目的:血液、疫苗、生物制剂和药品等医用产品易受温度变化的影响而变质,因而国家相关法律规定这些产品必须进行冷链系统的保障。本文所述冷链系统,即是为了保障血液采集、分离、加工、冷冻、贮藏、运输所需的低温保障系列装备和温度监测装备。国内现有的冷链装备以存储箱体为保障单元,各单元的监管存在局域分布的特征。然而,面对现代冷链监管中最关键的问题,即温度监测,现有装备的监管方式需要单个箱体分别进行监测,容易导致其结果实时性差、流动性大、数据零散、不便管理。因此,为了保证平战时血液在冷藏贮存、批量转运和卫勤监管中的质量,本文针对冷链监管相对集中、局域分布、整体流动的特点,采用无线传感器网络设计了一种无线监测系统以解决冷链监测现存的问题。方法:通过对国内外冷链物流的研究,结合国内冷链发展的现状以及我军血液冷链装备的特点,提出一种新的适合平战时血液冷链的监测方案:基于ZigBee技术的冷链无线监测系统。利用ZigBee双向无线通讯技术低功耗、低成本、网络容量大和高强健性的优点构建由ZigBee网络和远程监控中心组成的冷链无线监测网络系统。针对ZigBee网络不同的功能设备,分别设计采集节点和主控节点的硬件电路,并通过RF天线的设计提高通讯质量、扩展网络覆盖面积。在网络节点硬件设计平台上,设计开发IEEE 802.15.4标准的应用层与节点应用平台接口,组建Star网络实现温度实时监测与数据通道;最后,建立冷链信息系统数据库、远程监控中心客户端程序和客户查询终端,利用UART接口连接ZigBee网络,进而汇集温度监测信息,进行数据库存储和温度分析,整合冷链信息以及提供监督查询和产品溯源。内容:本论文的研究工作主要包括冷链无线监测网络节点的硬件设计、ZigBee网络节点的软件开发、远程监测中心的软件设计以及冷链无线监测网络系统验证实验的设计和实施。主要内容如下:(1)节点的硬件设计主要是基于Freescale第二代ZigBee开发平台MC13213芯片设计了采集节点和主控节点的采集模块、微处理器模块、RF模块、电源模块及其外围接口电路。(2)节点的软件开发主要是采用Freescale BeeKit软件提供的IEEE 802.1 5.4 MAC协议栈,在Freescale CodeWarrior IDE环境下分别进行了ZigBee协调器(主控节点)和ZigBee终端设备(采集节点)的网络协议应用层开发及相应节点应用接口的设计,并分别在主控节点和采集节点进行了移植和调试,以及组建了ZigBee星型网路。(3)冷链无线监测网络的系统构建是首先利用SQL Server 2000和Delphi7软件开发工具分别设计了由冷链信息数据库、冷链信息系统客户端和客户查询终端组成的远程监控中心,然后通过UART接口设计建立了ZigBee网络终端与远程监控中心数据通信,并利用客户查询终端进行监管查询和产品溯源。(4)系统验证实验的设计主要是结合ZigBee技术和冷链监测的特点设计了节点通讯距离实验、数据通信包误率实验和低温环境监测实验,并分别对实验结果进行了讨论。成果:本文研究工作的成果如下:(1)建立冷链无线监测网络系统实现了冷冻贮藏环境温度的实时监测及预警,历史数据浏览、查询、统计分析和报表打印,改善和完善了现有血液冷链装备的温度监测;(2)针对MC13213模块的RF功率放大电路及天线电路的设计,提高了ZigBee网络节点之间的通信能力,扩大了节点通讯的覆盖范围;(3)基于IEEE 802.15.4 MAC协议栈的应用层开发和节点接口设计分别成功地在主控节点和采集节点上进行了移植,并通过调试运行实现了ZigBee星型网络的组建、温度的实时监测和数据传输;(4)通过冷链无线监测网络系统的相关实验,验证了系统的稳定性和可靠性。结论及展望:本文设计的冷链无线监测网络系统实现了简单血液贮藏环境的温度监测。远程监控中心与ZigBee网络的有机结合有效的实现了对冷链温度环境的实时监测和网络监测终端的远程管理,并且通过客户查询终端的更是为监管查询和产品溯源提供了途径。同时,本文根据ZigBee技术近距离传输等特性,设计了ZigBee网络节点RF功率放大电路,提高了网络的通讯能力,并保证了监测节点之间的有效通信。最终,实现了血液贮藏的批量管理和冷链上下游的信息整合。然而,在实际的冷链贮运监测环境下,考虑到无线通信会受到各种外界因素的影响,所以,为了进一步提高系统的适应性、强健性和扩展性。在本文研究工作的基础上,还可以通过RF前端低噪声功率放大设计扩大节点间的通讯距离,或采用对等网络及其扩展网络拓扑灵活的组网方式和安全的通信模式,并且可以利用ZigBee网络与其他无线网络构建成无缝连接的监测系统实现完全的无线化监测。因此,这些方面将是本文后续研究的重点。