Cold chain-tracking krijgt hardware-ondersteuning

De recente pandemie veroorzaakt door het Covid19-virus en de daaropvolgende race tegen de klok om vaccins te ontwikkelen, heeft het belang en de problemen met betrekking tot de koudeketen naar voren gebracht. Sommige van deze vaccins zijn erg gevoelig voor temperatuurschommelingen en moeten bij zeer lage temperaturen worden bewaard, zelfs onder -70°C. Deze temperatuurniveaus moeten ook strikt worden gehandhaafd, met zeer lage toleranties, vanaf het punt van productie tot de faciliteit waar het aan de patiënt wordt toegediend.

De term "koude keten" verwijst naar de toeleveringsketen voor materialen die in gevaar kunnen komen of onherstelbaar beschadigd kunnen raken als de temperatuur waarbij ze worden opgeslagen niet binnen zeer nauwe grenzen wordt gehouden. Veel farmaceutische, chemische en voedingsproducten vallen in deze categorie. Om ervoor te zorgen dat de koudeketen in stand wordt gehouden zonder ooit te worden onderbroken, is het noodzakelijk om een ​​volgsysteem te ontwikkelen dat zo uitgebreid, geautomatiseerd en foutloos mogelijk is.

Activa volgen met een barcodescanner

Activa bijhouden

Asset tracking heeft de taak om producten of materialen te traceren langs elke fase van het pad dat hen scheidt van de plaats van productie tot de eindgebruiker, zodat het op elk moment mogelijk is om de plaats te bepalen waar het asset zich bevindt. De eenvoudigste manier om te volgen, is door een streepjescode met een unieke identificatie op elk activum toe te passen. De code kan vervolgens worden gescand met een barcodelezer of worden geregistreerd telkens wanneer deze van het ene punt naar het andere in de keten wordt verplaatst.

Tegenwoordig kunnen al deze stappen en bewegingen worden vastgelegd in een gecentraliseerde trackingdatabase voor verdere analyse en query's.

De evolutie van elektronische technologie heeft geleid tot de introductie van innovatieve elektronische apparaten met laag vermogen voor het volgen van activa, zoals sensoren voor temperatuur, vochtigheid, schokken/trillingen en verontreinigingen, plus GPS-locators.

Zeer belangrijk op dit gebied zijn ook de dataloggers, apparaten die in staat zijn om de informatie afkomstig van de sensoren met betrekking tot het trackingproces te registreren en te bewaren. De meeste dataloggers die worden gebruikt in toepassingen voor het volgen van activa hebben een laag stroomverbruik en kunnen daarom op batterijen werken. Het diagram aan de linkerkant toont enkele klassieke toepassingen voor het volgen van activa die dataloggers gebruiken. Deze apparaten bevatten een sensor om de te loggen gegevens te verkrijgen, een processor, niet-vluchtig geheugen voor gegevensopslag en een realtime klok (RTC).

Enkele typische toepassingen voor het volgen van activa waarbij dataloggers betrokken zijn

Dataloggers komen veel voor in koudeketenvolgsystemen, omdat ze geen toevlucht hoeven te nemen tot frequente verbindingen (meestal via internet of mobiel netwerk) met het gecentraliseerde systeem.

Toepassing voor het volgen van koelketens

Temperatuurbewaking en -registratie zijn niet alleen essentieel om de integriteit van het product te waarborgen, maar vormen ook een vereiste die is opgelegd door de Federal Drug Administration (FDA) voor het bewaken van de kwaliteit van voedsel, medicijnen en cosmetica.

Het is daarom noodzakelijk om een ​​batterijgevoed apparaat met laag vermogen te gebruiken dat in staat is om de temperatuur met regelmatige tussenpozen te registreren en op te slaan. Naast de datalogger hebben we ook een microcontroller met laag vermogen nodig, het echte brein van het volgsysteem, die in staat is om softwarebesturingsalgoritmen uit te voeren en te communiceren met sensoren, displays en seriële of USB-communicatiekanalen.

Een voorbeeld van een microcontroller die aan deze vereisten kan voldoen, is de ML630Q466/Q464 van Lapis Technology (behorend tot de Rohm-groep), een 32-bits microcontroller met laag vermogen gebaseerd op een Arm Cortex-M0+-kern met twee verschillende flash-ROM-groottes (128 KB / 64 KB) en in staat om de USB-interface te ondersteunen. Deze microcontrollers hebben verschillende seriële poorten voor het aansluiten van meerdere sensoren en het loggen van hun output. Ze hebben ingebouwde LCD-stuurprogramma's, RC-ADC voor een nauwkeurige temperatuurmeting, USB 2.0 full-speed controller en ondersteunen meerdere klokmodi. Dit integratieniveau elimineert de noodzaak voor veel externe componenten, waardoor een compacter ontwerp mogelijk is. Zoals te zien is in het onderstaande diagram, kan de MCU op batterijen werken vanwege het lage stroomverbruik, kan hij een groot aantal externe sensoren, een display, een USB-communicatiekanaal en een module voor draadloze connectiviteit (optioneel) beheren.

Er is een brede selectie van sensoren die in staat zijn om aan de vereisten van een toepassing voor het volgen van koudeketens te voldoen. Deze sensoren omvatten versnellingsmeters, optische sensoren (omgevingslicht, RGB), MEMS-gebaseerde druksensoren en magnetische sensoren (Hall IC's en magnetometers). Versnellingsmeters zoals KXTJ3-1057 kunnen worden gebruikt voor het detecteren van bewegingsontwaken, hoekdetectie, impact/vrije valdetectie, activiteit, tikdetectie, motorische gezondheid en machinegezondheid.

Een 32-bits microcontroller met laag vermogen die geschikt is voor de toepassing

Voor optische sensoren zijn omgevingslichtsensoren ideaal voor het bewaken van de lichtintensiteit in een omgeving of voor het regelen van de achtergrondverlichting van de datalogger. De RGB-kleursensoren detecteren kleurveranderingen van een object, sorteren producten en matchen producten met een bepaalde kleur.

Bovendien kunnen luchtdruksensoren helpen bij het detecteren van hoogteverschillen, indoornavigatie, weerstations en drukveranderingen. Ten slotte zijn hal-IC's ideaal voor deurdetectie, wake-on-detectie, contactloze schakelaars en voor-/achterpositie, terwijl magnetometers geweldig zijn voor locatie-/positiedetectie en worden gebruikt als eCompass voor trackers.

Naast USB-connectiviteit vormt de toevoeging van een module die draadloze communicatie ondersteunt een fascinerende kans, die de weg vrijmaakt voor een mogelijke integratie van het volgsysteem met het Internet of Things (IoT)-framework.

In de verbonden IoT-ruimte bieden sensorknooppunten de mogelijkheden die nodig zijn voor dataloggers voor het volgen van activa. Door gegevens te delen met andere nabijgelegen activa en andere delen van de omgeving, kan de activatracker een zo volledig mogelijk beeld krijgen van de omgevingen die door de activa worden ervaren. Draadloze communicatiemodules bevatten standaardprotocollen zoals Bluetooth (vooral laag stroomverbruik), WiFi en andere, meer gespecialiseerde IoT-protocollen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Tijden.

Verwante inhoud:

• Satellietconnectiviteit overbrugt kloof met achtergestelde IoT-markten
• Renesas en Altran ontwikkelen draagbare chipset met 3db Access UWB
• Gebrek aan expertise en interoperabiliteit hinderen IoT nog steeds in verbonden fabriek
• Technologische keuzes voor sociale afstand in winkeltoepassingen
• LoRa-platform vereenvoudigt ontwerp, vermindert stuklijst
• Temperatuursensoren hebben een hoge nauwkeurigheid, een laag stroomverbruik

Abonneer u voor meer Embedded op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.