物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中的冷鏈如何發(fā)揮重大作用

你曾經(jīng)在家中收到過(guò)一箱裝有價(jià)格昂貴，且對(duì)溫度十分敏感的處方藥嗎？如果包裝箱被打開(kāi)了，物品溫度上升，而你不十分確切地知道溫度有多高，也不知道暴露在這個(gè)溫度下有多長(zhǎng)時(shí)間，你該怎么辦呢？嗯，我家就遇到過(guò)這種情況，確定藥品是否還能夠使用可不是一件讓人高興的事情。

在這篇博文中，我將討論一個(gè)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 工業(yè)應(yīng)用，其中涉及制造工藝、封裝和運(yùn)輸易變質(zhì)貨物—這被稱為“冷鏈”—以及一個(gè)被稱為數(shù)據(jù)記錄器的簡(jiǎn)單、低成本解決方案將如何在我的解決方案中發(fā)揮重大作用。

作為資產(chǎn)跟蹤的一種形式，冷鏈管理需要確保產(chǎn)品從制造或種植，直到被使用或消費(fèi)過(guò)程中保持恒定溫度的所有方法。以下只是其中涉及的某些行業(yè)：

• 食品。
• 零售。
• 醫(yī)療（醫(yī)院—器官移植、血漿）。
• 醫(yī)藥。
• 運(yùn)輸（空運(yùn)、海運(yùn)、陸運(yùn)、鐵路）。
• 倉(cāng)儲(chǔ)。

圖1是食品冷鏈管理過(guò)程的一個(gè)流程圖，其中的溫度計(jì)符號(hào)代表一個(gè)有可能需要溫度監(jiān)視的步驟。

圖1：食品冷鏈管理過(guò)程流程圖

在冷鏈的每一個(gè)步驟中知道和記錄貨物的溫度能夠使整個(gè)過(guò)程中的每一個(gè)參與方都負(fù)起責(zé)任。幸運(yùn)的是，管理部門(mén)正在創(chuàng)建相關(guān)的法律法規(guī)來(lái)確保這方面的責(zé)任與義務(wù)。其中一個(gè)例子就是美國(guó)的食品與藥物管理局 (FDA) 食品安全現(xiàn)代化法案 (FSMA)，這是一部于2011年通過(guò)的法律，旨在通過(guò)將工作重點(diǎn)從應(yīng)對(duì)污染到防止污染來(lái)確保食品供應(yīng)的安全性。正是由于這部法律，持續(xù)監(jiān)視和記錄或報(bào)告實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的溫度設(shè)備的使用將變得越來(lái)越廣泛。雖然溫度跟蹤設(shè)備目前用于大型貨物運(yùn)輸，不過(guò)，隨著這些法律法規(guī)變得越來(lái)越普遍，你最終會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的監(jiān)視將直接應(yīng)用于運(yùn)輸托盤(pán)，甚至應(yīng)用于托盤(pán)內(nèi)的多個(gè)位置。

溫度跟蹤設(shè)備包括溫度指示器和數(shù)據(jù)記錄器。溫度指示器是單事件溫度短途指示器。通常情況下，它們是一次性的，并且至少分為兩類：基于化學(xué)制品的，或電子的。數(shù)據(jù)記錄器是更加復(fù)雜的解決方案，這是因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)成在運(yùn)輸貨物的溫度處于預(yù)期溫度窗口之外時(shí)發(fā)出一個(gè)警報(bào)。它們也可以記錄其它參數(shù)，諸如濕度、光照和震動(dòng)。數(shù)據(jù)記錄器可以以實(shí)線連接（如持續(xù)監(jiān)視多個(gè)位置的冷藏卡車(chē)）或者無(wú)線（近場(chǎng)通信 [NFC]、Bluetooth? low energy [BLE]、ZigBee、Wi-Fi、蜂窩、衛(wèi)星）方式提供。

我們最近在大量的溫度感測(cè)產(chǎn)品組合中增加了一位新成員，即TMP107溫度傳感器集成電路 (IC)，它在-20°C至 +70°C的溫度范圍內(nèi)特有±0.4°C的準(zhǔn)確度。它在單條通信線路上可以實(shí)現(xiàn)32個(gè)器件菊花鏈實(shí)現(xiàn)方式，這也使得工程師能夠在系統(tǒng)中的多個(gè)位置上監(jiān)視溫度，而無(wú)需其它解決方案中的所有額外電纜連接。為了幫助工程師將他們的數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用盡快地投入使用，TI已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一個(gè)用于資產(chǎn)跟蹤和冷鏈數(shù)據(jù)記錄的參考設(shè)計(jì)。在這個(gè)參考設(shè)計(jì)中，電池的使用壽命在5年以上，并且具有一個(gè)用于配置和回讀的NFC接口。將在今年年底推向市場(chǎng)的硬件設(shè)計(jì)將數(shù)個(gè)TI感測(cè)IC，以及一個(gè)全新的NFC器件和超低功耗微控制器 (MCU) 組合在一起。為了盡可能實(shí)現(xiàn)最大靈活性，此參考設(shè)計(jì)提供了多個(gè)傳感器配置，以監(jiān)視溫度 (TMP112)、環(huán)境光 (OPT3001) 和/或濕度 (HDC1000)。TI的RF430CL331H提供NFC功能，而MSP430FR5969 MCU中具有高達(dá)64KB的非易失性FRAM存儲(chǔ)器。圖2是這款設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單方框圖。

圖2：資產(chǎn)跟蹤和冷鏈數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的方框圖

TMP112是一款美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 的可追溯器件。這意味著生產(chǎn)部件相對(duì)于NIST可追溯傳感器進(jìn)行了100%測(cè)試，并且通過(guò)ISO/IEC 17025認(rèn)證校準(zhǔn)，用NIST可追溯設(shè)備進(jìn)行了驗(yàn)證。TI將在近期提供更多具有NIST可追溯性的器件，這將為終端用戶提供測(cè)量和相關(guān)不確定性的連續(xù)鏈條，從而使設(shè)計(jì)人員能夠跟蹤他們終端產(chǎn)品溫度測(cè)量值的準(zhǔn)確度等級(jí)。隨著政府部門(mén)引入進(jìn)一步的法律法規(guī)，NIST可追溯器件將在全世界范圍內(nèi)變得更加普遍。

我堅(jiān)信，冷鏈會(huì)生根發(fā)芽，并將在這個(gè)IoT的全新時(shí)代中推動(dòng)貨物運(yùn)輸監(jiān)視的需求。通過(guò)了解運(yùn)輸過(guò)程中達(dá)到的準(zhǔn)確溫度，以及貨物處于推薦溫度范圍之外的時(shí)間長(zhǎng)度，我們的藥劑師將獲得足夠的信息來(lái)確定丟棄還是服用這些處方藥。借助冷鏈數(shù)據(jù)記錄，我將能夠知道我所購(gòu)買(mǎi)的昂貴藥品在整個(gè)配送周期中是不是保持在合適的溫度下。

其它資源

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• 查看具有NFC接口的TI Designs超低功耗多傳感器數(shù)據(jù)記錄器參考設(shè)計(jì)。
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