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基于物联网的冷链物流监控
摘要：当今全球冷链制药行业的现状，反映出冷链物流问题亟待解决。冷链物流行业正在受到各种挑战的困扰，例如，不断壮大的产品数量和产品的敏感度增强、越来越多的法规以及在位置跟踪问题和整个冷链的受控环境监测方面存在的基础设施缺口。这些挑战需要有颠覆性技术入侵物流行业，这也是我们的项目旨在做到的地方。我们的目标是通过物联网（IOT）这一强有力的工具，减少人力工作在整个冷链上的存在程度。由于现代疫苗和其他医药产品的敏感性增强，我们必须保证产品的活性保持不变，同时确保任何关于设备故障导致产品变质或成功交付事件的细节必须尽快反馈给制造商或零售商。我们的项目试图通过GPS模块和基于物联网的传感器平台来填补位置跟踪和环境监控方面的空白。传感器数据通过Wi-Fi发送与接收端相连的发射机，包括监控员，他将定期收到所控制的环境参数、运输机车位置的最新信息。监控人员现在定期更新有关参数，从而使他能够在项目报告期间所述的紧急情况下迅速采取行动。
关键词：IOT（物联网），WSNs（无线传感器），ARM7，WiFi transmitter（无线发射机），GPS（全球定位系统）
- 前言
冷链物流是指在受控温度环境下对货物流动的管理。这主要涉及运输对温度敏感的货物，例如药品、水果、蔬菜和其他易腐烂的商品。这些类别的货物需要一个受控的环境，从制造行业一直到供应链的末端，即用户或消费者。至关重要的是，这些重要的参数是全程监测的，从而确保这些项目最终适合使用或消费。冷链物流领域的主要参与者是生物医药行业和食品部门。这些商品的范围变化从如胰岛素和主食蔬菜这样的低风险产品，到重要疫苗和加工食品等高风险产品。2014年进行的一项调查预测，未来五年，疫苗行业将以每年超过8%的速度增长。这也意味着食品和药物管理局(FDA)等监管机构制定了更严格的指导方针和法规。应在冷链的每个点采取预防措施，并保持基本参数的记录。
- 文献调查
根据Salin and Nayga (2003) 的研究，麦当劳、肯德基和汉堡王等跨国餐饮企业通过严格的规范和独家的供应链来应对目标市场的技术挑战，而小公司则利用广泛的网络来供应进口的冷冻土豆。供应链中时间-距离或温度的任何变化都可能导致活动的净现值及其在供应链中的附加值受到干扰。Bogataj (2005)等 研究证明了微扰分析对保证CCM（呼叫控制模块）中冷链的稳定性尤为重要。那么到底应该满足什么样的条件才能保证在如此强烈的参数干扰下，特别是时间延迟（交货时间和其他一些延迟）之后，物流链的行为仍然在规定的限制范围内。
冷链是维持胰岛素、疫苗等药物有效性的过程；在供应链中，生物制品大多建议存放在温度2ordm;C 到8ordm;C的环境中(Bishara, 2006)[1]。在卫生部门，冷链涉及在安全环境中，从制造商到最终用户的药品运输、储存和处理等过程。超出推荐温度范围的温度可能会降低效力，导致缺乏预期反应，如降低免疫力。必须维护存储和运输温度的控制。从全球角度来看，Estrada(2008) 将采购定义为从外部资源获得货物、服务或工作，尽可能以最佳成本来满足购买者关于药品质量的要求，以及帮助保护病人免受可能因控制不当而造成劣质或无效药物的影响（Blake,2008）。分销商对储存和运输温度的控制缺乏认识，可能会对产品质量产生重大影响。
Agyekum (2012)在加纳、肯尼亚和乌干达进行的一项调查显示，平均有16%的抽样设施不符合监管机构制定的条例标准，其中50%的设施温度超出建议温度4ordm;C 或更高。例如，只有4%的设施将疫苗储存在冷箱中，其余的用冰箱和超出推荐范围的储存方式。然而在国家之间观察到明显的差异，在非洲其他国家（Burger,Kopf,Yoong,amp;Sood.），分别有26%、16%和8%的冷链供应仍有很大的改善空间。
在对非洲国家冷链的比较中发现，尽管加纳面临着类似的挑战，但加纳已经发展了自己的冷链供应系统，现在它比肯尼亚和乌干达更能够维持对温度敏感物品的冷链[2]。Agyekum（2012）认为，这是因为加纳监管当局已经能够制定冷链交付系统的验证方法和指南，其目标是在冷链产品的制造、存储、运输和交付过程中提供温度保障。
在冷链中，涉及到一些活动，即冷链管理，容易腐蚀物品的供应链管理，包括食品安全在内的采购，合同养殖，风险管理，资源与开发，现场试验，培训和教育以及项目管理（Wee,2013）[3]。
冷链管理是食品安全与物流（冷链管理）的交叉。人们首先对整个冷链进行评估，然后安排运输。采购需要进行检查来确保食品安全，然后签订合同，讨论合同的细节[4]。风险管理涉及到食品的质量与安全，源头是否可能被污染，以及包装或处理亚太先进商业和社会研究期刊（APJABSS）的存储，即温度控制仓库（TCW）和运输操作（Wee,2013）。
- 面临的主要挑战
- 产品灵敏度、质量标准的提高和涉及货物数量的增加。
- 越来越多的法规条例。
- 基础设施的缺陷，如位置跟踪问题和整个冷链的受控环境监测。
但科技已经为这些挑战提供了一系列貌似合理的解决方案。像物联网（IOT）这样成熟且不断发展的技术，云计算、无线传感器和执行器网络（WSANs）给远程管理提供了各种受控参数，并在人员最少的情况下监控它们的机会。技术入侵仍然是现代物流的关键，因为全球业务在不断增长以及资本投资的不断增加。现代冷链物流公司不能懈怠这一竞争异常激烈的市场，确保一个供应链拥有良好的管理和监控体系在整个过程中是至关重要的。随着免疫接种活动数量的增加和新疫苗的发明，运输背后的物流环节显得尤为重要。[5]
物联网技术将实体世界的对象与互联网连接起来，并提供了方便监控和管理这些对象的灵活性。这个概念在多个层面上给我们对与环境互动的方式带来了新的认识，包括文化、商业、社会、环境等。无线传感器网络是物联网中新兴的传感器实体。[6]无线传感器网络是空间分布的自主传感器，用于检测物体或环境状况。WSNs在结构健康监测、健康监测、环境监测、生活环境监测以及跟踪等领域有广泛的应用。这些网络可以由数千个具有计算能力和内存的小型智能设备、一个或更多的传感器和有限的电力供应组成。新兴传感器技术（如WSNs）的不断进步激发了物联网的产生灵感，因为这种技术可以大规模、广泛、廉价地部署传感器。
- 系统架构
提出的冷链物流监控系统架构如图1所示。该系统可用于运输设施，将产品从制造地运送到分销中心，或从一个分销中心运送到另一个分销中心，或从一个分销中心运送到客户或消费者。监控系统的工作流程如下，每一个包装必须有唯一的标签来标识运输的产品。
系统的中心或基站读取数据。在卡车内部，节点被安装在带有温度和湿度传感器的多个位置。多个节点可以提供更可靠的监控，因为它可以满足附近不同的温度点。这些节点还包括无线通信功能，允许它一致地向基站发送温湿度值。基站从节点收集数据，并将其与自身的GPS定位一起上传到传感器云。由标签编制的库存数据被发送给相应的人员，位置数据用于定位和跟踪运输设施。
- 基于ARM7的单片机LPC2148
NXP（基于飞利浦）LPC2148是一个基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，带有512KB的片上ROM和32KB的RAM。ARM是一个基于精简指令集计算（RISC）架构的计算机处理器指令集架构家族，由英国ARM控股公司开发。ARM7是嵌入式系统中应用最广泛的为控制器之一。以下是LPC2148的pin配置：
Pin Configuration
- 物联网（IOT）
顾名思义，这一技术进步已经导致连接到互联网的物理对象数量的增加。允许这项技术蓬勃发展的两个主要实体是感知实体（用于感知或数据收集）和云服务（充当收集到的数据的主机）。[7]这意味着无线传感器和云计算策略的结合出现了增长。物联网分析已经成为冷链物流行业的生命线，因为企业必须依赖第三方（第三方物流）来自行报告绩效。[8]在仓库、集装箱和卡车上部署大量传感器是至关重要的，以便实时监测温度和湿度参数，从而确保在紧急情况下能够采取迅速有效的行动。因此，物联网不仅提供了实时监测关键参数的空间，而且如果有需要，还可以通过快速提示来帮助采取预防和补救措施。[9]
- GPS模块
代表“全球定位系统”。GPS是一种用于确定物体地面位置的卫星导航系统。全球定位系统（GPS）是一个空间无线电导航系统，由一个卫星站和一个用于监测和控制的地面站网络组成。GPS由国防部（DOD）操作和维护。这个接收器从卫星上收集数据，并根据从卫星上获得的信息计算出它在世界上任何一个地方的位置。
- 湿度传感器
湿度传感器用于监测物流系统中存在的水分子数量这里使用两根简单的金属棒。产品的含水量用湿重的百分比表示。
- 温度传感器
LM35是一个温度传感器，这个传感器不需要外部校准。
- 总结
本研究的总体结论是，控制冷链药品的储存和运输温度、拥有适当的储存条件、包装材料和技术能力对于保持冷链药品的质量，从而保证安全的冷链药品的交付至关重要。研究结果表明，冷链供应物流协调不良，没有充分遵守规则，因此在其他冷链药物项目中对疫苗的安全性产生了负面影响。这意味着终端用户可能接触到不合格或无效的疫苗和药品，这些疫苗和药品可能由不协调的冷链供应物流造成。鉴于此，应作出更多努力，为对温度敏感的药物提供合适的冷链物流管理，以确保产品的质量和功效不会在供应链上受到损害。
参考文献
[1] J. Tennermann, Cold Chain for Beginners. Available: http://
www.pharmpro.com/ articles/2012/06/cold-chain-beginners, (2012).
[2] 'WHO good distribution practices for pharmaceutical products,' World
Health Organization2010.
[3] W. Stilmant, “Pharmaceutical Cold Chain”, Available:
http://www.coldchain.be/ guidelines-and-regulations/some-history.html,
(2013).
[4] Hazard Analysis Critical Control Point System (HACCP). Available:
http://www.who.int/foodsafety/fs_management/haccp/en/, (2007).
[5] M. C. Domingo, “An overview of the Internet of Things for people with
disabilities”, Journal of Network and Computer Applications, vol. 35, no.
2, (2012), pp. 584-596.
[6] L. Atzori, A. Iera and G. Morabito, “The Internet of Things: “The Internet
of Things: A survey,” Computer Networks, vol. 54, no. 15, (2010)
October, pp. 2787-2805.
[7] I. Khemapech, I. Duncan, and A. Miller, 'A Survey of Wireless Sensor
Networks Technology', in 6th Annual Postgraduate Symposium on the
Convergence of Telecommunications, Networking and Broadcasting,
Liverpool, UK, (2005) June.
[8] J. K. Hart and K. Martinez, “Environmental Sensor Networks: A
revolution in the earth system science? Earth-Science Reviews”, vol. 78,
no. 3, (2006), pp. 177-191.
[9] J. Peng, X. Zhang, Z. Lei, B. Zhang, W. Zhang and Q. Li, “In
Comparison of several cloud computing platforms”, Information Science
and Engineering (ISISE), 2009 Second International Symposium on,
IEEE: (2009), pp 23-27.
基于物联网的智能冷链系统
在医药冷链上的应用（节选）
摘要：药品的温度监测对产品质量和患者安全至关重要。产品质量受到温度扰动和干预的时间延迟的影响。由于物联网技术的发展，近年来在温度监测设备的改进方面取得了长足的进步。然而，温度监测在医药冷链中仍然具有挑战性。本文提出了一个概念模型，旨在克服与温度监测相关的药品冷链的挑战。我
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