配送式水产品运输箱结构及监控系统的设计

刘丹阳　杨志远　刘琳　赵濛　李闯　潘澜澜

摘要：通过分析水产品供应链的特点，提出水产品冷链物流监控及可追溯的方法，设计了可单独式鲜活水产品运输箱，实现保证存活率、温度监测、源头追溯等目的，从而保证水产品供应链各环节的有效衔接。通过配送式鱼箱结构及监控系统的设计与开发，达到水产品冷链物流监控及可追溯系统的实施。

关键词：水产品冷链物流；配送鱼箱；冷链监控；可追溯

中图分类号：TS254.4；TP277 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2377-03

发达国家已建立了比较完善的各类低温食品冷链系统。实现生鲜食品生产、储藏、运输、销售的全过程控制。近年来中国学者在RFID及物联网技术应用于水产品冷链物流监控方面也进行了相关研究。汪庭满等采用无线射频识别（RFID）技术。结合软件编程技术开发冷链物流监控系统，并将货架期模型嵌入到系统中，对运输后水产品的货架期进行预测：杨胜平等通过对冰鲜带鱼冷链物流运输过程的模拟试验，对冷链物流各环节温度等信息进行实时监测，通过数据分析出冰鲜带鱼在运输过程中冰的融化情况。

中国农产品电商的兴起促进了冷链物流业的发展，消费者对农产品“门到门”服务的需求给物流承运商带来了更大的挑战，信息技术的发展为水产品运输阶段的实时监控提供了可能，科研人员也进行了相关的研究。现阶段的研究主要集中在实现配送车内温度的监控以及实时传输，但很少结合箱内水产品环境的自动调节，及实现运输车内某个物流单元水产品新鲜度的监控进行研究。另外，农产品物流标准化的滞后也不利于水产品流通环节的有效衔接。诸多原因往往制约对配送最后一公里水产品新鲜度的保证，消费者担忧水产品的安全性。因此在实现水产品全程供应链的冷链物流监控并自动调节的同时，应当满足消费者对水产品相关信息的知情权，实现水产品供应链信息的可追溯，提升水产品的质量安全。

1 水产品冷链物流运作及监控点的分析

水产品冷链物流指水产品在采购、加工、贮藏、运送、销售直至到消费者手中的全程供应链始终处于规定的、生理需要的低温环境下。以保证水产品在空间转移过程中的质量。由养殖厂（捕捞船）、水产品加工厂、物流企业、批发商、零售商形成了水产品冷链物流运作的各个节点，中国当前冷链物流运作的模式主要存在以下几方面的问题：①水产品供应链模式多样化，流通环节过多，不利于各个物流节点的有效衔接，物流标准化显得尤为关键。②在水产品冷链物流运作过程中，有的物流节点由于基础设施条件差，冷链物流设备受到制约，冷藏运输车辆不足，活鱼运输车数量甚小，运输设备无法保证水产品的低温运输条件，尤其在交易过程中无法保证其低温及适宜的环境，水产品冷链物流运作过程中出现冷链断裂情况，导致腐蚀率上升，货架期缩短，甚至死亡。③水产品供应链各个节点有的信息化程度较低，相关质量安全信息得不到完整的监控，消费者对水产品相关信息没有知情权，水产品所处的冷链物流环境决定水产品的质量，对于冷藏水产品主要是环境的温度影响其货架期，对于鲜活水产品。适宜的水温、良好的水质和足够的溶氧影响其存活率。

2 可单独配送式鲜活水产品运输箱设计

对于鲜活水产品的运输，主要问题是保证其鲜度或成活率，尽量延长可运送时间和降低运送成本。通过对水产品冷链物流运作及监控点的分析，本研究提出一种结构简单、布局合理，能够实现保证存活率、温度监测、源头追溯等多种功能的可单独配送式鲜活水产品运输箱（以下简称“鱼箱”）。鱼箱材质主要采用食品级工程聚乙烯，体积尺寸参考物流基础模数（400mm×600mm），可采用400mm×600mm×450mm尺寸，形成可循环使用的水产品配送标准箱。鱼箱结构包括一个作为基础的外箱体，内有可抽出装有温度传感器等监控装置的活体水产品上层箱、可装入冰冻水产品的下层箱、装有水循环系统的侧腔室，水循环系统的进水管和出水管均连接在上层箱体内，侧腔室中设置带有保温外层的冰块容纳腔，在外箱体的外侧通过内嵌方式设置固定的RFID标签。外箱体上与侧门相对的一侧外对称设置了背带挂钩。鱼箱具体结构如图1所示。

鱼箱工作过程如下：当需要利用本装置进行鲜活水产品运输时。开启侧门和上盖，将下层箱体抽出，向其内装入冰冻的水产品，根据运送的时间向下层箱体中填入适量碎冰块：上层箱体中则盛满养殖用水，其内放置适量鲜活水产品，在运送过程中开启水循环系统，以延长鲜活水产品运送过程中的存活时间：设置在上层箱体中的温度传感器能够随时检测水体温度，如水体温度过高，则从冰块容纳腔中取出冰块放入侧腔室中，随着水体的往复循环让上层箱体中的水体降温、加氧及过滤。同样可延长水产品的存活时间：而设置在外箱体外侧的RFID标签则能够让客户了解该水产品的源头信息和相关信息，让水产品的质量安全具有可追溯性。运输工作完成后，开启上层箱体和侧腔室上的排水孔，将装置中的水全部排出，以等待下一次运输工作。根据实际需要。鱼箱可以单独使用。也可以集中运输。

3 水产品冷链物流监控及可追溯系统开发

3.1 系统总体结构设计及中央监控系统开发

冷链物流监控及可追溯系统可开发具有视频、温度、湿度等实时监控的功能。鱼箱内的温湿度传感器检测温度和湿度，传给单片机经过数模处理转换成数字信号，利用C/S软件系统体系结构将检测到的数字信号传送给Server服务端，再通过Socket以TCP通信方式发送给GPRS网络，最终传送给智能手机和PC机客户端进行监控，PC机将数据记录入数据库供以后查询，系统总体结构如图2所示。冷链物流的中央监控系统采用计算机软件建立中央控制系统，对每批水产品运输设备进行智能标记，确保产品在运输过程中的实时监控和控制，中央监控系统采用C#面向对象语言编写，具有安全、运行稳定和界面优美等特点，通过串口通信连接服务端从而实现与下位机通信，其界面如图3所示。

3.2 鱼箱的监控及下位机的设计

信息可追溯及监控鱼箱的基础箱体内侧室内装有Server网络发射端和鱼箱控制板，包括温湿度传感器、摄像头以及供养泵的压力开关。下位机主要通过检测传感器的数据并进行转换，其通过DHT11传感器检测温度和湿度，并传递给单片机转换成数字信号，进而传递给服务端，通过网络传递给客户端。系统终端下位机硬件部分以LY-5189c52为核心设计，利用DHT11传感器采集冷链物流的环境特征数据（温度、湿度）并处理，实时图像监控采用bitmap传送，通过TTL端口进行数据传送到嵌入式系统，并利用GPRS数据分组功能接入互联网服务器。

4 小结

通过分析水产品供应链的特点，提出适合中国水产品冷链物流监控及可追溯的方法，设计了能够实现保证存活率、温度监测、源头追溯等目标的多功能可单独配送式鲜活水产品运输箱，有效衔接水产品供应链的各个环节，该设备可以实现对水产品冷链物流的监控及可追溯，为水产品冷链物流监控及可追溯实施的进一步研究提供了借鉴。