冷链物品电子标签技术领域
本发明涉及冷链技术领域,尤其涉及一种冷链物品电子标签。
背景技术
冷链运输要求在运输全过程中,无论是装卸搬运、变更运输方式、更换包
装设备等环节,都使所运输货物始终保持一定温度的运输,有些甚至同时要求
在此过程中保持一定的湿度。
对于冷链运输,传统的监控方式则是采用温度记录仪来测量并记录整个的
车厢的温度,即每台运输车辆放一台或者多台温度记录仪来测量并记录运输过
程中的温度,当货物达到运输目的地后,将温度记录仪与电脑通过有线连接的
方式将数据导入计算机,再进行数据统计与分析,例如找出最大值、最小值以
及曲线趋势等。传统的温度记录仪具有如下缺陷:
1.)价格昂贵、体积庞大、使用和维护成本偏高,不适合各行各业一线工
人简单使用;
2.)无法对单个箱体进行测温,基本上是完成对运输车的监控,而不是对
运输物品本身的监控;
3.)无法真实反映被运输物品本身在整个过程中的温度情况,无法自动识
别产品信息以及需要有线连接和人工干预才能导出数据,对车内各运输物品的
温度无法实时跟踪。
另外,冷链运输行业还面临责任区分问题,冷链运输的冷藏运输和冷藏库
都按照食品达标温度控制,但从供应商那里接货的时候,经常发现供应商没有
把货物按照相应的温度来操作,遇到这个情况,冷链运输环节会把货物重新冷
冻,然后运输到各个门店,但一旦在门店出现问题,客户就把责任转嫁到冷链
运输者头上。而另一方面,对于一些责任心不强的企业,为了节省费用,在客
户装入货物的时候打开冷机,运输过程中觉的差不多了则就关掉制冷设备,快
到目的地时再打开冷机,不能做到全程开机,当货物交付时,货物虽然表面冻
的不错,实际上已经变质了。所以责任区分问题有待解决,即当产品到达接收
方出现产品质量不符合要求时,必须判断出是否是由于货物运输温度不符合要
求导致的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种冷链
物品电子标签。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种冷链物品电子标签,
包括防水防震用的保护壳、位于保护壳内的一个MCU芯片、给所述MCU芯片供
电的电源模块,其中,所述MCU芯片包括集成在同一个晶元上的:
射频电路,用于与采集终端通讯;
温度传感器电路,用于记录温度数据;
时钟电路,用于记录时间数据;
只读存储器,掉电记忆,用于存储标签数据,所述标签数据包括出厂前预
设的唯一标识该电子标签的身份码、实时记录的时间数据以及与该时间数据同
步的温度数据;
低功耗电源管理电路,连接电源模块,用于管理MCU芯片中各个电路的电
源功耗信息;
微控制电路,与射频电路、温度传感器电路、时钟电路、只读存储器、低
功耗电源管理电路连接,用于在被采集终端激活前根据所述电源功耗信息控制
各个电路进入休眠状态;在被采集终端激活时进入冷链监控状态,触发时钟电
路与采集终端同步时间,并将当前的标签数据经由采集终端发送到云端数据平
台进行初始登记,以及在进入冷链监控状态后触发时钟电路记录实时的时间数
据以及触发温度传感器电路记录实时的与时间数据同步的温度数据,并将温度
数据和时间数据存储到只读存储器中,以及通过所述射频电路实时反馈最新的
标签数据给采集终端,采集终端将标签数据绑定同步获取的位置数据后上传到
云端数据平台,所述标签数据包括身份码、时间数据、温度数据。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述标签数据还包括湿度数据,所
述MCU芯片还设置有:
湿度信号输入接口,与微控制电路连接,用于连接湿度传感器,所述微控
制电路在进入冷链监控状态后,在检测到所述湿度信号输入接口接入有湿度传
感器时触发湿度传感器工作,并将湿度传感器记录的与该时间数据同步的湿度
数据存储到只读存储器中。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述微控制电路还用于对写入只读
存储器内的温度数据和湿度数据进行加密。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述MCU芯片还设置有:
温度报警预留接口,与微控制电路连接,用于连接采集终端的报警模块;
湿度报警预留接口,与微控制电路连接,用于连接采集终端的报警模块;
所述微控制电路在被采集终端激活时获取采集终端发送的预设密码、温度
阈值、湿度阈值,并将预设密码、温度阈值、湿度阈值存储到只读存储器中;
所述采集终端用于在微控制电路进入冷链监控状态后基于所述预设密码
修改只读存储器中存储的温度阈值、湿度阈值,以及基于所述预设密码控制微
控制电路退出冷链监控状态;
所述MCU芯片还用于在实时采集的温度数据超出温度阈值时通过温度报
警预留接口输出温度报警信号给采集终端的报警模块,以及在实时采集的湿度
数据超出湿度阈值时通过湿度报警预留接口输出湿度报警信号给采集终端的
报警模块。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述只读存储器包括三个存储区域:
系统区,存储所述身份码、品类、所属单位,为一次性写入区,不可更改;
系统参数区,存储预设密码、温度阈值、湿度阈值,基于预设密码可进行
修改;
记录区,包括时间数据、温度数据、湿度数据,仅允许单次写入。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述身份码包括身份二维码和数字
编码。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,所述的通过所述射频电路实时反馈
温度数据给采集终端包括:
微控制电路被激活后根据所述电源功耗信息控制射频电路按照激活的时
序进入相应的唤醒周期,在所述唤醒周期内射频电路与采集终端进行通讯,当
采集终端轮询到该标签时,微控制电路从只读存储器中获取温度数据和时间数
据并经由射频电路上传给采集终端。
在本发明所述的冷链物品电子标签中,若采集终端轮询的某一电子标签没
有回应,则在下一个轮询周期将由其它已有回应的电子标签作为中继与该没有
回应的电子标签进行通讯,直至所有的电子标签都有回应或是确认某电子标签
有激活并已放入采集范围但却没有回应而发出警告。
当移动终端轮询完所有的电子标签后,将根据轮询顺序重排轮询序号及轮
询周期,并按新的轮询序号和轮询周期收集温度数据。
实施本发明的冷链物品电子标签,具有以下有益效果:本发明所有电路设
计在一个晶元上,做成标签形式,集成度高,外围器件少,体积小,被激活前
各个电路进入休眠状态,功耗小,成本低,生产效率极高,可批量生产,适合
对单个箱体进行测温,而且电子标签采集的数据实时反馈给采集终端,实现对
车内各运输物品的温度的实时跟踪;
进一步的,电子标签一旦被激活只能基于激活时的预设密码被人为关闭,
因此防止运输过程中被他人故意关闭而不能对物品进行实时监控;标签激活时
会同时记录跟踪物品的温度阈值、湿度阈值,并预设密码,中途要更改温度阈
值、湿度阈值须基于预设密码,以防误操作;只读存储器的温度、湿度数据在
写入时被加密,且仅允许单次写入,不可篡改,保证采集到的温度等数据的真
实性;微控制电路被激活后根据电源功耗信息控制射频电路按照激活的时序进
入相应的唤醒周期,即电子标签并不是一直工作,在被采集终端轮询到后上传
数据,所以功耗很小,可实现超强续航。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明冷链物品电子标签的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详
细说明本发明的具体实施方式。
参考图1,是本发明冷链物品电子标签的结构示意图。
冷链物品电子标签100包括:包括防水防震用的保护壳、位于保护壳内的
一个MCU芯片、给所述MCU芯片供电的电源模块,电源模块可以为纽扣电池。
其中,所述MCU芯片包括集成在同一个晶元上的:
射频电路,用于与采集终端通讯,射频电采用2.4G全球通用公用频段;
温度传感器电路,用于记录温度数据;
时钟电路,用于记录时间数据,包括日期、时、分、秒;时间数据与温度
数据配对,每隔一个固定时段(如3分钟)即可记录一组数据;
只读存储器,掉电记忆,用于存储标签数据,所述标签数据包括出厂前预
设的唯一标识该电子标签的身份码、实时记录的时间数据以及与该时间数据同
步的温度数据。
低功耗电源管理电路,连接电源模块,用于管理MCU芯片中各个电路的电
源功耗信息;
微控制电路,与射频电路、温度传感器电路、时钟电路、只读存储器、低
功耗电源管理电路连接,用于在被采集终端激活前根据所述电源功耗信息控制
各个电路进入休眠状态;在被采集终端激活时进入冷链监控状态,触发时钟电
路与采集终端同步时间,并将当前的标签数据经由采集终端发送到云端数据平
台进行初始登记,以及在进入冷链监控状态后触发时钟电路记录实时的时间数
据以及触发温度传感器电路记录实时的与时间数据同步的温度数据,并将温度
数据和时间数据存储到只读存储器中,以及通过所述射频电路实时反馈最新的
标签数据给采集终端,采集终端将标签数据绑定同步获取的位置数据后上传到
云端数据平台,所述标签数据包括身份码、时间数据、温度数据。
其中,因为标签的监控之下,定位数据应该是相同的,所以出于成本的考
虑,不必在标签中设计GPS定位功能,利用采集终端为各个标签绑定位置数据
上传给云端数据平台,如此货物的物理位置也可以进行实时监控。
其中,射频电路、低功耗电源管理电路、温度传感器电路、只读存储器、
微控制电路都可以通过先选用已有的具有这些功能的芯片试运行,然后将这些
芯片的晶元电路整合到同一个晶元上即可。
由于所有电路设计在一个晶元上,做成标签形式,集成度高,功耗小,外
围器件少,体积小,成本低,生产效率极高,可批量生产,适合对单个箱体进
行测温,而且电子标签采集的数据实时反馈给采集终端,实现对车内各运输物
品的温度的实时跟踪。
为了兼顾成本,湿度传感器设计成外挂,这样一些不需要湿度监控的标签
就可以省去湿度传感器以降低成本。因此优选的,所述MCU芯片还设置有:湿
度信号输入接口,与微控制电路连接,相应的,所述标签数据还包括湿度数据。
湿度信号输入接口用于连接湿度传感器,所述微控制电路在进入冷链监控
状态后,在检测到所述湿度信号输入接口接入有湿度传感器时触发湿度传感器
工作,并将湿度传感器记录的与该时间数据同步的湿度数据存储到只读存储器
中。
优选的,所述微控制电路还用于对写入只读存储器内的温度数据和湿度数
据进行加密。
进一步优选的,所述MCU芯片还设置有:
两个温度报警预留接口,与微控制电路连接,用于连接采集终端的报警模
块;
两个湿度报警预留接口,与微控制电路连接,用于连接采集终端的报警模
块;
所述微控制电路在被采集终端激活时获取采集终端发送的预设密码、温度
阈值、湿度阈值,并将预设密码、温度阈值、湿度阈值存储到只读存储器中;
所述采集终端用于在微控制电路进入冷链监控状态后基于所述预设密码
修改只读存储器中存储的温度阈值、湿度阈值,以及基于所述预设密码控制微
控制电路退出冷链监控状态;因此,电子标签一旦被激活,只能基于激活时的
预设密码被人为关闭,因此防止运输过程中被他人故意关闭而不能对物品进行
实时监控。
所述MCU芯片还用于在实时采集的温度数据超出温度阈值时通过温度报
警预留接口输出温度报警信号给采集终端的报警模块,以及在实时采集的湿度
数据超出湿度阈值时通过湿度报警预留接口输出湿度报警信号给采集终端的
报警模块。
温度阈值、湿度阈值均包括高阈值和低阈值;具体的,两个温度报警预留
接口中,一个在温度数据超出温度阈值的高阈值时输出高温报警信号,一个在
温度数据超出温度阈值的低阈值的下限时输出低温报警信号;两个湿度报警预
留接口中,一个在湿度数据超出湿度阈值的高阈值时输出过湿报警信号,一个
在湿度数据超湿度阈值的低阈值时输出脱水报警信号。
优选的,所述MCU芯片还设置有:低电报警预留接口,所述MCU芯片还用
于在电子标签的电源电量过低时通过低电报警预留接口输出低电报警信号给
采集终端的报警模块。
其中,所述只读存储器包括三个存储区域:
系统区,存储所述身份号、品类、所属单位,为一次性写入区,不可更改;
系统参数区,存储预设密码、温度阈值、湿度阈值,基于预设密码可进行
修改;
记录区,包括时间数据、温度数据、湿度数据,仅允许单次写入,记录到
的温度数度数据不可篡改,保证采集到的温度等数据的真实性。
其中,所述的通过所述射频电路实时反馈温度数据给采集终端包括:
微控制电路被激活后根据所述电源功耗信息控制射频电路按照激活的时
序进入相应的唤醒周期,在所述唤醒周期内射频电路与采集终端进行通讯,当
采集终端轮询到该标签时,微控制电路从只读存储器中获取时间数据以及温度
数据/和湿度数据并经由射频电路上传给采集终端。
可见,本发明的电子标签并不是一直工作,微控制电路被激活后根据电源
功耗信息控制射频电路按照激活的时序进入相应的唤醒周期,在被采集终端
轮询到后才上传数据,所以功耗很小,可实现超强续航。
考虑到有些物品所在位置信号可能不好,无法与采集终端之间进行正常的
通信,为了充分适应运输中的各种环境,以确保车载移动终端可以可靠采集到
整车标签的数据,增加了系统的可靠性。优选的,标签可以自动工作在中继模
式:若采集终端轮询的某一电子标签没有回应,则在下一个轮询周期将其它已
有回应的电子标签作为中继与该没有回应的电子标签进行通讯。
例如轮询过程中,标签A信号中断没有回应,标签B信号正常,则可以将
标签B作为中继与标签A通信,所以这样就有机会让末回应的标签A得到信号,
如果还是不行,将再换另一个已有回应的标签C代为转发,如此类推,直至最
后收到标签A的回应。
优选的,当移动终端轮询完所有的电子标签后,将依上一次相应的轮询顺
序重排最优的轮询序号及轮询周期,并按新的轮询序号和轮询周期收集温度数
据,这样标签将以最低功耗完成轮询。
综上所述,实施本发明的冷链物品电子标签,具有以下有益效果:本发明
所有电路设计在一个晶元上,做成标签形式,集成度高,功耗小,外围器件少,
体积小,成本低,生产效率极高,可批量生产,适合对单个箱体进行测温,而
且电子标签采集的数据实时反馈给采集终端,实现对车内各运输物品的温度的
实时跟踪;进一步的,电子标签一旦被激活只能基于激活时的预设密码被人为
关闭,因此防止运输过程中被他人故意关闭而不能对物品进行实时监控;标签
激活时会同时记录跟踪物品的温度阈值、湿度阈值,并预设密码,中途要更改
温度阈值、湿度阈值须基于预设密码,以防误操作;只读存储器的温度、湿度
数据在写入时被加密,且仅允许单次写入,不可篡改,保证采集到的温度等数
据的真实性;微控制电路被激活后根据电源功耗信息控制射频电路按照激活的
时序进入相应的唤醒周期,即电子标签并不是一直工作,在被采集终端轮询到
后上传数据,所以功耗很小,可实现超强续航。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述
的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本
领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保
护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。