基于物联网 (IoT) 的冷链管理

你曾经在家中收到过一箱装有价格昂贵，且对温度十分敏感的处方药吗？如果包装箱被打开了，物品温度上升，而你不十分确切地知道温度有多高，也不知道暴露在这个温度下有多长时间，你该怎么办呢？嗯，我家就遇到过这种情况，确定药品是否还能够使用可不是一件让人高兴的事情。
在这篇博文中，我将讨论一个物联网 (IoT) 工业应用，其中涉及制造工艺、封装和运输易变质货物—这被称为“冷链”—以及一个被称为数据记录器的简单、低成本解决方案将如何在我的解决方案中发挥重大作用。
作为资产跟踪的一种形式，冷链管理需要确保产品从制造或种植，直到被使用或消费过程中保持恒定温度的所有方法。以下只是其中涉及的某些行业：

• 食品。
• 零售。
• 医疗（医院—器官移植、血浆）。
• 医药。
• 运输（空运、海运、陆运、铁路）。
• 仓储。
  

图1是食品冷链管理过程的一个流程图，其中的温度计符号代表一个有可能需要温度监视的步骤。


在冷链的每一个步骤中知道和记录货物的温度能够使整个过程中的每一个参与方都负起责任。幸运的是，管理部门正在创建相关的法律法规来确保这方面的责任与义务。其中一个例子就是美国的食品与药物管理局 (FDA) 食品安全现代化法案 (FSMA)，这是一部于2011年通过的法律，旨在通过将工作重点从应对污染到防止污染来确保食品供应的安全性。正是由于这部法律，持续监视和记录或报告实时数据的温度设备的使用将变得越来越广泛。虽然温度跟踪设备目前用于大型货物运输，不过，随着这些法律法规变得越来越普遍，你最终会发现这样的监视将直接应用于运输托盘，甚至应用于托盘内的多个位置。
温度跟踪设备包括温度指示器和数据记录器。温度指示器是单事件温度短途指示器。通常情况下，它们是一次性的，并且至少分为两类：基于化学制品的，或电子的。数据记录器是更加复杂的解决方案，这是因为它们被设计成在运输货物的温度处于预期温度窗口之外时发出一个警报。它们也可以记录其它参数，诸如湿度、光照和震动。数据记录器可以以实线连接（如持续监视多个位置的冷藏卡车）或者无线（近场通信 [NFC]、Bluetooth® low energy [BLE]、ZigBee、Wi-Fi、蜂窝、卫星）方式提供。
我们最近在大量的温度感测产品组合中增加了一位新成员，即TMP107温度传感器集成电路 (IC)，它在-20°C至 +70°C的温度范围内特有±0.4°C的准确度。它在单条通信线路上可以实现32个器件菊花链实现方式，这也使得工程师能够在系统中的多个位置上监视温度，而无需其它解决方案中的所有额外电缆连接。为了帮助工程师将他们的数据记录应用尽快地投入使用，ti已经开发出一个用于资产跟踪和冷链数据记录的参考设计。在这个参考设计中，电池的使用寿命在5年以上，并且具有一个用于配置和回读的NFC接口。将在今年年底推向市场的硬件设计将数个TI感测IC，以及一个全新的NFC器件和超低功耗微控制器 (MCU) 组合在一起。为了尽可能实现最大灵活性，此参考设计提供了多个传感器配置，以监视温度 (TMP112)、环境光 (OPT3001) 和/或湿度 (HDC1000)。TI的RF430CL331H提供NFC功能，而MSP430FR5969 MCU中具有高达64KB的非易失性FRAM存储器。图2是这款设计的简单方框图。


TMP112是一款美国国家标准与威廉希尔官方网站 研究院 (NIST) 的可追溯器件。这意味着生产部件相对于NIST可追溯传感器进行了100%测试，并且通过ISO/IEC 17025认证校准，用NIST可追溯设备进行了验证。TI将在近期提供更多具有NIST可追溯性的器件，这将为终端用户提供测量和相关不确定性的连续链条，从而使设计人员能够跟踪他们终端产品温度测量值的准确度等级。随着***部门引入进一步的法律法规，NIST可追溯器件将在全世界范围内变得更加普遍。
我坚信，冷链会生根发芽，并将在这个IoT的全新时代中推动货物运输监视的需求。通过了解运输过程中达到的准确温度，以及货物处于推荐温度范围之外的时间长度，我们的药剂师将获得足够的信息来确定丢弃还是服用这些处方药。借助冷链数据记录，我将能够知道我所购买的昂贵药品在整个配送周期中是不是保持在合适的温度下。