專利名稱：一種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物流過程中的監(jiān)控技木，特別涉及ー種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
葡萄具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和食療價(jià)值，隨著社會(huì)進(jìn)步和人們生活水平的提高，對鮮食葡萄的需求量越來越大。然而由干葡萄柔軟多汁、水分含量高，易受病菌侵染而腐爛變質(zhì)，采摘后在常溫下呼吸強(qiáng)度大，貯藏過程中會(huì)出現(xiàn)干梗、脫粒、褐變、腐爛等問題，嚴(yán)重影響葡萄的品質(zhì)。我國葡萄毎年由于保鮮技術(shù)不完善造成的損失占葡萄總產(chǎn)量的20%以上，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，搞好葡萄的貯藏保鮮，對于滿足市場需求，促進(jìn)果農(nóng)增收具 有重要的現(xiàn)實(shí)意義。葡萄的冷藏運(yùn)輸屬于葡萄保鮮工程的一部分，對冷藏運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)測是十分重要的。目前，毎年在冷藏運(yùn)輸過程中因產(chǎn)品腐爛變質(zhì)而造成巨大損失，很多貨物在運(yùn)輸途中因?yàn)楸O(jiān)管不善而毀損。同時(shí)，消費(fèi)者對冷凍冷藏產(chǎn)品的新鮮度也有了更高的要求，這些都在促進(jìn)冷藏運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)有的冷藏車內(nèi)部監(jiān)測系統(tǒng)存在著缺陷一是事后系統(tǒng)，即只是事情發(fā)生之后，用戶才能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品已經(jīng)腐爛變質(zhì)，從而不能避免損毀的發(fā)生，只能確認(rèn)事件的責(zé)任方；ニ是沒有實(shí)時(shí)性，沒有冷藏車內(nèi)貨物的狀態(tài)信息，沒有易腐貨物的剰余壽命信息。實(shí)現(xiàn)葡萄冷鏈物流運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)控既是生鮮農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)瞀的要求，也是冷鏈物流技術(shù)的發(fā)展要求。ー些物流的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)先后頒布實(shí)施，重要法律法規(guī)逐步完善。農(nóng)產(chǎn)品物流的重要性進(jìn)ー步被消費(fèi)者認(rèn)識(shí)，全社會(huì)對“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增長。無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN ffireless Sensor Network)是綜合應(yīng)用傳感器、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)，不需要對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，不需要原先任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，能夠快速布置，方便調(diào)整，并且具有很好的可維護(hù)性和拓展性?？梢栽谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下采集海量數(shù)據(jù)，因此成為冷鏈物流設(shè)施裝備的技術(shù)趨勢，實(shí)現(xiàn)對物流對象環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題針對上述物流過程中的不足，本發(fā)明采用傳感器集成技術(shù)，提出了ー種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法，對物流過程中的環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行采集，以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部葡萄品質(zhì)的監(jiān)管，確保其安全。( ニ )技術(shù)方案ー種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法，所述方法包括如下步驟SI，確定葡萄冷鏈物流過程中需要跟蹤與監(jiān)測的環(huán)節(jié)，井根據(jù)葡萄的品質(zhì)變化機(jī)理，分析并確定葡萄冷鏈物流過程中環(huán)境參數(shù)；
S2，根據(jù)上述SI步驟中確定的環(huán)境參數(shù)來確定傳感器模塊的類型；S3，建立WSN平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)傳感器模塊對數(shù)據(jù)采集和傳輸；S4，對傳感器模塊的空間布局進(jìn)行測試并優(yōu)化；S5，通過WSN平臺(tái)對葡萄冷鏈物流過程進(jìn)行監(jiān)測。其中，所述需要跟蹤與監(jiān)測的環(huán)節(jié)包括葡萄預(yù)冷和倉儲(chǔ)階段以及葡萄冷藏運(yùn)輸階段；所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和SO2濃度。
其中，所述傳感器感知模塊類型包括溫濕度傳感器模塊和SO2傳感器模塊。其中，所述WSN平臺(tái)包括傳感器模塊節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，傳感器模塊節(jié)點(diǎn)程序和上位機(jī)管理軟件；所述傳感器模塊節(jié)點(diǎn)在采集到數(shù)據(jù)后由傳感器模塊節(jié)點(diǎn)程序通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)管理軟件。其中，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用無線通信，工作在2400MHz 2483MHz的頻段中，擁有ー個(gè)64位的Extended Address來卩隹ー標(biāo)示所建立的網(wǎng)絡(luò),并在無線網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，接收未加入網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)的加入請求信息以及將已加入網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)管理軟件。其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)周期性捜索網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，則發(fā)送綁定請求信息，等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)綁定成功。其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)在綁定成功后，將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；如果傳感器節(jié)點(diǎn)在超過閾值時(shí)間后沒有收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答，則移除本次綁定操作并重新捜索和綁定網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)在綁定成功后，是選擇否啟動(dòng)休眠模式；如果不啟動(dòng)休眠模式，則傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)立即發(fā)送數(shù)據(jù)；如果啟動(dòng)休眠模式，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。其中，所述休眠模式包括深度休眠模式和定時(shí)休眠模式；所述傳感器節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入深度休眠模式后，立即發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后進(jìn)入深度休眠狀態(tài)，直到外部硬件中斷或者系統(tǒng)復(fù)位才重新開啟數(shù)據(jù)發(fā)送；所述傳感器節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入定時(shí)休眠模式后，立即發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，啟動(dòng)休眠定時(shí)器進(jìn)入定時(shí)休眠模式，直到休眠時(shí)間到，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出休眠模式繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。其中，所述S4步驟中測試和優(yōu)化的步驟如下S401，采集監(jiān)控空間的數(shù)據(jù)；S402，將傳感器節(jié)點(diǎn)的采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對采集的數(shù)據(jù)不符合要求的傳感器節(jié)點(diǎn)重新布局；S403，返回S401重新采集監(jiān)控空間的數(shù)據(jù)，直到所有監(jiān)控器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)滿足要求。(三)有益效果本發(fā)明據(jù)葡萄冷鏈運(yùn)輸環(huán)境特點(diǎn)，采用多傳感器集成技術(shù)，開發(fā)了完整的數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)葡萄冷鏈物流全過程環(huán)境參數(shù)的無縫監(jiān)測的創(chuàng)新，通過減少人為干預(yù)的連續(xù)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，提高了葡萄冷鏈物流數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測的效率。


圖I為本發(fā)明ー種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測方法的流程示意圖。
圖2為葡萄冷鏈物流監(jiān)控環(huán)節(jié)示意圖。圖3為冷藏車廂物理結(jié)構(gòu)及貨物擺放示意圖。圖4為無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖5為SO2模塊監(jiān)控測試結(jié)果6為系統(tǒng)傳輸性能測試結(jié)果7為傳感器節(jié)點(diǎn)硬件連接圖。圖8為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程圖。圖9為終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程圖。 圖10-12為系統(tǒng)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)界面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本實(shí)施例以我國葡萄冷鏈物流鏈類為研究對象，對其冷鏈物流倉儲(chǔ)和運(yùn)輸過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測。本發(fā)明所述方法的步驟具體實(shí)施例如下(SI)葡萄存儲(chǔ)環(huán)境感知參數(shù)識(shí)別。對葡萄冷鏈物流全過程進(jìn)行監(jiān)控管理，進(jìn)行葡萄品質(zhì)變化機(jī)理分析，建立品質(zhì)變化記錄。該葡萄存儲(chǔ)環(huán)境感知參數(shù)識(shí)別過程主要分為以下步驟SlOl :將已知葡萄冷鏈物流過程分為倉儲(chǔ)過程和運(yùn)輸過程兩類(如圖2所示)，并以此確定需要跟蹤與監(jiān)測的冷鏈物流環(huán)節(jié)如下監(jiān)測環(huán)節(jié)I :葡萄預(yù)冷和倉儲(chǔ)階段。采收的葡萄，仍然是活體，在呼吸作用等代謝活動(dòng)中要釋放大量的熱量，同時(shí)采收時(shí)氣溫較高，果穗自身也帶有田間熱，如果對葡萄進(jìn)行采收后裝箱裝車運(yùn)輸，這熱量會(huì)匯聚并且溫度不斷升高，如運(yùn)輸時(shí)間過長，再加上運(yùn)輸中的機(jī)械傷，將加大“傷熱”程度，使葡萄的耐貯藏性下降并且導(dǎo)致病害程度加重。因此，葡萄采收后應(yīng)采取及時(shí)預(yù)冷措施。監(jiān)測環(huán)節(jié)2 :葡萄冷藏運(yùn)輸階段。在葡萄由倉庫到銷售地的運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸時(shí)間較長，導(dǎo)致環(huán)境溫度變化幅度較大，因而需采取必要的保溫措施。實(shí)際運(yùn)輸中常使用棉被或冷藏車保證穩(wěn)定的運(yùn)輸溫度，因此該應(yīng)對該環(huán)節(jié)采取跟蹤與監(jiān)控措施。S102 :依據(jù)葡萄品質(zhì)變化機(jī)理，分析葡萄冷鏈物流過程環(huán)境參數(shù)需求。溫度是影響葡萄果實(shí)呼吸作用和酶活性的主要因素。低溫貯藏不僅能夠有效地抑制漿果的呼吸作用，還能降低こ烯的生成和釋放量，抑制漿果內(nèi)過氧化物酶的活性，維持超氧化物歧化酶活性，在一定水平上可清除組織內(nèi)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，同時(shí)可以抑制病菌的生長繁殖，避免褐變腐爛，有利干葡萄的保鮮。隨著貯藏溫度的降低，葡萄的貯藏期延長，但超過葡萄的冰點(diǎn)則容易形成凍害。相対濕度。相対濕度越大，果粒、果梗就越新鮮。但相對濕度過大，會(huì)給病菌活動(dòng)創(chuàng)造條件，導(dǎo)致腐爛。相対濕度越小，雖然可控制病菌的危害，但果粒和果梗易失水，形成果皮皺縮、果粒干枯。另外，在葡萄貯藏過程中，常使用SO2類保鮮劑。SO2氣體對葡萄上常見的致病真菌如灰霉菌有強(qiáng)烈的抑制作用，同時(shí)還能抑制氧化酶的活性，降低呼吸速率，增強(qiáng)耐貯性，有效的防治葡萄酶促褐變。然而，如果貯藏環(huán)境中SO2濃度過大，除了會(huì)對葡萄產(chǎn)生藥害，造成果皮漂白，果實(shí)產(chǎn)生異味，影響ロ感之外，SO2在果實(shí)中的殘留轉(zhuǎn)化成的亞硫酸鹽還會(huì)對人體健康造成一定危害。S103 :確定葡萄存儲(chǔ)環(huán)境感知參數(shù)。通過對葡萄品質(zhì)變化機(jī)理分析可以得到，在葡萄在冷藏時(shí)，溫度控制在O _1°C ；相対濕度控制在90% 95% ;另外，葡萄中SO2濃度在10 20ppm時(shí)會(huì)比較安全，濃度過低達(dá)不到防腐目的，濃度過高易使果粒褪色漂白。(S2)多傳感器集成數(shù)據(jù)感知模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對于葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)多傳感器集成數(shù)據(jù)感知模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要分為以下步驟S201 :針對葡萄冷鏈物流環(huán)境的特殊性，根據(jù)葡萄冷鏈物流過程環(huán)境參數(shù)需求分析結(jié)果，將多傳感器集成模塊分為溫濕度傳感器模塊和SO2傳感器模塊。S202 :溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；選用瑞士 Sensiron公司生產(chǎn)的SHTll數(shù)字溫度傳感器。SHTll為具有ニ線串行接ロ的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相対濕度和溫度傳感器，可用來測量相対濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)。它具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換等特點(diǎn)。首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相対濕度、溫度信號(hào)，然后經(jīng)過放大器放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，再通過ニ線串行接ロ將相對濕度及溫度數(shù)據(jù)送至微控制器，最后利用微控制器完成分線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。(I)相対濕度的修正為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，采用如下公式對輸出數(shù)值進(jìn)行修正RHlinear — Cj+Cg · S0EH+c3 · SOeh其中，RHlinear為修正后的線性輸出值，SOeh為傳感器相対濕度輸出數(shù)值，C1, c2、C3為濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)。對于高于99% RH的測量值則表示空氣已經(jīng)完全飽和，必須被處+理成顯示值均為100% RH，濕度傳感器對電壓基本上沒有依賴性。(2)相対濕度的溫度補(bǔ)償當(dāng)實(shí)際測量溫度與25°C相差較大吋，須考慮濕度傳感器的溫度修正系數(shù)RHtrue = (Tv-25) · (t!+t2 · SOeh) +RHlinear其中RHtrae為修正后的濕度輸出值，V t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)。(3)溫度值的修正由于溫度傳感器具有極好的線性，使用如下公式即可將數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為溫度值Temperature = (Ifd2 · SOt其中，Temperature為修正后的溫度值，SOt為傳感器的數(shù)字輸出，も、d2為溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)。S203 =SO2傳感器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；選用瑞士 MEMBRAP0R公司生產(chǎn)的MF-20型SO2傳感器，電化學(xué)傳感器的反應(yīng)機(jī)理是氣體擴(kuò)散進(jìn)入傳感器在工作電極上發(fā)生反應(yīng)，每一反應(yīng)均可用準(zhǔn)化學(xué)方程式的形式表示，就SO2氣體傳感器而言，SO2氣體在工作電極上的化學(xué)反應(yīng)方程式為、
S02+2H20 — H2S04+2H++2e_而在反電極上發(fā)生的反應(yīng)則正好與工作電極上的反應(yīng)平衡。例如工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，則反電極上就與發(fā)生還原反應(yīng)而生成水。因此這一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方程式可以寫成02+4I-r-2e'oH20這ー總方程式說明傳感器僅作為化學(xué)反應(yīng)的催化劑，其本身并沒有消耗。傳感器內(nèi)部加了一個(gè)內(nèi)置的化學(xué)過濾器，用以消除氣體樣品中存在的ー些其他氣體的交叉干擾。每ー個(gè)過濾器都設(shè)計(jì)使樣品氣體中的某些氣體在其達(dá)到工作電極之前將其除去，這樣ー來就消除了某些特定氣體的交叉干擾。本發(fā)明通過選取合適的運(yùn)算放大器和負(fù)載電阻，將輸出信號(hào)調(diào)節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)的O. 4V 2V信號(hào)，該范圍線性對應(yīng)O 20ppm的SO2氣體濃度。電解池的電流穩(wěn)定很快，而反電極的極化相對較慢，因此盡快傳感器的信號(hào)已經(jīng)穩(wěn)定，反電極的電位仍然可能存在漂移。在實(shí)際測量中最大的反電極極化對參考電極而言有可能達(dá)到300 400mV。在實(shí)際操作中，為使傳感器性能不受損害，需要將負(fù)載電阻Rltjad兩端的壓降限制在IOmV以下，這樣還能保證響應(yīng)更加快速。為了維持傳感器總處在“預(yù)備工作”狀態(tài)，一般情況下三電極系統(tǒng)傳感器在不工作時(shí)工作電極和參考電極兩端總是短路連接。在傳感器存儲(chǔ)時(shí)安裝好短路電路，只有在即將使用時(shí)方可取去。當(dāng)模塊斷電后兩電極重新短路，以備下次使用時(shí)傳感器能夠快速啟動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)此目的，可用結(jié)場效應(yīng)管連接兩電極，保證電路斷路時(shí)兩電極能夠保持短路。S204 :WSN傳感器節(jié)點(diǎn)性能測試。為方便傳感器接ロ與無線模塊連接，發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，因而采用模塊化設(shè)計(jì)方法，對溫濕度傳感器模塊和SO2傳感器模塊分別進(jìn)行測試。針對溫濕度傳感器模塊，實(shí)驗(yàn)室選用-10°C到40°C變溫環(huán)境，O %到95 %相対濕度變化環(huán)境進(jìn)行測試，由標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)做校正，修正溫濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)，提高傳感數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。針對SO2傳感器模塊，由于SO2傳感器出廠時(shí)已由標(biāo)準(zhǔn)氣體環(huán)境進(jìn)行標(biāo)定，因而偏重對傳感器穩(wěn)定性進(jìn)行測試，將傳感器模塊置于SO2環(huán)境(SO2濃度為量程范圍)連續(xù)工作12小吋，得到傳感數(shù)據(jù)曲線(如圖5所示)。節(jié)點(diǎn)通信性能測試針對冷藏運(yùn)輸特殊環(huán)境，本測試主要在室內(nèi)進(jìn)行，分別在以下三類情況進(jìn)行誤包率(PER)測試存在混凝土墻障礙物；存在隔板墻障礙物，以及無障礙情況。傳輸功率設(shè)為OdBm時(shí)，其測試結(jié)果如圖6所示。有圖可知，在無障礙的情況下，有效傳輸距離可達(dá)到50米以上，在存在隔板墻時(shí)，有效傳輸距離達(dá)到15米左右，在混凝土墻存在情況下，有效傳輸距離亦可達(dá)到7米以上。節(jié)點(diǎn)傳輸性能良好，滿足設(shè)計(jì)要求。(S3)葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)WSN平臺(tái)設(shè)計(jì)。對于葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)WSN平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要分為以下幾個(gè)步驟S301 =WSN系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；針對冷藏車有限范圍的特殊環(huán)境，本發(fā)明選用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)簡單易用，在這種結(jié)構(gòu)中，主要包含一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和一系列終端節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是任意兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的通信的中轉(zhuǎn)站。即終端節(jié)點(diǎn)可以自如的與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通信，如果想與其他的終端節(jié)點(diǎn)通信則必須先通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
S302 :基于ZigBee傳輸協(xié)議的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)設(shè)備，主要任務(wù)是建立網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)上電后首先初始化系統(tǒng)硬件.完成后啟動(dòng)Z-stack協(xié)議棧.接著調(diào)用f8wCoord. cfg文件確認(rèn)設(shè)備類型及其功能，根據(jù)fSwConfig. fcg的頻率設(shè)置搜索信道并進(jìn)行能量檢測。在確定信道可用后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)就開始配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)建立完成后在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的周圍會(huì)出現(xiàn)一個(gè)以它為中心的一定范圍的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域.并且開始不停地對區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搜索查看是否有節(jié)點(diǎn)加入請求。如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到了外來節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請求.就會(huì)發(fā)出響應(yīng)允許結(jié)點(diǎn)加入。同時(shí)給新節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址并更新自己的路由表以存儲(chǔ)新節(jié)點(diǎn)的信息。在建立網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)的通信以后就可以接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的信息。因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)新加入的節(jié)點(diǎn)都是由標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802. 15. 4物理芯片作為主控制器。所以接收到的數(shù)據(jù)包不需要經(jīng)過拆解重組就可以直接通過串口發(fā)送 至PC上位機(jī)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖8所示。系統(tǒng)上電后，網(wǎng)絡(luò)之中節(jié)點(diǎn)開始初始化。對于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，它將在2400MHz 2483MHz的頻段中，掃描并選取一個(gè)最安靜的通道建立一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，并有一個(gè)64位的Extended Address來唯一標(biāo)識(shí)所建立的網(wǎng)絡(luò)。然后不斷監(jiān)聽端口，一方面接收尚未加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳來的請求信息，一方面接收已加入該網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給PC進(jìn)行處理。S303 :傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程設(shè)計(jì)；終端節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送綁定請求函數(shù)(zb_BindDeviece())自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò),等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)綁定響應(yīng)成功而完成綁定操作。在沒有發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的情況下，將周期性繼續(xù)搜索。綁定成功之后，終端節(jié)點(diǎn)將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在沒有收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)答的情況下，終端節(jié)點(diǎn)將移除本次綁定并重新發(fā)現(xiàn)和綁定網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)的程序流程圖如圖
9所示。在節(jié)點(diǎn)會(huì)綁定目標(biāo)地址之后,節(jié)點(diǎn)選擇是否啟動(dòng)休眠模式。如果不啟動(dòng)休眠,則節(jié)點(diǎn)會(huì)立即發(fā)送數(shù)據(jù)；如果啟動(dòng)休眠，接著選擇休眠模式。如果選擇深度休眠模式，那么立即發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，直到發(fā)送完畢以后節(jié)點(diǎn)進(jìn)入深度休眠。等待外部硬件中斷或者系統(tǒng)復(fù)位才能重新開啟數(shù)據(jù)發(fā)送。如果選擇定時(shí)休眠模式，節(jié)點(diǎn)將發(fā)送數(shù)據(jù)，并且在等到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后啟動(dòng)休眠定時(shí)器進(jìn)入定時(shí)休眠模式，直到休眠時(shí)間到，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出休眠模式繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。S304 :上位機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)；PC端上位機(jī)管理軟件采用Visual Studio 2005平臺(tái)開發(fā)，使用C#編程語言。用戶通過管理軟件可以直觀看到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以查詢某傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度值、濕度值、SO2濃度，以及感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線繪制等。用戶查詢某節(jié)點(diǎn)信息只需點(diǎn)擊軟件界面相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。其中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)下位機(jī)到上位機(jī)的無縫連接。系統(tǒng)界面如圖10-12示。(S4)優(yōu)化傳感器節(jié)點(diǎn)空間布局。對于傳感器節(jié)點(diǎn)空間布局優(yōu)化，主要分為以下幾個(gè)步驟S401 :驗(yàn)證葡萄冷藏車廂環(huán)境參數(shù)分布狀態(tài)；根據(jù)葡萄冷鏈運(yùn)輸?shù)囊话闱闆r，將冷藏車廂的溫度控制在0°C左右，濕度控制在90 % -95 %之間，對每箱葡萄中放置適量SO2型保鮮片劑。以一輛車廂尺寸4000mmX 1750mmX 1500mm的機(jī)械式冷藏車廂,采用翅片管式蒸發(fā)器裝置的冷藏車為例。在車廂后部上方，設(shè)置打冷的排氣口，114. 3mmX 943mmX 152. 4mm尺寸。同時(shí)，將貨物的數(shù)量、包裝、尺寸與貨物間隙安排如圖3所示。車廂內(nèi)部放置共放置32箱貨物。在建立冷藏車廂物理模型的基礎(chǔ)上，對冷藏車廂進(jìn)行環(huán)境參數(shù)分析。S402:根據(jù)冷藏車環(huán)境模型及上一步環(huán)境數(shù)據(jù)采集結(jié)果，結(jié)合實(shí)際分析，合理優(yōu)化冷藏車廂內(nèi)傳感器布局，使終端節(jié)點(diǎn)布置合理，能夠準(zhǔn)確反映出實(shí)際車廂環(huán)境參數(shù)分布。S403 :采集環(huán)境感知數(shù)據(jù)。由環(huán)境參數(shù)分布驗(yàn)證結(jié)果，將終端節(jié)點(diǎn)按照合理布局分析結(jié)果放置在冷藏車箱內(nèi) 并采集感知數(shù)據(jù)。(S5)葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)測試。對于葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)測試，主要分為以下幾個(gè)步驟S501 :試整體運(yùn)行跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)，對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行問題分析；將搭建好的跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際物流，搜集實(shí)際運(yùn)行結(jié)果與用戶反饋，對運(yùn)行與反饋結(jié)果進(jìn)行綜合整理，分析并篩選出可選改進(jìn)方案，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。S502 :通過對系統(tǒng)試運(yùn)行的分析，改進(jìn)硬件結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)功耗；綜合分析適用性結(jié)果，對系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行改進(jìn)，針對實(shí)際問題采取相應(yīng)解決方法，同時(shí)，對系統(tǒng)硬件的電池壽命進(jìn)行評估和優(yōu)化，降低系統(tǒng)功耗，提高使用壽命。S503 :系統(tǒng)穩(wěn)定性與精確性的測試與優(yōu)化。該步驟主要是針對系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確性的測試。在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，主要針對系統(tǒng)的通信性能和數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行測試，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出合理評估和改進(jìn)；在系統(tǒng)精確性方面，主要是針對數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性進(jìn)行測試，通過測試結(jié)果，改進(jìn)感知數(shù)據(jù)后期處理算法，提高數(shù)據(jù)的精確性，使之更能準(zhǔn)確反映環(huán)境參數(shù)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 Si，確定葡萄冷鏈物流過程中需要跟蹤與監(jiān)測的環(huán)節(jié)，并根據(jù)葡萄的品質(zhì)變化機(jī)理，分析并確定葡萄冷鏈物流過程中環(huán)境參數(shù)； S2，根據(jù)上述SI步驟中確定的環(huán)境參數(shù)來確定傳感器模塊的類型； S3，建立WSN平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)傳感器模塊對數(shù)據(jù)采集和傳輸； S4，對傳感器模塊的空間布局進(jìn)行測試并優(yōu)化； S5，通過WSN平臺(tái)對葡萄冷鏈物流過程進(jìn)行監(jiān)測。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述需要跟蹤與監(jiān)測的環(huán)節(jié)包括葡萄預(yù)冷和倉儲(chǔ)階段以及葡萄冷藏運(yùn)輸階段；所述環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和SO2濃度。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述傳感器感知模塊類型包括溫濕度傳感器模塊和SO2傳感器模塊。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述WSN平臺(tái)包括傳感器模塊節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，傳感器模塊節(jié)點(diǎn)程序和上位機(jī)管理軟件；所述傳感器模塊節(jié)點(diǎn)在采集到數(shù)據(jù)后由傳感器模塊節(jié)點(diǎn)程序通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)管理軟件。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用無線通信，工作在2400MHz 2483MHz的頻段中，擁有一個(gè)64位的Extended Address來唯一標(biāo)示所建立的網(wǎng)絡(luò)，并在無線網(wǎng)絡(luò)初始化完成后，接收未加入網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)的加入請求信息以及將已加入網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)管理軟件。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)周期性搜索網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，則發(fā)送綁定請求信息，等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)綁定成功。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)在綁定成功后，將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；如果傳感器節(jié)點(diǎn)在超過閾值時(shí)間后沒有收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答，則移除本次綁定操作并重新搜索和綁定網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述傳感器節(jié)點(diǎn)在綁定成功后，是選擇否啟動(dòng)休眠模式；如果不啟動(dòng)休眠模式，則傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)立即發(fā)送數(shù)據(jù)；如果啟動(dòng)休眠模式，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述休眠模式包括深度休眠模式和定時(shí)休眠模式； 所述傳感器節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入深度休眠模式后，立即發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后進(jìn)入深度休眠狀態(tài)，直到外部硬件中斷或者系統(tǒng)復(fù)位才重新開啟數(shù)據(jù)發(fā)送； 所述傳感器節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入定時(shí)休眠模式后，立即發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，啟動(dòng)休眠定時(shí)器進(jìn)入定時(shí)休眠模式，直到休眠時(shí)間到，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出休眠模式繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述S4步驟中測試和優(yōu)化的步驟如下 S401，采集監(jiān)控空間的數(shù)據(jù)； S402，將傳感器節(jié)點(diǎn)的采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對采集的數(shù)據(jù)不符合要求的傳感器節(jié)點(diǎn)重新布局； S403，返回S401重新采集監(jiān)控空間的數(shù)據(jù)，直到所有監(jiān)控器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)滿足要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種葡萄冷鏈物流跟蹤與監(jiān)測的方法，所述方法包括如下步驟S1，確定葡萄冷鏈物流過程中需要跟蹤與監(jiān)測的環(huán)節(jié)，并根據(jù)葡萄的品質(zhì)變化機(jī)理，分析并確定葡萄冷鏈物流過程中環(huán)境參數(shù)；S2，根據(jù)上述S1步驟中確定的環(huán)境參數(shù)來確定傳感器模塊的類型；S3，建立WSN平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)傳感器模塊對數(shù)據(jù)采集和傳輸；S4，對傳感器模塊的空間布局進(jìn)行測試并優(yōu)化；S5，通過WSN平臺(tái)對葡萄冷鏈物流過程進(jìn)行監(jiān)測。本發(fā)明據(jù)葡萄冷鏈運(yùn)輸環(huán)境特點(diǎn)，采用多傳感器集成技術(shù)，開發(fā)了完整的數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)葡萄冷鏈物流全過程環(huán)境參數(shù)的無縫監(jiān)測的創(chuàng)新，通過減少人為干預(yù)的連續(xù)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，提高了葡萄冷鏈物流數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測的效率。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102680019SQ201210152209
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者張健, 張小栓, 張雷, 肖新清, 齊林 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)