塊、油量監控模塊、GPS 定位模塊和RFID 物品監控模塊。運用模塊化的思想進行開發以實現各個模塊的功能，便于后續的改進和維護。
3.1 視頻監控模塊
車載攝像頭根據實際需求采集車廂門口、油箱周圍和駕駛員的圖像數據，并對其進行處理。圖像數據的采集與壓縮包括jpg 格式的圖片采集，以及H264格式的視頻采集;圖像數據的傳輸，采用3G 網絡傳輸;視頻數據的顯示，在車載終端顯示所開啟攝像頭的視頻也可以選擇某個攝像頭全屏顯示;圖像數據的保存，除了在車載終端所帶的硬盤存儲外還要上傳服務器進行保存。
視頻監控模塊具體流程見圖2。終端通過限位開關判斷車門開還是關，當車門打開時，安裝于冷凍車后車門車頂的攝像頭進行視頻采集，反之則關閉攝像頭。通過GPS 獲得的車速判斷車輛狀態是行駛中還是停車狀態，當車輛行駛時，關閉監控油箱和車門的攝像頭，打開拍攝駕駛員的攝像頭采集照片和視頻，當車輛停止時，關閉拍攝駕駛員的攝像頭，打開監控油箱的攝像頭采集視頻。采集的同時對數據進行處理，所有視頻進行保存和上傳處理，拍攝駕駛員的照片進行圖像處理通過關鍵特征的提取判斷是否是疲勞駕駛，同時結合駕車時間，如果是則播放提示音“您已駕車疲勞，請停車休息!”并做好歷史記錄。當駕駛員調用視頻界面時，終端除了將視頻數據保存上傳外，還要顯示在終端的顯示屏上。
3.2 溫度監控模塊
在車廂內根據需要布置多個溫度采集節點，采集車廂不同廂體位置的溫度，把采集到的溫度傳輸至車載終端，同時保存、上傳、顯示和異常判斷，若溫度超出設定的溫度范圍，則報警提示駕駛員調節溫度。溫度顯示通過溫度采集模塊采集溫度信息，車載終端以折線圖顯示利于駕駛員掌握車廂內的溫度變化狀態;溫度調節分為手動控制和自動控制，根據用戶需求自由選擇，手動控制需司機根據車載終端顯示的溫度，調控冷氣壓縮機;自動控制即通過車載終端對冷氣壓縮機進行控制。
溫度監控模塊具體流程見圖3。每隔1 min( 時間可以自由設定) 采集一次溫度，將采集到的數據記錄在硬盤中，并上傳給服務器和顯示在終端主界面的溫度折線圖上，同時又將其與保存的溫度范圍進行比較，若超出設定的溫度范圍則警報“請注意，車廂溫度異常!”而后由司機手動或者終端自動調節冷壓機以控制車廂溫度。
3.3 油量監控模塊
油量監控主要用于服務器后期處理和偷油情況，其工作流程見圖4。通過車輛自帶的油尺(油量傳感器) 讀取當前的油量，將油量數據上傳和保存，同時與上一次測得的數據比較是否異常如油量減少遠快于車輛行行駛時的油耗，或者停車時油量減少等。若異常發出報警“請注意，油量異常，請注意檢查!”同時，自動打開油箱的視頻監控。
3.4 RFID 物品監控模塊
RFID具體實現以下操作：①標簽中貨物信息的錄入。貨物信息在貨物包裝時或貨物裝車時錄入，貨物信息包括貨物的裝貨地點及卸貨地點，貨物品種、類型、重量、數目，貨物信息錄入操作人員代碼等。②標簽安裝。標簽信息采集完成后，安裝RFID標簽至貨物上，在貨物出入車廂時予以登記，記錄信息將上傳至服務器，可以供服務器端調度指揮。③讀卡器讀取標簽信息。貨物上下車時讀取標簽信息，存入并顯示至車載終端，以提醒駕駛員上貨及卸貨的目的地，同時上傳服務器。
RFID物品監控模塊流程見圖5。在車門沒關前，一直讀取貨物信息然后記錄，當車門關上，結合服務器指令和GPS導航信息，對車上貨物歸類分析，得出車上所載貨物和已運達貨物的目錄，目的地排序以便導航，然后上傳信息并顯示在終端的主界面上，同時根據貨物信息設定溫度范圍。
3. 5 車門狀態監控模塊
用于檢測車門開關狀態，車載終端實時顯示車門開關狀態，以防止車門意外打開，造成貨物丟失等情況，車門異常開啟時產生報警信息，以實現主動式報警，供服務器端監控和駕駛員及時處理。
如圖6 所示，車門狀態監控模塊以限位開關的斷開與接通來判斷車門的開關。當車門開時，判斷是否是異常開啟，即根據GPS 信息和貨物信息判斷是否是接貨和卸貨地點。若是異常開啟則記錄并發出警報，同時上傳服務器。
3.6 GPS 定位模塊
GPS導航功能通過開源軟件代碼移植，或者安裝導航軟件來實現。GPS 定位信息在接收到后上傳服務器，同時存儲于硬盤，以便終端的其他模塊讀取使用。
終端硬件設計
冷鏈物流監控終端各傳感器安裝示意見圖7。2個溫度傳感器安裝于車廂頂部，一個安裝于底部。溫度傳感器的數量和安裝位置可以根據冷鏈車的實際需要靈活變動。該終端采用的溫度傳感器是DS18B20，性價比非常出色。其單線接口方式，多個DS18B20 可以并聯在唯一的三線上，方便于冷鏈車內布線，單線上能并聯不多于8個DS18B20，多于8個時信號傳輸會不穩定，而對于冷鏈車而言基本上不會超過8個監控點;DS18B20 測溫范圍在-55~125 ℃時，固有測溫誤差1 ℃，測溫范圍-10~85 ℃時，固有測溫誤差0. 5 ℃，而且可以通過計算公式Temperature = TEMP_READ – 0.25 =( COUNT_PER_C– REMAIN) / CONT_PER_C 獲得更高的分辨率，可實現高精度測溫，這已完全滿足冷鏈車的控制需求;電壓范圍為3.0~5.5 V 無需備用電源，使得系統設計更加靈活方便。
限位開關的安裝可以根據實際靈活變動。如圖8 中的右圖，如果冷鏈車為單開門，則采用一個限位開關監控車門狀態，安裝于車廂頂部靠右;如果冷鏈車為雙開門，則采用2個限位開關分別監控2 扇門的狀態，如圖8 中的左圖安裝于車廂頂部。采用有自定義升降桿的限位開關，便于安裝和調節，調節好后反應靈敏。
視頻監控，采用3~4 個攝像頭分別監控車門、油箱和駕駛員。如圖7，監控車門的攝像頭安裝于車廂后部的頂部，采用廣角球型攝像頭，視角覆蓋整個車門，利于車門和貨物監控。疲勞駕駛監控的攝像頭安裝于車頭駕駛員正對面，采用隱式夜視攝像頭，既不遮擋駕駛員視線，又利于晚上疲勞駕駛的監控。油箱監控的攝像頭安裝于后視鏡上，如冷鏈車的兩側都有油箱，則兩邊后視鏡上都需安裝攝像頭，如只有一側，則在有油箱的一側安裝攝像頭，采用隱式夜視攝像頭，不僅便于晚上對油箱的監控，還不容易讓別人發現和破壞。
油量監控，利用冷鏈車自帶的油量傳感器，通過連接線與終端相連，讀取油量數據。當冷鏈車停車時，由終端給油量傳感器供電，使其能正常工作，實現全程油量監控的目的。
如圖7，車后兩側安裝RFID 遠距離讀卡器，貨物裝卸時自動讀取貨物信息并上傳給車載終端，不需要停下來進行掃描或人工記錄，大大提高了工作效率、準確率以及貨物的安全性。要求RFID 標簽貼在貨物的側面，以便更好地讀取貨物信息。采用RFID 記錄貨品信息，同時同步貨物信息至服務器端，可實現整個運輸系統的智能管理及調度。公司獲得整個運輸鏈上正在運輸的貨品信息以及不同貨品的流動方向，可獲得貨品的合理采購源及銷售地，同時可掌握整條物流運輸網絡的運輸信息，實現對物流運輸的宏觀調控、全局把握、信息共享以及智能調度。
結論
與現有技術相比，該研究設計的冷鏈物流車輛監控終端優點在于各傳感器全面采集各重要信息，單片機實時處理信息并發出相應警報和提示，存儲硬盤記錄各原始信息和操作信息，集成度高、報警及時、監控全面、功能強大、操作簡單，所有監控信息均可在觸摸液晶屏上顯示。不僅解決了冷凍車的全程、全方位監控報警，減少損失，而且可以通過遠程服務器指令遠程調度冷鏈車輛，節省運營成本，同時保留原始數據以便問題追溯。 |
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