基于OneNET的冷链车监控系统设计

吴泓江

摘要：针对目前冷链运输信息监测严重滞后、运输过程断链等一系列问题，文章设计了基于OneNET的冷链车监控系统，以保证运输安全。该系统由STM32F103ZET6、NB-IoT模块、GPRS模块、OneNET云平台、Lora模块等传感器组成，在云平台上可以对其运行过程中的状态进行监控，在设备发生翻车等意外情况时会发出报警，并在云端显示车辆当前所处的位置。

关键词：冷链运输；STM32F103ZET6；NB-IoT；传感器

中图分类号：TP212.6  文献标志码：A

0 引言

随着我国冷链物流市场需求的不断扩大，冷链物流行业的技术要求也在不断提高，然而行业的标准化建设工作严重滞后，冷藏、运输及配送过程均处于薄弱环节［1-3］。这其中面临的最大问题就是“断链”，即无法保证全程恒温［4-6］。而断链问题之所以突出，主要在于我国冷链物流还比较分散，市场集中度较低，整个行业以“中、小、散”企业为主，一些企业往往竞争无序、价格混乱，造成在冷链运输中监控不到位、标准不落地等问题时有发生［7-10］。

因此，本文借助北斗定位系统、嵌入式技术、智能传感器检测技术、通信技术以及云计算等新兴技术，设计了基于OneNET的冷链车监控系统，对产品运输过程进行位置信息采集、无线传输、实时检测等一系列监测，同时进行图表、地图的多维度分析，以解决冷链运输中存在的信息监测严重滞后、运输过程断链等一系列问题。

1 系统总体设计方案

本系统由STM32F103ZET6、NB-IoT模块、GPRS模块、OneNET云平台、Lora模块等传感器组成，采用STM32和ATK1218-BD GPS定位模块，实现运输系统位置的准确定位，再收集各传感器上的数值上报到OneNET云平台，具有自动报警、远程数据监控、电脑端实时查询等功能。系统方案如图1所示。

2 系统硬件设计

本系统的主控制器使用32位的STM32F103ZET6单片机，其主要针对高性能、低功耗的嵌入式应用开发。STM32F103ZET6芯片内核是Cortex-M3 CPU，它在正常范围内工作能达到的最大频率为72 MHz。与此同时，芯片内部还配备512 KB的闪存存储器、64 KB的SRAM、定时器、5个USART接口和12通道的DMA控制器等资源。此外，STM32F103ZET6还提供112个快速I/O端口供开发者使用，正常工作电压2～3.6 V，其提供串行调试和JTAG接口两种调试模式方便用户进行程序修改和调试。该单片机开发板上除了嵌入的STM32F103ZET6芯片外，还添加如晶振电路、电源管理电路、实时时钟电路等常用的单片机设计电路，并将大部分I/O引脚引出供开发者使用。

2.1 无线通信模块

无线通信模块选用NB-IoT和SIM900A，NB-IoT开发板搭载中移物联网公司自主研发的M5310-A模组，内嵌有CoAP、UDP等数据传输协议及OneNET平台自带的AT指令集，采用了低功耗技术，当它以深度睡眠模式运行时，电流功耗可以下降至5 μA。SIM900A模块是一种GPRS模块，该开发板设计好了必需的电路，如串口电路、SIM卡电路、天线和电源电路，为用户减小了硬件上的开发负担，适合于本项目中的短信电话告警功能。

2.2 电源模块

考虑到传感器的工作电压普遍在12～36 V，因此，本系统采用明伟电气的220 V转12 V电源对多个传感器进行供电，使用的LRS-150是一款性能极佳的封闭性电源供应器，可以在-30 ℃到+70 ℃的温度范围内正常工作，其通过220 V交流电输入，经过内部电路转换和降压，最后以12 V直流电源的形式输出，为RS485传感器提供电源。

2.3 稳压模块

由于本系统电源模块提供的电压比较高，因此采用LM2596稳压模块进行电压调节。LM2596稳压模块具有很好的线性和负载调节特性，能够输出3 A的驱动电流，同时可以产生5 V，3.3 V等各种电压，电压误差可以保证在±4%的范围内。

2.4 制冷模块

本系统选择了带有液冷散热的制冷设备，通过该设备运输车能在路途中一直保持我们所设定的目标阈值，并且在温度过高或者过低时自动调节温度，以保证正常运输。

2.5 语音报警模块

在运输过程中当行驶的汽车发生倾斜或侧翻时，报警模块将发出语音信号提醒行驶的车辆驾驶员。

3 系统程序设计

3.1 系统主程序流程

系统开始运行，各模块进行初始化，传感器开始工作，将采集到的数据发送给单片机，单片机接收数据并对数据进行處理，比较得到的数据是否超过提前设置的阈值，如果超过则报警，如果未超过则由Lora1模块传输，Lora2模块接收成功后，通过主控芯片处理将完成后的环境参数以及GPS位置信息如温度、地址、车辆安全信息等设备状态信息上传给OneNET云平台，最后由云平台将数据上传成功的信息反馈给单片机，单片机收到确认信息后结束本次循环，开始下次采集，如果数据没有上传成功，则单片机重新发送数据至云平台，直到数据发送成功。

3.2 SIM900A发短信程序设计

SIM900A通过初始化串口建立连接，并发送指令将SIM900A模块设置成中文模式，然后设置联系人并且发送短信。因为TE字符集设置的是UCS2，而项目采用Unicode编码发送数据，因此需要使用中英文字符编码查询软件将数字或汉字编码成相应的Unicode。设置好发送参数后，通过AT指令激活发送，之后在接收方的手机端即可收到刚刚编辑好的短信。STM32在发送完中文短信之后，将发送短信任务挂起，以防止短时间内多次发送短信，如果发送过程中出现错误，同样设置错误标志位，由错误分析任务检测确认后，再恢复任务重新发送短信。

3.3 語音报警程序设计

首先，设计者需要对STM32单片机的串口5进行初始化，接着通过串口发送更改音量的数据帧并修改播报时喇叭的音量，再检测当前所需文件是否存在，如果存在，则直接发送对于数据帧播报的命令；如果不存在，则设置相应错误标志位并且挂起任务。而且由于语音模块只能播报存在于TF卡中的MP3音频文件，所以本系统采用百度云天工平台的语音合成功能合成项目所需的音频。登录百度云官网并创建项目获得App_ID，API_Key和Secret_Key 3个密钥，之后程序里就会被填入代码实现特定功能。

3.4 数据上传云平台设计

首先确保M5310-A模块与OneNET平台已经连接完成，这步检查联网标志位即可确认。接下来，设计者利用STM32获取用户定义的数据流，将数据流的内容信息通过函数转换成符合M5310-A模组规范的命令格式，通过“AT+NOTIFY”指令加上后缀参数发往OneNET云平台。如果平台响应正确，则转向发送下一条数据，否则重发当前消息。

3.5 云平台页面设计

完成数据上传后，设计者还需要在云平台上显示页面，并对控制页面进行设置。首先，设计者对页面以及设计的内容进行编辑，在网页的左侧选择基础元素里的仪表盘，将其拖拽到主页面里，点击拖拽进来的仪表盘，可以看到网页右侧出现了属性选项，在属性里选择数据流；其次，根据在云平台上订阅的资源，选择设备为远程监控系统，选择数据流为程序内设置的温度数据流，然后设置刷新频率为3 s。这是因为数据上传到云平台的过程有设备心跳，最短时间为3 s；最后，在数值设置里将表盘单位设置为摄氏度，最大值设置为50。

4 系统测试

通过前期选择的元器件和编写软件程序，并结合整体电路设计，搭建实物成品，部分容易松动的线路需要用热熔胶固定。系统实物如图2所示。各模块编码完成后，烧录到对应的开发板，然后在电脑端将STM32与OneNET云平台连接并进行功能测试，各传感器将测量到的数据上传到云平台。具体数据如图3所示。

5 结语

互联网的快速发展以及冷链物流行业相关政策的出台，加速了全国冷链物流基础设施布局，为国内冷链物流发展营造了良好的生态环境。今后冷链物流在人们生活中的作用将变得越来越重要。本文利用北斗定位系统、嵌入式技术、智能传感器检测技术、通信技术以及云计算等新兴技术，设计实现了基于OneNET的冷链车监控系统，基本解决了冷链物流行业现阶段存在的问题，具有较好的实用价值。

参考文献

［1］李媛媛，吴慧.食品冷链物流标准化建设研究［J］.中国储运，2022（4）：118-119.

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［4］杨路明，马小雅.生鲜农产品冷链物流断链成因及规避路径研究［J］.青海社会科学，2015（6）：66-70.

［5］张浩，许慎思，王朦.药品冷链物流断链问题研究［J］.物流技术，2015（15）：10-12.

［6］吴笑斐，朱长宁，唐宇晴.后疫情时代食品冷链物流断链成因及对策分析［J］.全国流通经济，2022（3）：4-7.

［7］苏子亮，孟利清.“互联网+”背景下生鲜农产品冷链物流发展现状及对策分析［J］.全国流通经济，2021（15）：22-24.

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［9］王孟博，柳青.我国生鲜产品冷链物流的发展现状及对策——以A公司为例［J］.江苏经贸职业技术学院学报，2019（3）：15-17.

［10］季益彪，邱建伟.广西荔枝冷链物流模式应用存在问题及对策［J］.现代商贸工业，2021（3）：36-37.

（编辑 王雪芬）

Design of cold chain vehicle monitoring system based on OneNET

Wu  Hongjiang

（Engineering Training Center， Shaanxi University of Technology， Hanzhong 723000， China）

Abstract： Aiming at a series of problems such as the serious lag of information monitoring of cold chain transportation and the broken chain in the transportation process， a monitoring system of cold chain vehicle based on OneNET is designed to ensure the transportation safety. The system is composed of STM32F103ZET6， NB-IoT module， GPRS module， OneNET cloud platform， Lora module and other sensors. On the cloud platform， the state during its operation can be monitored， and an alarm will be sent in case of equipment rollover and other unexpected situations， and the current position of the vehicle will be displayed on the cloud.

Key words： cold chain transportation; STM32F103ZET6; NB-IoT; sensor