国家农产品保鲜工程技术研究中心[天津]

张平 王世军

 

　　基于物联网的鲜食葡萄等农产品智能化运输保鲜技术，正在其运输保鲜中的监控、管理和预测方面发挥出愈来愈重要的作用，现已引起包括我国在内的世界多国关注， 目前在农产品物流保鲜领域的研发与应用日趋活跃，将在引领我国鲜食葡萄等农产品物流保鲜的现代化进程方面发挥极其重要的作用。下面就鲜食葡萄等农产品智能化运输保鲜技术做一些基本介绍。

 

　　1 智能化运输技术涉及的内容

 

　　鲜食葡萄等农产品智能化运输技术涉及：了解冷藏运输保鲜车的实时位置信息及其导航和调度、采集冷藏运输保鲜车的环境信息及其调控、记录冷藏运输车的货物装卸信息及其统计、冷藏运输保鲜车门的状态信息及其监控、冷藏运输保鲜车应急状态的求助和报警、冷藏运输车内货物物流过程中品质检测与跟踪以及货架寿命的预测。

 

　　2 智能化运输保鲜技术的测控基本原理

 

　　（1）车辆实时位置的定位及导航

 

　　车辆实时位置的定位由全球定位系统GPS系统完成，它是利用无线电传输特性来动态定位的。GPS 系统包括以下三大部分：GPS卫星（空间部分）、地面支撑系统（地面监控部分）和GPS接收机（用户部分）。GPS坐标有二维、三维两种方式，当GPS收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的三维坐标：经度、纬度、高度（海拔）；若只能接收到3颗卫星的信号，它只能计算出二维坐标：经度和纬度。系统中所有卫星构成GPS 系统的空间部分，用L波段的两个无线载波（19cm和24cm）向广大用户连续不断地发送导航定位信号；卫星由地面站（地面监控部分）检测和控制，它监测卫星健康状况和空中定位精度，定时向卫星发送控制指令、轨道参数和时间改正数据；用户装有GPS接收机， 用来接收卫星发来的信息。GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成。

 

　　（2）车辆内的环境信息采集

 

　　车辆内的环境信息采集利用的是传感技术。车辆内的环境信息采集包括：温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度和乙烯浓度等。一般采用多点传感器检测技术，由子节点控制器完成，子节点控制器由供电系统、微处理器、各种传感器和无线模块部分构成。根据需要可采用数字温度传感器、模拟湿度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、乙烯传感器的一部分或全部。最常选用的是温湿度传感器，气体传感器很少选用。子节点控制器的无线模块通过无线传感网络与主控器连接进行温度和湿度数据传输， 无线传感网主节点定时发送点名命令，无线传感网子节点在被点名后将采集到的温湿度数据上传给车载嵌入式终端（主控制器），进行中，系统每隔一定的时间通过无线传感网络采集冷藏保鲜运输车中的温度和湿度信息。

 

　　（3）车辆内的货物信息采集

 

　　车辆内的货物信息采集采用射频识别技术（RFID），这是一项自动识别技术。无线射频识别技术利用射频信号和空间耦合（电感耦合和电磁耦合）传输特性，非接触地实现对物体的自动识别。相对于传统的IC卡、条码，RFID技术不需要人工干预、不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作。电感耦合就是相当于用变压器线圈进行读卡器和标签之间的耦合，因为是变压器线圈所以一般工作频率不高，距离比较短，一般不超过一米。而电磁场耦合就是用天线在微波频率进行能量耦合，工作距离比较远，一般有几十米到几百米的距离。RFID系统因应用不同其组成也有所不同，但基本都由电子标签、阅读器和数据交换与管理系统三大部分组成。

 

　　电子标签：由耦合元件及芯片组成，包括带加密逻辑、串行点可擦除及可编程式只读存储器、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作所需能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。读写器：有时也被称为查询器、阅读器或读出装置，主要由无线接收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密， 将电子标签返回的数据解密后发送到主机。数据交换与管理系统：主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。

 

　　测控装置使用Mifare射频卡存储了果蔬货号、目的地等果蔬信息，使用ZLG500B14读写器读取这些信息。

 

　　（4）车门的状态信息及其监控

 

　　冷藏运输车采用无线传感开关门全程实现监控，可提供开关门时间、次数、地点。也可通过电子门锁和摄像机监视、记录车门的开启时间、次数、地点。

 

　　（5）车辆的应急状态的求助和报警

 

　　车辆的应急状态的求助和报警是通过GSM来完成的，GSM数字蜂窝通讯网络具有短消息业务，它是通过该网的控制信道传输用户分组数据的一种增值业务，特别适合信息量不大的突发数据。点对点短信服务使得短信能在移动台和短信息服务中心之间传递。服务中心是通过特定的移动交换中心同GSM网络联系的。GSM系统可分为下述分系统：交换分系统、基站分系统、移动台和操作与维护分系统。实际上，它包含了从固定用户到移动用户（或相反）所经过的全部设备。车辆设置GSM模块主要目的是由该模块提供控制，在车辆环境内的温湿度等超出设定限值达到危险程度后发短信报警。

 

　　3 智能化运输保鲜技术实施方法

 

　　通过葡萄等农产品运输中动态温度、湿度、气体成分等关键技术指标的实时监测控制和GPS同步远程无线传输、短信报警、数据记录、储存分析等，建立在途葡萄等农产品品质状态评价数学模型和剩余保鲜期近期销售、中转流通、延期销售、货架期预测等作出准确判断。

 

　　通过对原运输过程中的品质质量指标信息分析以及品质指标如硬度、固形物含量、酸度及微生物指标的测定，再结合未来流通的要求，准确制定出中转贮藏、短期贮藏的技术方案和技术条件。

 

　　建立葡萄等农产品中转的相关技术规程，提出这些农产品的流通中转过程经营管理模式，建立这些农产品流通质量安全信息集中管理平台，建立完备的葡萄等农产品流通过程品质与质量安全信息数据系统。