本發(fā)明屬于智能硬件和安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于對(duì)藥品存儲(chǔ)運(yùn)輸環(huán)境實(shí)施監(jiān)測(cè)的智能模塊。

背景技術(shù)：

藥品是一種特殊商品，合格的藥品必須保證藥品質(zhì)量，必須有嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的存儲(chǔ)方法及環(huán)境要求，藥品存儲(chǔ)不當(dāng)，會(huì)發(fā)生物理、化學(xué)變化，使療效降低，不良反應(yīng)增大，甚至引起生命危險(xiǎn)。在任何情況下，都必須對(duì)藥品的每個(gè)運(yùn)輸、存儲(chǔ)條件進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量實(shí)施嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和科學(xué)管理。因此，對(duì)于藥品所處環(huán)境的狀況監(jiān)測(cè)相當(dāng)重要，依據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)施對(duì)藥品的實(shí)時(shí)管理已成為國(guó)家規(guī)定的強(qiáng)制要求。

早期的藥品運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要是針對(duì)(1)運(yùn)輸車輛車廂內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)。(2)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)。其管理對(duì)象是集中于某大型區(qū)域的多種藥品或大量集中的單一藥品。缺乏對(duì)單箱或單盒藥品所處的實(shí)時(shí)環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)控和預(yù)警。

早期的方案中，溫濕度傳感器分布在藥品存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)或運(yùn)輸車廂的某一個(gè)位置，然后通過有線連接方式將溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理控制單元，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而達(dá)到對(duì)溫濕度的控制。但此種控制方案安裝較為復(fù)雜、繁瑣，可移動(dòng)性差，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，不利于對(duì)藥品的存儲(chǔ)狀態(tài)和環(huán)境條件實(shí)施精細(xì)化控制。

參見附圖1，近年來，基于藥品存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)的管理系統(tǒng)，大都采用傳統(tǒng)的溫濕度傳感器檢測(cè)周圍環(huán)境的溫濕度參數(shù)，然后通過控制器調(diào)節(jié)溫度和濕度，以達(dá)到存儲(chǔ)藥品所要求的溫濕度值，滿足存儲(chǔ)環(huán)境要求。其方案有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

1)傳統(tǒng)溫濕度傳感器體積大，安裝不方便；

2)傳統(tǒng)溫濕度傳感器安裝位置相對(duì)固定，可移動(dòng)性差；

3)傳感器與控制系統(tǒng)之間采用有線方式連接，布線工程復(fù)雜，成本高；

4)采用市電降壓或大型電池供電，成本高，安全性差；

5)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)類型少，對(duì)藥品的存儲(chǔ)環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)不全面；

6)缺乏對(duì)藥箱藥盒的存放狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，如有些藥箱、藥盒是不能倒置放置的；

7)應(yīng)用控制系統(tǒng)只能置于某固定場(chǎng)所，需要監(jiān)管人員實(shí)時(shí)在電腦旁監(jiān)管，缺乏可移動(dòng)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的基于藥品存儲(chǔ)運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)存在的問題，本發(fā)明提供一種藥品存儲(chǔ)運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)智能模塊。所述藥品智能存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊通過多種環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器獲取存儲(chǔ)環(huán)境的各種參數(shù)，并通過低功耗藍(lán)牙(ble，bluetoothlowenergy)無線傳輸技術(shù)將傳感器的各種參數(shù)有效傳輸至數(shù)據(jù)處理控制中心，數(shù)據(jù)處理控制中心可以是傳統(tǒng)的固定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也可是用戶的移動(dòng)手持設(shè)備(如手機(jī))，通過電腦上控制平臺(tái)或手機(jī)上的app控制平臺(tái)讀取各種傳感器的參數(shù)進(jìn)行分析處理并可以對(duì)監(jiān)測(cè)智能模塊發(fā)出各種控制命令，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)候、任何地點(diǎn)對(duì)藥品存儲(chǔ)環(huán)境的有效監(jiān)控。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種藥品存儲(chǔ)運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)智能模塊，所述智能模塊的核心是基于藍(lán)牙4.0技術(shù)的低功耗soc(system-on-a-chip，系統(tǒng)集成芯片)單芯片，另外包括天線、匹配電路、電池、rf(射頻)晶體振蕩器、時(shí)鐘晶體振蕩器、光線傳感器、氣壓傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、溫濕度傳感器；所述天線經(jīng)由匹配電路與所述soc芯片鏈接，所述其它各模塊均分別與所述soc芯片鏈接。

所述soc芯片主要包括cpu中央處理器、存儲(chǔ)器模塊、電源管理模塊和射頻收發(fā)器。各部分的具體描述如下：

1)cpu中央處理器：依據(jù)各廠商芯片的不同，目前流行的有包括但不限于：8051單片機(jī)內(nèi)核，arm-cortexm0內(nèi)核，arm-cortexm3等。所述cpu中央處理器是整個(gè)智能模塊的核心控制部件，完成對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行控制和處理。

2)存儲(chǔ)器模塊：由于相關(guān)環(huán)境指標(biāo)的數(shù)據(jù)量小，且所采集數(shù)據(jù)一旦和移動(dòng)終端app和/或后臺(tái)控制中心聯(lián)網(wǎng)后，會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給存儲(chǔ)功能更強(qiáng)大的服務(wù)器存儲(chǔ)器及云存儲(chǔ)器。因此，本發(fā)明采用的是內(nèi)部集成小容量rom(128kb或256kb)及ram(16kb)的存儲(chǔ)方案。無需在外部再外掛存儲(chǔ)器，以達(dá)到節(jié)省成本，降低功耗，減小模塊面積的目的。

3)電源管理模塊：cpu中的電源管理模塊比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)一般采用紐扣電池(3v)的電壓直接供電。通過對(duì)系統(tǒng)開、關(guān)、深度睡眠、連接待機(jī)等不同狀態(tài)的控制，調(diào)節(jié)各相關(guān)電源模塊的開關(guān)，以降低功耗。本發(fā)明的技術(shù)方案在深度睡眠模式下，耗電約為15na左右，在最大工作負(fù)荷模式下，耗電也僅為40ma左右。

4)射頻收發(fā)器：

頻率：2.400ghz---2.4835ghz。

信道數(shù)：總共40個(gè)信道，其中包括37個(gè)數(shù)據(jù)信道，3個(gè)廣播信道。

最大發(fā)射功率：本方案采用最大發(fā)射功率范圍為+4dbm---20dbm，同時(shí)采用4db間隔的功率調(diào)整和控制措施。

靈敏度：依據(jù)實(shí)際傳輸速率的不同而設(shè)定相應(yīng)的靈敏度，具體為-96dbm/250kbps；-93dbm/1mbps；

所述射頻收發(fā)器內(nèi)部集成了接收鏈路的低噪聲放大器(lna，lownoiseamplifier)和發(fā)射鏈路的功率放大器pa(poweramplifier)。

所述射頻收發(fā)模塊和其他如cpu、電源、存儲(chǔ)器模塊一起集成在一個(gè)芯片里，有效地降低了方案的設(shè)計(jì)成本、設(shè)計(jì)難度，減少pcb(printedcircuitboard印制電路板)布局面積，使整個(gè)方案可以做到小型化。

天線：本模塊采用pcb天線，即直接在pcb上用微帶線設(shè)計(jì)出2.400ghz—2.500ghz帶寬的天線，其具體尺寸參見附圖2。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

頻段：2.400ghz—2.500ghz；

電壓駐波比(vswr)<2.5；

最大增益：1dbi。

匹配電路：天線與射頻收發(fā)器之間通過一個(gè)匹配電路(雙倒置l型)連接，完成天線到收發(fā)器的50歐姆阻抗匹配，從而使射頻路徑上的損耗、反射系數(shù)降到最低，提高天線效率。

光線傳感器：光線傳感器的基本原理是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至中央處理器進(jìn)行信號(hào)處理。本方案中光線傳感器僅監(jiān)測(cè)光線的有無，對(duì)于具體的光線類型、光照強(qiáng)度大小并不做判定。設(shè)置光線傳感器，目的是在將模塊置于藥盒或藥箱中時(shí)，一旦藥盒、藥箱被打開，光線傳感器檢測(cè)到有光線，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電平信號(hào)通過gpio(generalpurposeinputoutput，通用輸入輸出)口送給cpu，從而記錄藥盒、藥箱的打開狀態(tài)和打開次數(shù)；同時(shí)，和系統(tǒng)時(shí)間結(jié)合，還可以記錄打開的時(shí)間點(diǎn)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)于那些對(duì)光照有嚴(yán)格要求的藥品尤其重要，如有些疫苗藥品，是不能長(zhǎng)時(shí)間置于光線下的。利用光線傳感器，便可以對(duì)其實(shí)施監(jiān)控和管制。

氣壓傳感器：利用氣壓傳感器，可以檢測(cè)藥品存儲(chǔ)環(huán)境的大氣壓力，對(duì)于易碎包裝的藥品尤其實(shí)用。氣壓傳感器指標(biāo)：

氣壓監(jiān)測(cè)范圍：260mbar---3260mbar；

分辨率：0.12mbar。

運(yùn)動(dòng)傳感器：本發(fā)明采用低功耗3軸運(yùn)動(dòng)傳感器，其功能主要用于監(jiān)測(cè)藥盒或藥箱的放置和搬運(yùn)狀態(tài)，對(duì)于那些要求不能倒置，嚴(yán)禁搬運(yùn)過程中大力扔、摔、翻滾的藥品，尤其實(shí)用。其基于加速度的基本原理實(shí)現(xiàn)工作目的，通過運(yùn)動(dòng)傳感器將外界物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)記錄和控制。

運(yùn)動(dòng)傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)包括：

測(cè)量范圍：+-2g；+-4g；+-8g；+-16g；(注：其范圍主要依據(jù)軟件配置可以動(dòng)態(tài)調(diào)試)；

最小靈敏度：1mg/digit。

溫濕度傳感器：溫濕度傳感器主要用來檢測(cè)藥品存儲(chǔ)環(huán)境的溫度及濕度，藥品的存儲(chǔ)對(duì)環(huán)境的溫濕度要求都比較高，通過此傳感器，可以有效感知周圍的溫濕度，當(dāng)超過藥品存儲(chǔ)環(huán)境溫濕度要求時(shí)，模塊及系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

溫濕度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：

濕度方面：

(1)測(cè)量范圍：0—100％rh；

(2)精度誤差：±3％rh；

(3)分辨率：0.008％rh；

溫度方面：

(1)測(cè)量范圍：-40—80攝氏度；

(2)精度誤差：±0.5攝氏度；

(3)分辨率：0.01攝氏度。

以上各傳感器芯片通過gpio、i2c(inter－integratedcircuit兩線式串行總線)或spi(serialperipheralinterface，串行外設(shè)接口)串口和高集成度的低功耗藍(lán)牙控制器實(shí)現(xiàn)有效連接，將感知到的多種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)送至處理器進(jìn)行分析處理，達(dá)到有效監(jiān)測(cè)和控制環(huán)境的目的。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：與現(xiàn)有的藥品儲(chǔ)存環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，本發(fā)明利用先進(jìn)的低功耗藍(lán)牙技術(shù)及高靈敏度化、小型化的多種環(huán)境檢測(cè)傳感器，將這些傳感器有效整合到一個(gè)智能模塊中，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)監(jiān)測(cè)模塊小型化、低功耗、監(jiān)測(cè)環(huán)境指標(biāo)多樣化，結(jié)合目前廣泛普及的移動(dòng)智能終端，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的可移動(dòng)性，隨時(shí)隨地對(duì)藥品存儲(chǔ)環(huán)境實(shí)施有效的監(jiān)控和管理。

本方案采用的低功耗藍(lán)牙控制傳輸技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)功耗低。擁有極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗，使用一粒紐扣電池可連續(xù)工作數(shù)月或數(shù)年之久。這主要取決于整個(gè)系統(tǒng)的耗電狀況。

2)采用多芯片方案，供應(yīng)商上的互操作性強(qiáng)。

3)無線覆蓋范圍增強(qiáng)。傳統(tǒng)藍(lán)牙的傳輸距離大概在10米左右，低功耗藍(lán)牙技術(shù)由于采用了提高調(diào)制指數(shù)，其傳輸距離理論上在100米左右，實(shí)際上大多數(shù)方案的傳輸距離在50米左右。這主要取決于最大發(fā)射功率和靈敏度的高低。

4)可以通過藍(lán)牙與手機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)app對(duì)智能模塊的控制，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)可移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的監(jiān)控。

本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，用工藝簡(jiǎn)單的表面貼裝技術(shù)將各個(gè)功能芯片以及元器件組合連接，免除引線接合的工藝步驟，有利于產(chǎn)品性能一致性，有效降低人力成本，具有電路的小型化且集成度高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

附圖1是早期藥品運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是基于本發(fā)明所述的智能模塊構(gòu)建的藥品運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3是本發(fā)明所述的藥品運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)智能模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

附圖4是本發(fā)明所述的pcb天線的尺寸圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

參見附圖3，一種藥品存儲(chǔ)運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)智能模塊，所述智能模塊的核心是基于藍(lán)牙4.0技術(shù)的低功耗soc(system-on-a-chip，系統(tǒng)集成芯片)單芯片(111)，另外包括天線(101)、匹配電路(102)、電池(103)、rf晶體振蕩器(109)、時(shí)鐘晶體振蕩器(110)、光線傳感器(104)、氣壓傳感器(105)、運(yùn)動(dòng)傳感器(106)、溫濕度傳感器(107)；所述天線(101)經(jīng)由匹配電路(102)與所述soc芯片(111)鏈接，所述其它各模塊均分別與所述soc芯片(111)鏈接。

所述soc芯片(111)主要包括cpu中央處理器、存儲(chǔ)器模塊、電源管理模塊和射頻收發(fā)器。各部分的具體描述如下：

1)cpu中央處理器：采用8051單片機(jī)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)智能模塊的核心控制部件，完成對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行控制和處理。

2)存儲(chǔ)器模塊：采用內(nèi)部集成小容量256kbrom及16kbram的存儲(chǔ)方案。

3)電源管理模塊：采用紐扣電池(3v)的電壓直接供電。通過對(duì)系統(tǒng)開、關(guān)、深度睡眠、連接待機(jī)等不同狀態(tài)的控制，調(diào)節(jié)各相關(guān)電源模塊的開關(guān)，以降低功耗。

4)射頻收發(fā)器：

頻率：2.400ghz---2.4835ghz。

信道數(shù)：總共40個(gè)信道，其中包括37個(gè)數(shù)據(jù)信道，3個(gè)廣播信道。

最大發(fā)射功率：本方案采用最大發(fā)射功率范圍為+4dbm---20dbm，同時(shí)采用4db間隔的功率調(diào)整和控制措施。

靈敏度：依據(jù)實(shí)際傳輸速率的不同而設(shè)定相應(yīng)的靈敏度，具體為-96dbm/250kbps；-93dbm/1mbps；

所述射頻收發(fā)器內(nèi)部集成了接收鏈路的低噪聲放大器(lna，lownoiseamplifier)和發(fā)射鏈路的功率放大器pa(poweramplifier)。

所述射頻收發(fā)模塊和其他如cpu、電源、存儲(chǔ)器模塊一起集成在一個(gè)芯片(111)里，使整個(gè)方案可以做到小型化。

天線(101)：采用pcb天線，即直接在pcb上用微帶線設(shè)計(jì)出2.400ghz—2.500ghz帶寬的天線，其具體尺寸參見附圖4。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

頻段：2.400ghz—2.500ghz；

電壓駐波比(vswr)<2.5；

最大增益：1dbi。

匹配電路(102)：天線與射頻收發(fā)器之間通過一個(gè)匹配電路(雙倒置l型)連接，完成天線到收發(fā)器的50歐姆阻抗匹配，從而使射頻路徑上的損耗、反射系數(shù)降到最低，提高天線效率。

光線傳感器(104)：本方案中光線傳感器僅監(jiān)測(cè)光線的有無，對(duì)于具體的光線類型、光照強(qiáng)度大小并不做判定。

氣壓傳感器(105)：氣壓傳感器滿足以下指標(biāo)：

氣壓監(jiān)測(cè)范圍：260mbar---3260mbar；

分辨率：0.12mbar。

運(yùn)動(dòng)傳感器(106)：采用低功耗3軸運(yùn)動(dòng)傳感器，其功能主要用于監(jiān)測(cè)藥盒或藥箱的放置和搬運(yùn)狀態(tài)。

運(yùn)動(dòng)傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)包括：

測(cè)量范圍：+-2g；+-4g；+-8g；+-16g；(注：其范圍主要依據(jù)軟件配置可以動(dòng)態(tài)調(diào)試)；

最小靈敏度：1mg/digit。

溫濕度傳感器(107)：溫濕度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下：

濕度方面：

(1)測(cè)量范圍：0—100％rh；

(2)精度誤差：±3％rh；

(3)分辨率：0.008％rh；

溫度方面：

(1)測(cè)量范圍：-40—80攝氏度；

(2)精度誤差：±0.5攝氏度；

(3)分辨率：0.01攝氏度。

以上各傳感器芯片通過gpio、i2c和高集成度的低功耗藍(lán)牙控制器實(shí)現(xiàn)有效連接，將感知到的多種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)送至處理器進(jìn)行分析處理，達(dá)到有效監(jiān)測(cè)和控制環(huán)境的目的。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。