文亦驍 萬(wàn)勇

四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川成都

1 物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延伸。它利用傳感器與智能設(shè)備對(duì)物體信息進(jìn)行感知，并通過(guò)專用傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，從而達(dá)到對(duì)物理世界的精確感知與科學(xué)管理，最終實(shí)現(xiàn)信息采集的自動(dòng)化，對(duì)目標(biāo)的智能化識(shí)別、定位、追蹤以及監(jiān)控管理等。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)主要由冷藏庫(kù)PLC控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端以及手機(jī)APP三個(gè)層次構(gòu)建而成。基于物聯(lián)網(wǎng)的冷藏庫(kù)遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)傳感器、無(wú)線通訊、信息融合與處理等關(guān)鍵技術(shù)，采集冷藏庫(kù)溫濕度參數(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)控制終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。

感知層是冷藏庫(kù)物聯(lián)網(wǎng)的底層，也是基礎(chǔ)層。主要用來(lái)獲取冷藏庫(kù)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。感知層是由傳感器節(jié)點(diǎn)單元組成，它通過(guò)傳感器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳送到云服務(wù)器。感知層主要采集環(huán)境溫度、濕度等重要環(huán)境參數(shù)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短、精度較高。感知層由單片機(jī)、溫濕度傳感器、通信模塊以及其他控制模塊構(gòu)成。該系統(tǒng)采用modbus-rtu通信端口協(xié)議與支持modbus-rtu協(xié)議的RS485接口傳感器搭建了物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)層也叫傳輸層，處于該系統(tǒng)的中間層。網(wǎng)絡(luò)層是以ZigBee、RFID、4G、LoRa、NB-IoT無(wú)線通信技術(shù)為核心。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)傳送感知層采集的溫濕度數(shù)據(jù)到云端，再由應(yīng)用層進(jìn)行處理，同時(shí)又將應(yīng)用層發(fā)出的命令信息送達(dá)PLC控制系統(tǒng)，進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)。此外，數(shù)據(jù)還可通過(guò)傳輸層送至政府監(jiān)管部門，方便隨時(shí)調(diào)用。

應(yīng)用層位于該系統(tǒng)頂層，是對(duì)事件決策起重要作用的系統(tǒng)“神經(jīng)中樞”，負(fù)責(zé)冷藏庫(kù)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警，感知層采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)應(yīng)用層傳遞給管理者，便于實(shí)時(shí)查看，實(shí)現(xiàn)了冷藏庫(kù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。應(yīng)用層主要是由服務(wù)器、軟件客戶端（PC監(jiān)控軟件以及手機(jī)端APP）組成。管理者還可以通過(guò)手機(jī)或電腦遠(yuǎn)程控制PLC的I/O端口，以控制壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及加濕器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)冷藏庫(kù)遠(yuǎn)程監(jiān)管。

2 物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.1 科學(xué)管理功能

冷藏庫(kù)科學(xué)管理，即根據(jù)貯藏農(nóng)產(chǎn)品品種、數(shù)量、貯藏天數(shù)以及用戶需求出發(fā)進(jìn)行冷藏庫(kù)運(yùn)行管理。而目前冷藏庫(kù)管理依靠的是人工模式，所有參數(shù)設(shè)定都是根據(jù)管理者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，貯藏品質(zhì)參差不齊，難以滿足現(xiàn)代社會(huì)需求。

基于物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)由感知層采集數(shù)據(jù)，傳輸層傳送數(shù)據(jù)再由應(yīng)用層進(jìn)行管控。農(nóng)產(chǎn)品從入庫(kù)到最后出庫(kù)，全過(guò)程都處于監(jiān)控貯藏狀態(tài)。不僅記錄傳感器采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)還要對(duì)冷藏庫(kù)中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。最后，管理者根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制，進(jìn)而完成冷藏庫(kù)科學(xué)管理。管理者不再依靠自身水平進(jìn)行管理，而是依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理。

2.2 智能監(jiān)控功能

物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)庫(kù)內(nèi)環(huán)境情況以及設(shè)備運(yùn)行情況。同時(shí)，還能夠?qū)A藏農(nóng)產(chǎn)品品種、數(shù)量等詳細(xì)信息進(jìn)行監(jiān)控、記錄。管理者可以在PC端或是移動(dòng)終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷藏庫(kù)溫濕度以及制冷設(shè)備運(yùn)行情況。

管理者可以在一個(gè)用戶界面對(duì)多個(gè)冷藏庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保冷藏庫(kù)運(yùn)行穩(wěn)定，縮短事故發(fā)生時(shí)的反應(yīng)時(shí)間。同時(shí)，可以對(duì)最近一年內(nèi)冷藏庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，包括環(huán)境、運(yùn)行情況、貯藏狀況等數(shù)據(jù)，供管理者或者政府監(jiān)管部門進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、監(jiān)管。

2.3 報(bào)警、預(yù)警、設(shè)備控制功能

冷藏庫(kù)特別是農(nóng)產(chǎn)品冷藏庫(kù)，其貯藏物對(duì)溫度范圍有極高的要求。當(dāng)溫度波動(dòng)過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)貯藏品質(zhì)造成極大的影響。傳統(tǒng)的冷藏庫(kù)只有當(dāng)管理人員發(fā)現(xiàn)溫度出現(xiàn)波動(dòng)才能采取補(bǔ)救措施，這樣往往已經(jīng)造成損失?；谖锫?lián)網(wǎng)的冷藏庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)溫度高于事先設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向管理者發(fā)送報(bào)警短信或在APP里發(fā)出報(bào)警通知，同時(shí)，在客戶端的監(jiān)測(cè)畫面上對(duì)管理者發(fā)出警報(bào)。緊接著，系統(tǒng)會(huì)向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送設(shè)備控制信號(hào)，調(diào)整制冷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。還可以根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)結(jié)合庫(kù)內(nèi)貯藏環(huán)境，對(duì)可能存在的影響因子進(jìn)行預(yù)警，提前通知管理者，并進(jìn)行自診斷。

3 物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代冷藏庫(kù)的應(yīng)用，使得冷藏庫(kù)貯藏品質(zhì)在智能化的促進(jìn)下大大提升，貯藏產(chǎn)品貯藏?fù)p失問(wèn)題也得到了很好的解決，可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的貯藏時(shí)間，節(jié)約人力物力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)管理，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著5G通信技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)將朝著認(rèn)知型、經(jīng)驗(yàn)型以及自適應(yīng)性發(fā)展。

3.1 模糊控制系統(tǒng)

冷藏庫(kù)環(huán)境影響因素較多，建立精確數(shù)學(xué)模型較困難，模糊控制可以在不建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，參考管理者運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制?；赟TM32的模糊控制冷庫(kù)智能控制系統(tǒng)是1種庫(kù)內(nèi)環(huán)境綜合控制器，在自動(dòng)監(jiān)測(cè)冷庫(kù)內(nèi)環(huán)境的同時(shí)，計(jì)算分析溫度、濕度、氣體成分間的相互影響度，最后，再結(jié)合被貯藏農(nóng)產(chǎn)品實(shí)時(shí)品質(zhì)在模糊控制系統(tǒng)控制下綜合多因子考慮，及時(shí)調(diào)整環(huán)境控制策略，完全擺脫了人工監(jiān)測(cè)、控制的模式，克服了傳統(tǒng)冷庫(kù)控制方式中環(huán)境設(shè)定不準(zhǔn)確、調(diào)整不及時(shí)的弊端，大大提高了冷庫(kù)控制系統(tǒng)的智能程度，從根本上改善了冷庫(kù)的控制模式。系統(tǒng)不僅組態(tài)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、操作方便，而且提高了被控參數(shù)的精度，保證了貯藏產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.2 數(shù)據(jù)融合與智能決策

農(nóng)產(chǎn)品在貯藏過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列生物特性變化，例如，水分變化、重量變化、氣體成分變化等。在這些過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品貯藏是非常重要的。通過(guò)檢測(cè)其數(shù)據(jù)變化量，可以改變后期的冷藏方案。大量多類型傳感器的布置是收集數(shù)據(jù)的必要條件。傳感器采集到的數(shù)據(jù)再通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行匯集處理、融合，以圖表的形式呈現(xiàn)給管理者，能夠讓管理者對(duì)于冷藏庫(kù)貯藏的農(nóng)產(chǎn)品情況一目了然。

智能決策是根據(jù)前期建立的系統(tǒng)模型庫(kù)、方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、接口以及推理機(jī)，采取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)或灰色系統(tǒng)理論，以冷藏庫(kù)環(huán)境要求采用合適的智能方法。管理者利用智能決策模型可以得到關(guān)于冷藏庫(kù)的貯藏信息，進(jìn)行環(huán)境因子分析以及對(duì)冷藏庫(kù)溫濕度等方面的專家智能決策，獲得對(duì)貯藏過(guò)程更為精細(xì)化的管理方案。

3.3 智能出入庫(kù)管理

在冷藏庫(kù)貯藏管理方面，還沒(méi)有1款自動(dòng)貨架能夠適用于小型農(nóng)產(chǎn)品冷藏庫(kù)。人工搬運(yùn)仍是此類小型冷藏庫(kù)進(jìn)出庫(kù)的主要方式。以后，專用的出入庫(kù)裝置能夠自動(dòng)完成入庫(kù)、出庫(kù)，管理者只需在庫(kù)外操作即可。出入庫(kù)勞動(dòng)強(qiáng)度可大幅減少，且對(duì)冷藏庫(kù)高效運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生有力的推動(dòng)作用。

4 存在的問(wèn)題

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工項(xiàng)目的實(shí)施，各地冷藏庫(kù)特別是產(chǎn)地型小型農(nóng)產(chǎn)品冷藏庫(kù)數(shù)量劇增。但是在實(shí)際操作過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如重監(jiān)視輕控制、數(shù)據(jù)缺乏記錄等。雖然有的冷藏庫(kù)安裝了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，但是沒(méi)有成網(wǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息互享，造成設(shè)備浪費(fèi)。政府部門也沒(méi)有享受到物聯(lián)網(wǎng)的紅利。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)不成熟、產(chǎn)業(yè)化程度低、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失以及相關(guān)政策不到位依然是制約物聯(lián)網(wǎng)冷藏庫(kù)發(fā)展的因素。

5 小結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量和過(guò)程的掌控及管理將越來(lái)越方便，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)成本低廉、使用方便，具有良好的應(yīng)用前景，且后期可從多節(jié)點(diǎn)無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)、視覺(jué)圖像處理輔助決策以及智能出入庫(kù)管理等方面進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，為提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增加經(jīng)濟(jì)效益提供更好的支撐。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)也是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的助推器和加速器，將為冷鏈物流行業(yè)提供無(wú)限商機(jī)。