配送式水產品運輸箱結構及監控系統的設計

劉丹陽　楊志遠　劉琳　趙濛　李闖　潘瀾瀾

摘要：通過分析水產品供應鏈的特點，提出水產品冷鏈物流監控及可追溯的方法，設計了可單獨式鮮活水產品運輸箱，實現保證存活率、溫度監測、源頭追溯等目的，從而保證水產品供應鏈各環節的有效銜接。通過配送式魚箱結構及監控系統的設計與開發，達到水產品冷鏈物流監控及可追溯系統的實施。

關鍵詞：水產品冷鏈物流；配送魚箱；冷鏈監控；可追溯

中圖分類號：TS254.4；TP277 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2377-03

發達國家已建立了比較完善的各類低溫食品冷鏈系統。實現生鮮食品生產、儲藏、運輸、銷售的全過程控制。近年來中國學者在RFID及物聯網技術應用于水產品冷鏈物流監控方面也進行了相關研究。汪庭滿等采用無線射頻識別（RFID）技術。結合軟件編程技術開發冷鏈物流監控系統，并將貨架期模型嵌入到系統中，對運輸后水產品的貨架期進行預測：楊勝平等通過對冰鮮帶魚冷鏈物流運輸過程的模擬試驗，對冷鏈物流各環節溫度等信息進行實時監測，通過數據分析出冰鮮帶魚在運輸過程中冰的融化情況。

中國農產品電商的興起促進了冷鏈物流業的發展，消費者對農產品“門到門”服務的需求給物流承運商帶來了更大的挑戰，信息技術的發展為水產品運輸階段的實時監控提供了可能，科研人員也進行了相關的研究。現階段的研究主要集中在實現配送車內溫度的監控以及實時傳輸，但很少結合箱內水產品環境的自動調節，及實現運輸車內某個物流單元水產品新鮮度的監控進行研究。另外，農產品物流標準化的滯后也不利于水產品流通環節的有效銜接。諸多原因往往制約對配送最后一公里水產品新鮮度的保證，消費者擔憂水產品的安全性。因此在實現水產品全程供應鏈的冷鏈物流監控并自動調節的同時，應當滿足消費者對水產品相關信息的知情權，實現水產品供應鏈信息的可追溯，提升水產品的質量安全。

1 水產品冷鏈物流運作及監控點的分析

水產品冷鏈物流指水產品在采購、加工、貯藏、運送、銷售直至到消費者手中的全程供應鏈始終處于規定的、生理需要的低溫環境下。以保證水產品在空間轉移過程中的質量。由養殖廠（捕撈船）、水產品加工廠、物流企業、批發商、零售商形成了水產品冷鏈物流運作的各個節點，中國當前冷鏈物流運作的模式主要存在以下幾方面的問題：①水產品供應鏈模式多樣化，流通環節過多，不利于各個物流節點的有效銜接，物流標準化顯得尤為關鍵。②在水產品冷鏈物流運作過程中，有的物流節點由于基礎設施條件差，冷鏈物流設備受到制約，冷藏運輸車輛不足，活魚運輸車數量甚小，運輸設備無法保證水產品的低溫運輸條件，尤其在交易過程中無法保證其低溫及適宜的環境，水產品冷鏈物流運作過程中出現冷鏈斷裂情況，導致腐蝕率上升，貨架期縮短，甚至死亡。③水產品供應鏈各個節點有的信息化程度較低，相關質量安全信息得不到完整的監控，消費者對水產品相關信息沒有知情權，水產品所處的冷鏈物流環境決定水產品的質量，對于冷藏水產品主要是環境的溫度影響其貨架期，對于鮮活水產品。適宜的水溫、良好的水質和足夠的溶氧影響其存活率。

2 可單獨配送式鮮活水產品運輸箱設計

對于鮮活水產品的運輸，主要問題是保證其鮮度或成活率，盡量延長可運送時間和降低運送成本。通過對水產品冷鏈物流運作及監控點的分析，本研究提出一種結構簡單、布局合理，能夠實現保證存活率、溫度監測、源頭追溯等多種功能的可單獨配送式鮮活水產品運輸箱（以下簡稱“魚箱”）。魚箱材質主要采用食品級工程聚乙烯，體積尺寸參考物流基礎模數（400mm×600mm），可采用400mm×600mm×450mm尺寸，形成可循環使用的水產品配送標準箱。魚箱結構包括一個作為基礎的外箱體，內有可抽出裝有溫度傳感器等監控裝置的活體水產品上層箱、可裝入冰凍水產品的下層箱、裝有水循環系統的側腔室，水循環系統的進水管和出水管均連接在上層箱體內，側腔室中設置帶有保溫外層的冰塊容納腔，在外箱體的外側通過內嵌方式設置固定的RFID標簽。外箱體上與側門相對的一側外對稱設置了背帶掛鉤。魚箱具體結構如圖1所示。

魚箱工作過程如下：當需要利用本裝置進行鮮活水產品運輸時。開啟側門和上蓋，將下層箱體抽出，向其內裝入冰凍的水產品，根據運送的時間向下層箱體中填入適量碎冰塊：上層箱體中則盛滿養殖用水，其內放置適量鮮活水產品，在運送過程中開啟水循環系統，以延長鮮活水產品運送過程中的存活時間：設置在上層箱體中的溫度傳感器能夠隨時檢測水體溫度，如水體溫度過高，則從冰塊容納腔中取出冰塊放入側腔室中，隨著水體的往復循環讓上層箱體中的水體降溫、加氧及過濾。同樣可延長水產品的存活時間：而設置在外箱體外側的RFID標簽則能夠讓客戶了解該水產品的源頭信息和相關信息，讓水產品的質量安全具有可追溯性。運輸工作完成后，開啟上層箱體和側腔室上的排水孔，將裝置中的水全部排出，以等待下一次運輸工作。根據實際需要。魚箱可以單獨使用。也可以集中運輸。

3 水產品冷鏈物流監控及可追溯系統開發

3.1 系統總體結構設計及中央監控系統開發

冷鏈物流監控及可追溯系統可開發具有視頻、溫度、濕度等實時監控的功能。魚箱內的溫濕度傳感器檢測溫度和濕度，傳給單片機經過數模處理轉換成數字信號，利用C/S軟件系統體系結構將檢測到的數字信號傳送給Server服務端，再通過Socket以TCP通信方式發送給GPRS網絡，最終傳送給智能手機和PC機客戶端進行監控，PC機將數據記錄入數據庫供以后查詢，系統總體結構如圖2所示。冷鏈物流的中央監控系統采用計算機軟件建立中央控制系統，對每批水產品運輸設備進行智能標記，確保產品在運輸過程中的實時監控和控制，中央監控系統采用C#面向對象語言編寫，具有安全、運行穩定和界面優美等特點，通過串口通信連接服務端從而實現與下位機通信，其界面如圖3所示。

3.2 魚箱的監控及下位機的設計

信息可追溯及監控魚箱的基礎箱體內側室內裝有Server網絡發射端和魚箱控制板，包括溫濕度傳感器、攝像頭以及供養泵的壓力開關。下位機主要通過檢測傳感器的數據并進行轉換，其通過DHT11傳感器檢測溫度和濕度，并傳遞給單片機轉換成數字信號，進而傳遞給服務端，通過網絡傳遞給客戶端。系統終端下位機硬件部分以LY-5189c52為核心設計，利用DHT11傳感器采集冷鏈物流的環境特征數據（溫度、濕度）并處理，實時圖像監控采用bitmap傳送，通過TTL端口進行數據傳送到嵌入式系統，并利用GPRS數據分組功能接入互聯網服務器。

4 小結

通過分析水產品供應鏈的特點，提出適合中國水產品冷鏈物流監控及可追溯的方法，設計了能夠實現保證存活率、溫度監測、源頭追溯等目標的多功能可單獨配送式鮮活水產品運輸箱，有效銜接水產品供應鏈的各個環節，該設備可以實現對水產品冷鏈物流的監控及可追溯，為水產品冷鏈物流監控及可追溯實施的進一步研究提供了借鑒。