基于射频识别的林药多功能包装设计

高 雪，张群利，汪紫阳，游素珍

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040)

在林下经济产业蓬勃发展的今天，林药以森林健康为前提和开发条件，具有鲜明的自然属性和生态品质优势，是最具林业特色的林下经济发展模式［1-3］。从林木中提取的生物活性物质制成的药品或保健药品等，对运输方式及贮存环境的要求较高，其在仓储或运输过程中所处的环境都会影响其实际保质期［4-9］。目前，通过药品包装上的药品生产日期/有效期等信息可以获知药品的保质期或变质时间，然而，这种方法所判断的变质时间并不准确，与实际结果往往存在差异，由此也会带来各种后患。本设计提供了一种基于射频识别的林药包装装置和药品监测系统，以期解决目前通过药品包装上的药品生产日期/有效期获知药品变质时间的方法所获变质时间不准确的问题［10-13］。

1 材料与方法

1．1 材料及仪器设备

材料:1 000mAh 523450 3．7V聚合物锂电池，珠海中顺新能源科技有限公司;STC89C52单片机，STC公司;2．4G无线模块，杭州飞拓电子科技有限公司;GPS模块组、TP4056 1A锂电池专用充电板、K60FX 15核心板、51最小系统板、DS18B20 TO-92温度传感器、DHT11温湿度传感和1．44 inch TFT LCD均由深圳市展恒安科技有限公司提供。

仪器设备:HWS-250B恒温恒湿培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司。

1．2 设计内容及方法

本设计提供了一种基于射频识别的林药包装装置，包括包装主体，药品包装装置还包括设置在包装主体上的控制处理部分;其中，控制处理部分包括第一电路板和第二电路板;第一电路板用于检测包装主体周围环境中的温度数据和湿度数据，并将检测到的温度数据和湿度数据通过2．4G无线通讯方式发送给第二电路板;第二电路板用于根据接收到的温度数据和湿度数据来计算包装主体内的药品的变质时间，以显示该变质时间，设计路线如图1所示，具体实施如图2所示。

图2 林药多功能包装设计实施图Fig．2 Design component diagram of multi-function forest medicine packaging

1．2．1 第一电路板设计

第一电路板122包括第一单片机122-1、温度传感器122-2、湿度传感器122-3、第一2．4G无线通讯模块122-4、存储模块122-5、时钟122-6以及用于向第一单片机、温度传感器、湿度传感器、第一2．4G无线通讯模块、存储模块和时钟供电的第一电池122-7，其中，第一单片机连接温度传感器与湿度传感器，温度传感器与湿度传感器分别连接存储模块，时钟和存储模块分别连接第一2．4G无线通讯模块，第一2．4G无线通讯模块与第一单片机相连。其中，存储模块122-5采用电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)实现，第一电路板设计如图3(a)所示。

1．2．2 第二电路板设计

第二电路板124包括第二单片机124-1、第二2．4G无线通讯模块124-2、定位通讯模块124-3、显示屏124-4以及用于向第二单片机、第二2．4G无线通讯模块、定位通讯模块和显示屏供电的第二电池124-5，其中，第二单片机连接显示屏、定位模块以及第二2．4G无线通讯模块。显示屏124-4采用LCD显示屏、定位通讯模块124-3采用GPS模块实现，第二电路板设计如图3(b)所示。

图3 林药多功能包装电路板设计示意图Fig．3 Design schematic diagram of multi-function forest medicine packaging circuit board

1．2．3 林药多功能包装实施方法

基于射频识别的林药多功能包装装置100包括包装主体110和控制处理部分120。包装主体110可以是纸盒、塑料袋等药品包装外壳，用来盛放并包装药品。控制处理部分120设置于包装主体110上。控制处理部分120包括第一电路板122和第二电路板124，如图3(a)或图3(b)所示。第一电路板122和第二电路板124之间能够通过2．4G无线通讯方式进行无线通讯，实现数据传输、信号传输等。第一电路板122用于检测包装主体110周围环境中的温度数据和湿度数据，并将检测到的温度数据和湿度数据通过2．4G无线通讯方式发送给第二电路板124。第二电路板124用于根据接收到的温度数据和湿度数据来计算包装主体110内的药品的变质时间，以显示该变质时间。

根据第一种实现方式，如图2(b)所示，第一电路板122可以设置在包装主体110内部。在这种情况下，第一电路板122和第二电路板124是分离设置的，也就是说，第一电路板122设置在包装主体110内部，而第二电路板124设置在包装主体110的外表面上。第一电路板122所检测到的环境的温度数据和湿度数据较为接近药品所处环境的温度和湿度，进而第二电路板124根据该温度数据和湿度数据所计算得到的变质时间也就更为准确。第二电路板124设置外包装主体110外表面，能够方便使用者查看其显示屏上显示的内容，诸如药品的变质时间等。根据第二种实现方式，如图2(c)所示，第一电路板122可以设置在包装主体110外部。在这种情况下，第一电路板122和第一电路板124可以一体化设置并一起封装成一个可拆卸的控制处理部分120。在使用时，可以将控制处理部分120安装(例如无损粘接)在包装主体110的外表面上，而在需要更换或不需要控制处理部分120的情况下将其从包装主体110上拆除即可。这样，对于一些成本较高的包装盒或包装袋等包装主体，当其上的控制处理部分120发生故障需要更换或其他原因需要拆除控制处理部分120时，从包装主体外表面上拆除控制处理部分120而不会损坏该包装主体，造成不必要的损失。

1．2．4 林药多功能包装性能测试实验

预设定装置正常工作的温、湿度范围，依据国家药品存放标准，预设温度范围为:0～30℃;湿度范围为:30%～45%。为简化实验，预设单次报警时间、累积报警时间根据实验不同而调整。本实验采用控制变量的方法，在湿、温度不变的条件下，当环境温、湿度超出正常工作范围时，若装置能计时并且实现单次及累积报警，证明该装置能正常工作。

2 实验结果与分析

2．1 设置界面

如图4所示，可根据不同实验，进行不同的设置。Tem_H为最高温度，拟设药品安全存储的最高温度为35℃;Tem_L为最低温度，拟设药品安全存储的最低温度为0℃;RH_H为最高湿度，拟设药品安全存储的最高湿度为50%;RH_L为最低湿度，拟设药品安全存储的最低湿度为0%;T_add为累积超出时间，拟设药品存储环境温湿度累积超出预设范围1 800 s后报警;T_one为单次超出时间，拟设药品存储环境温湿度累积超出预设范围800 s后报警。

图4 装置设置界面Fig．4 Setup interface of the device

2．2 运行界面

如图5所示为正常工作状态。Tem为当前温度28℃;Hum为当前湿度16%;Tim:138为设备运行了138 s;Uts:0为超出预设范围0次;右下角“0”表示温湿度均没有超出预设范围，属于“正常运行状态”

图5 正常工作的运行界面Fig．5 Normally working interface of the device

如图6所示为湿度超出预设范围计时状态。Tem为当前温度31℃;Hum为当前湿度61%;Tim:1 430表示设备运行了1 430 s;Uts:1表示超出预设范围1次;右下角“2”表示湿度超出预设范围，处于湿度“计时状态”。

如图7所示为温度超出预设范围计时状态。Tem为当前温度50℃;Hum为当前湿度20%;Tim:1 876表示设备运行了1 876 s;Uts:1表示超出预设范围4次;右下角“1”表示温度超出预设范围，处于温度“计时状态”。

图6 湿度超出预设范围计时状态Fig．6 Timed state of humidity out of presupposed range

图7 温度超出预设范围计时状态Fig．7 Timed state of temperature out of presupposed range

2．3 报警界面

如图8所示，正在搜索位置。“Unusual Event”表示报警;“030 035．00”表示当时世界时间，相当于北京时间“11时35秒”。

图8 搜索状态报警界面Fig．8 Alarm interface in search state

如图9所示，GPS搜索到位置后，时间定格在“124 840．00”，表示北京时间“20点48分40秒”;经纬度分别为:12 638．017 4，4 543．038 05;高度为:212．6dm。

图9 锁定位置报警界面Fig．9 Alarm interface of latched position

3 结束语

基于射频识别的林药包装装置和药品监测系统，通过在包装主体上设置控制处理部分，例如控制处理部分检测环境的温度和湿度，进而计算药品的变质时间。能够方便、快速地获知其中药品是否已经变质，以及变质时间、地点等信息，实现药品的安全监测。

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