冷链产品流通过程参数记录系统及方法与流程

本发明属于物联网技术领域，具体为冷链产品流通过程参数记录系统及方法。

背景技术：

近年政府非常重视国内冷链物流市场的发展，相继颁布多个文件从支持冷链物流基础设施建设、规划冷链物流操作流程、支持生鲜电商的快速发展等多个方面鼓励冷链物流市场健康发展。同时随着居民收入水平提高，对食材的新鲜程度要求越来越高，以河马生鲜、每日优鲜、永辉超市的超级物种等为代表的o2o生鲜门店走红，推动了国内生鲜电商市场的快速成长。根据预测，预计未来2年国内生鲜电商市场或以50％以上的增速上涨。

现有的冷链物流技术，其运输过程所记录的参数大多是无线传输给监控系统，或是只存储在本地而没有跟监控系统进行传输，无法保证在冷链运输的全过程中进行无死角的参数记录，难以保障冷链食品、物品的安全运输；而采用无线通信方式将参数传输给监控系统的技术还存在成本高昂的问题。

为了满足市场的需求，急需冷链产品流通过程参数记录的技术方案在冷链运输过程中起到监控作用，保障冷链食品、物品的安全运输。

技术实现要素：

为了解决现有冷链运输中技术的不足，本发明提出冷链产品流通过程参数记录系统，在冷链运输的过程中，采用低功耗低成本的方式进行温度、光照、重力加速度、设备标签等数据的采集和记录，并进行智能判断，还原包装箱运输全过程的运动状态、温湿度变化以及箱体包装状态，从而保证运输过程中各类监控数据的完整性和可靠性，保障冷链的安全运输。

本发明还提出冷链产品流通过程参数记录方法。

本发明记录系统采用如下技术方案来实现：冷链产品流通过程参数记录系统，包括依次连接的参数记录仪、终端设备app软件和冷链管理平台；参数记录仪内设有传感器模块、通讯模块、微控制器和存储器，微控制器分别与传感器模块、通讯模块及存储器连接；终端设备app软件通过通讯模块把包装箱信息写入参数记录仪，并读取参数记录仪保存的冷链流通过程的所有参数信息；

冷链管理平台包括通信协议处理模块，以及分别与通信协议处理模块连接的层间app数据传输处理模块、层间传感器数据传输处理模块、北向通信接口、南向通信接口；南向通信接口和北向通信接口分别实现与南向数据结构、北向数据结构之间的通信，根据该层数据所处的位置选择接口使用相同或不同的底层通信协议，将处理后的传感数据发送给通信协议处理模块；通信协议处理模块完成传感数据的发送、接收、流量控制、路由控制、高层协议数据分离、安全控制的功能，将处理后的传感数据转发给层间传感器数据传输处理模块和层间app数据传输处理模块，并且把层间传感器数据传输处理模块和层间app数据传输处理模块处理后的数据分别转发给南向通信接口和北向通信接口；

传感器模块中的各类传感数据通过南向通信接口传输至通信协议处理模块，并经层间传感器数据传输处理模块把传感数据在参数记录仪进行本地存储，当终端设备app软件需要调用时，传感数据通过调用通信协议处理模块和层间app数据传输处理模块进行处理，并经北向通信接口通过通讯模块传输到终端设备app软件。

本发明记录方法基于上述冷链产品流通过程参数记录系统，包括步骤：

s1、物品打包，启动参数记录仪，终端设备app软件关联包装箱；

s2、将参数记录仪的数据并上传到冷链管理平台；

s3、终端设备app软件扫描参数记录仪的标签，上传到冷链管理平台，并记录冷链运输开始时间；

s4、在冷链运输过程中，参数记录仪采集数据及进行本地存储；

s5、终端设备app软件扫描参数记录仪的标签，并记录冷链运输结束时间；

s6、将参数记录仪的数据上传到冷链管理平台，关闭参数记录仪。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果包括：

1、能够在冷链运输全程进行无死角的记录。全程是指从产品包装下线，一直到产品销售或最终由用户拆箱，在仓储、分拣、运输、分销等全过程中，都保持记录；无死角是指无论在被屏蔽(如冷链车内)、无电源、无网络等环境下，也都能保持记录。此外，本发明所记录的参数既能在本地存储，又能与监控系统进行交互，具有灵活性大、安装位置不受限制、低成本、低能耗、可重复使用等优点。

2、本发明降低了冷链监控的运行成本。本发明不需要采用数据实时上传模块，只需要很小的运算能力，参数记录仪可集成温度传感器、光照传感器、重力加速度传感器、蓝牙模块，不需要分开部署，大大节省了冷链监控的运行成本。

3、本发明保证了数据的完整性。参数记录仪将数据存储在本地，不存在丢包情况，也不存在数据在传输过程中出现异常情况，记录时间段清晰，能准确记录数据的完整性。

4、本发明保证了数据的可靠性和安全性。冷链产品流通过程的记录结果采用哈希加密方式进行核对。

5、本发明具有低能耗可重复使用的特点。参数记录仪采用低功耗rtc，以定时唤醒机制来保证电池的耐用性和低功耗，而且参数记录仪每次使用完毕可以再次重复进行使用。

6、本发明具有高度的灵活性和适应性，具体表现在两个方面：a.结构可以部署可变的传感器数据采集需求，可以根据需要改变集成模块；b.本发明结构本身可以适应不同方式的冷链监控系统，接入异构的数据资源，能够广泛适应不同领域的数据采集需求。

附图说明

图1为本发明冷链产品流通过程参数记录系统的结构层次关系示意图；

图2为冷链管理平台的结构示意图；

图3为参数记录仪的结构框图；

图4为本发明冷链产品流通过程参数记录方法的一种实施流程；

图5为无线收发示意图；

图6为设有参数记录仪的包装箱结构示意图；

其中：1-层间冷链数据交换；2-冷链管理平台；3-终端设备app软件；4-参数记录仪；5-传感器模块；6-层间app数据传输处理模块；7-层间传感器数据传输处理模块；8-北向通信接口；9-南向通信接口；10-通信协议处理模块；11-内部数据通路；12-物品打包启动参数记录仪；13-参数记录仪的数据上传到冷链管理平台；14-app扫描设备标签并记录运输开始时间；15-运输过程采集数据及进行本地存储；16-app扫描设备标签并记录运输结束时间；17-关闭参数记录仪；18-各类传感器；19-前置放大电路；20-低通滤波电路；21-mcu；23-通讯模块；24-手机移动终端；25-蓝牙模块；26-参数记录仪控制开关；27-箱子拆开控制节点；28-包装箱；29-刹车线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明创造作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明冷链产品流通过程参数记录系统包括依次连接的参数记录仪、终端设备app软件和冷链管理平台，参数记录仪内设有传感器模块。其中终端设备app软件通过蓝牙方式与参数记录仪进行通信，把包装箱标识、产品类型、批号、装箱日期等写入参数记录仪，也可以读取参数记录仪保存的冷链流通过程的所有参数信息；冷链管理平台是一个云平台，保存需要管理的所有数据，以及提供各种api接口供终端设备app软件以及其他客户端软件调用。

冷链管理平台属于云平台，提供数据存储功能、南向通信接口和北向通信接口。平台对系统中所有的冷链产品流通过程参数记录仪的基本信息进行管理，包括参数记录仪的设备id、设备状态、启动和停用时间等，并记录每次投入使用后所记录的冷链产品流通过程参数，包括包装箱标识、产品类型、批号、装箱日期时间、温度、光照、重力加速度、电池可用容量等实时数据；此外，冷链管理平台还提供登录、权限、区域、客户等各种基础信息的管理。冷链管理平台提供的南向通信接口供手机移动终端上的app软件进行调用，用于接收app软件发送的各种参数；平台的北向通信接口主要提供流通过程参数的各种查询、统计、告警等功能，供冷链系统建设方或第三方调用。

如图2所示，冷链管理平台包括层间app数据传输处理模块6、层间传感器数据传输处理模块7、北向通信接口8、南向通信接口9、通信协议处理模块10以及内部数据通路11，通信协议处理模块10通过内部数据通路11分别与层间app数据传输处理模块6、层间传感器数据传输处理模块7、北向通信接口8、南向通信接口9连接。

南向通信接口9和北向通信接口8都属于通信接口模块的组成部分。南向通信接口9和北向通信接口8分别实现与南向数据结构、北向数据结构之间的通信，根据该层数据所处的位置选择接口使用相同或不同的底层通信协议，将处理后的传感数据通过内部数据通路11发送给通信协议处理模块10。而通信协议处理模块10完成传感数据的发送、接收、流量控制、路由控制、高层协议数据分离、安全控制的功能，将处理后的传感数据转发给层间传感器数据传输处理模块7和层间app数据传输处理模块6，并且把层间传感器数据传输处理模块7和层间app数据传输处理模块6处理后的数据分别转发给南向通信接口9和北向通信接口8。也就是说，传感器模块5中的各类传感数据通过南向通信接口9传输至通信协议处理模块，并经层间传感器数据传输处理模块7把传感数据在参数记录仪4进行本地存储，当终端设备app软件3需要调用时，传感数据通过内部数据通路11调用通信协议处理模块10和层间app数据传输处理模块6进行处理，并经北向通信接口8通过蓝牙模块传输到终端设备app软件3。

参数记录仪为放置在包装箱中的数据采集设备，并采用低功耗rtc，以定时唤醒机制及电源开关功能来保证电池的耐用性和低功耗。从产品下线包装完成、搬运，到最后拆箱，该设备都可以全程记录包装箱内的温湿度变化和包装箱的运动状态，保证所有具有恒温要求的产品在存储、运输、销售过程中被监控。

传感器模块包括温湿度传感器、重力加速度传感器、光照传感器等，而参数记录仪可将传感器模块集成于内部，另外还包括前置放大电路19、低通滤波电路20、通讯模块23(本实施例采用cc2540蓝牙模块)、微控制器(mcu)21、存储器和电池，如图3所示。其中温湿度传感器用于感知包装箱内的温度和湿度；重力加速度传感器用于感知运输过程中的搬运、撞击等运动状态；光照传感器用于判断设备是否装箱、以及箱子是否被打开；每个传感器分别与前置放大电路连接，低通滤波电路分别与前置放大电路、微控制器连接，通讯模块分别与微控制器、终端设备连接。通讯模块用于与终端设备(如手机移动终端24)之间进行数据传输；存储器用于记录采集的信息。各类传感器收集的传感数据，通过前置放大电路进行放大，然后通过低通滤波电路滤波后，传输到微控制器mcu进行处理，处理后的输出结果通过通讯模块23发送到手机移动终端24。

参数记录仪，具备以下特点：

a)该设备从放入包装箱内开始工作，一旦拆箱，就停止记录；

b)该设备低成本、低功耗、可回收；可以被重复使用；

c)该设备带有标签，方便记录的启动、停止和数据的读取；

d)该设备有存储的功能，可以全程记录信息；

e)该设备存储的信息，最终可通过蓝牙模块读取并上传到管理机构，如冷链管理平台；

f)该设备提供数据安全保障机制，防止运输过程中数据被篡改。

参数记录仪既可以单独作为一个设备被重复使用，也可以组装在可回收包装箱内，作为一个整体来被重复使用。

终端设备(如手机移动终端)app软件的功能模块包括：基础数据维护、登录管理、设备发现、信息采集、数据上传等。基础数据维护包括用户信息维护、权限控制维护；登录管理用于验证登录用户名和密码、以及操作权限。设备发现主要用于实现终端设备与参数记录仪之间的蓝牙通道的建立。信息采集包括获取参数记录仪传送的包装箱标识、产品类型、批号、装箱日期时间以及各种传感器的实时数据。数据上传功能实现手机移动终端与冷链管理平台之间的通信，调用冷链管理平台提供的南向通信接口，把采集到的各种信息发送给冷链管理平台。

如图4所示，描述了冷链产品流通过程参数记录方法的一种实施例，其过程主要包括步骤：

s1、物品打包，启动参数记录仪，终端设备app软件关联包装箱(见图4的12)；

参数记录仪本身的状态是可以管理的。开始是“空闲状态”，封包后，开始启动操作，然后记录实时信息，拆封时停止记录，通过蓝牙模块连接，正确读取记录数据以后，参数记录仪的状态恢复为“空闲”。

而包装箱有唯一标识，可以是rfid、二维码、条形码，也可能是流水线数据，物品打包时放入参数记录仪，启动参数记录仪按钮，并进行电气连接扣等卡扣设置，预防被意外关闭。

s2、将参数记录仪的数据并上传到冷链管理平台(见图4的13)；

参数记录仪本身有设备id，当设备(即参数记录仪)与手机端app通信时，参数记录仪的设备id可以被手机端app读取。封箱前，在参数记录仪启动操作时，工作步骤是：

a)app读取记录仪id，并把包装箱标识、产品类型、批号、装箱日期等信息写入记录仪；可以采用手机app把装箱信息写入记录仪，也可以采用流水线设备写入记录仪；

b)app把记录仪id、包装箱标识、产品类型、批号、装箱日期时间等信息上传给冷链管理平台；

c)冷链管理平台进行哈希(hash)运算形成哈希码，并保存加密后的哈希码以及记录仪的id(不保留步骤b中的其他信息)。

s3、终端设备app软件扫描参数记录仪的标签，上传到冷链管理平台，并记录冷链运输开始时间(见图4的14)；

s4、在冷链运输过程中，参数记录仪采集数据及进行本地存储(见图4的15)；

冷链运输过程中周期性地采集和记录实时的温度、光照、重力加速度、电池可用容量等数据，并存储在本地，即参数记录仪的存储器上。

s5、终端设备app软件扫描参数记录仪的标签，并记录冷链运输结束时间(见图4的16)；

经过冷链运输和仓储过程后，产品在分销商或最终由用户拆封时，参数记录仪暴露，结合光照数据或其他手段(例如电气连接扣打开)，判断拆封，参数记录停止记录数据。

s6、将参数记录仪的数据上传到冷链管理平台，关闭参数记录仪(见图4的17)。

拆箱后，使用终端设备app软件读取全部记录数据，使用校验码核定无误后，传输至冷链管理平台。冷链管理平台存储收到的所有数据，并读取步骤s2中b)所上传的初始信息，并用其重新生成哈希码，与原存放的哈希码对比，以判断此参数记录仪在整个冷链运输过程中是否有数据被篡改或重新启动的情况。

在上述记录过程中，步骤s4、s5都要跟冷链管理平台进行数据交互，达到数据同步和哈希验证的目的；在步骤s4中，传感器模块采集的数据直接存储到参数记录仪的存储器中，等待蓝牙模块的调用和上传到冷链管理平台。而参数记录仪启动和关闭一次，表示参数记录仪的一次使用过程，每次完成后又可以重复进行使用。

如图5所示，数据由传感器模块5传输到mcu进行处理，mcu处理后的输出结果通过蓝牙模块25传输到对端蓝牙模块，并在手机移动终端24显示。

手机移动终端和参数记录仪的通信过程为：参数记录仪发出广告信号(包括设备地址和设备名称之类的附加信息)；手机移动终端收到此广告信号后，向参数记录仪发出扫描请求；当参数记录仪回应扫描时，就完成了参数记录仪设备的发现过程。

如图6所示，包装箱28里面安装了参数记录仪4，通过物理连线(本实施例为刹车线29)将参数记录仪控制开关26和箱子拆开控制节点27相连；一旦需要打开包装箱28，就会对箱子拆开控制节点27进行移动，箱子拆开控制节点一旦移动就会触发参数记录仪控制开关26，从而开启或关闭参数记录仪4。

其中，参数记录仪控制开关26的触发原理是：外力拉扯会让开关状态进入关闭电源卡位状态，这样就触发了关闭电源的动作，需要人为复位后才能进行重复使用。参数记录仪控制开关26进入关闭电源卡位状态，实际上是进行了记录仪电路板上的gpio口的连线动作，输入了控制电源信号状态来达到关闭设备电源、停止采集数据的目的。

箱子拆开控制节点27采用搭扣的方式，在搭扣的底部进行连线和触发，打开搭扣或破坏搭扣都会拉扯触发连线的动作。物理连线采用刹车线29进行连接，用于拉扯记录仪控制开关26。

如上所述，便可较好地实现本发明。