Rastreamento de cadeia fria recebe assistência de hardware

A recente pandemia causada pelo vírus Covid19 e a subsequente corrida contra o tempo para desenvolver vacinas trouxeram à tona a importância e as questões relacionadas à rede de frio. Algumas dessas vacinas são muito sensíveis às variações de temperatura e requerem armazenamento em temperaturas muito baixas, mesmo abaixo de -70 ° C. Esses níveis de temperatura também devem ser rigorosamente mantidos, com tolerâncias muito baixas, do ponto de produção até a instalação onde será administrado ao paciente.

O termo “cadeia de frio” refere-se à cadeia de abastecimento de materiais que podem ser comprometidos ou irreparavelmente danificados se a temperatura em que são armazenados não for mantida dentro de limites muito estreitos. Muitos produtos farmacêuticos, químicos e alimentícios se enquadram nesta categoria. Para garantir que a cadeia de frio seja mantida sem nunca ser interrompida, é necessário desenvolver um sistema de rastreamento que seja o mais abrangente, automatizado e livre de erros possível.

Rastreamento de ativos com leitor de código de barras

Rastreamento de ativos

O rastreamento de ativos tem a função de rastrear produtos ou materiais ao longo de cada etapa do caminho que os divide desde o local de produção até o usuário final para que, a qualquer momento, seja possível determinar o local onde o ativo está localizado. A maneira mais simples de rastreamento é aplicar um código de barras com um identificador exclusivo para cada ativo. O código pode então ser lido com um leitor de código de barras ou registrado cada vez que é movido de um ponto a outro ao longo da cadeia.

Hoje, todas essas etapas e movimentos podem ser registrados em um banco de dados de rastreamento centralizado para posterior análise e consulta.

A evolução da tecnologia eletrônica levou à introdução de dispositivos eletrônicos inovadores de baixa potência para rastreamento de ativos, como sensores de temperatura, umidade, choque / vibração e contaminantes, além de localizadores GPS.

Muito importantes nesta área também são os data loggers, dispositivos capazes de registrar e manter armazenadas as informações provenientes dos sensores referentes ao processo de rastreamento. A maioria dos registradores de dados usados ​​em aplicativos de rastreamento de ativos tem baixo consumo de energia e, portanto, podem ser alimentados por bateria. O diagrama à esquerda mostra alguns aplicativos clássicos de rastreamento de ativos que usam registradores de dados. Esses dispositivos incluem um sensor para adquirir os dados a serem registrados, um processador, memória não volátil para armazenamento de dados e um relógio em tempo real (RTC).

Alguns aplicativos típicos de rastreamento de ativos envolvendo registradores de dados

Os registradores de dados são comuns em sistemas de rastreamento de cadeia de frio, pois evitam ter que recorrer a conexões frequentes (normalmente via internet ou rede móvel) com o sistema centralizado.

Aplicativo de rastreamento de ativos de cadeia de frio

O monitoramento e registro da temperatura não são apenas essenciais para garantir a integridade do produto, mas também representam uma exigência imposta pela Federal Drug Administration (FDA) para monitorar a qualidade de alimentos, medicamentos e cosméticos.

É, portanto, necessário o uso de um dispositivo de baixa potência, alimentado por bateria, capaz de adquirir e armazenar a temperatura em intervalos regulares de tempo. Além do registrador de dados, também precisaremos de um microcontrolador de baixa potência, o cérebro real do sistema de rastreamento, capaz de executar algoritmos de controle de software e fazer interface com sensores, monitores e canais de comunicação serial ou USB.

Um exemplo de microcontrolador capaz de atender a esses requisitos é o ML630Q466 / Q464 da Lapis Technology (pertencente ao grupo Rohm), um microcontrolador de baixa potência de 32 bits baseado em um núcleo Arm Cortex-M0 + com dois tamanhos diferentes de flash ROM (128 KB / 64 KB) e capaz de suportar interface USB. Esses microcontroladores apresentam portas seriais diferentes para conectar vários sensores e registrar sua saída. Eles têm drivers de LCD integrados, RC-ADC para uma medição precisa de temperatura, controlador de velocidade total USB 2.0 e suporte a vários modos de relógio. Este nível de integração elimina a necessidade de muitos componentes externos, permitindo um design mais compacto. Conforme mostrado no diagrama abaixo, o MCU pode ser alimentado por bateria em virtude de seu baixo consumo de energia, ele pode gerenciar uma infinidade de sensores externos, um monitor, um canal de comunicação USB e um módulo para conectividade sem fio (opcional).

Há uma ampla seleção de sensores capazes de cobrir os requisitos de uma aplicação de rastreamento de cadeia de frio. Esses sensores incluem acelerômetros, sensores ópticos (luz ambiente, RGB), sensores de pressão baseados em MEMS e sensores magnéticos (Hall ICs e magnetômetros). Acelerômetros como KXTJ3-1057 podem ser usados ​​para detectar despertar de movimento, detecção de ângulo, detecção de impacto / queda livre, atividade, detecção de tap, saúde do motor e saúde da máquina.

Um microcontrolador de baixa potência de 32 bits adequado para a aplicação

Para sensores ópticos, os sensores de luz ambiente são ótimos para monitorar a intensidade da luz em um ambiente ou para controlar a luz de fundo do registrador de dados. Os sensores de cores RGB detectam mudanças de cor de um objeto, classificando produtos e combinando produtos de uma determinada cor.

Além disso, os sensores de pressão barométrica podem ajudar a detectar mudanças na altitude, navegação interna, estações meteorológicas e mudanças de pressão. Por último, os CIs Hall são ideais para detecção de porta, detecção wake-on, interruptores sem contato e posição frontal / traseira, enquanto magnetômetros são ótimos para detecção de localização / posição e usados ​​como eCompass para rastreadores.

Além da conectividade USB, a adição de um módulo capaz de suportar comunicação sem fio representa uma oportunidade fascinante, abrindo caminho para uma possível integração do sistema de rastreamento com a estrutura da Internet das coisas (IoT).

No espaço IoT conectado, os nós sensores oferecem os recursos necessários para registradores de dados de rastreamento de ativos. O compartilhamento de dados com outros ativos próximos e outras partes dos arredores permite que o rastreador de ativos tenha a imagem mais abrangente possível dos ambientes experimentados pelo ativo. Os módulos de comunicação sem fio incluem protocolos padrão como Bluetooth (especialmente de baixa potência), WiFi e outros protocolos IoT mais especializados.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Vezes.

---

Conteúdos Relacionados:

• A conectividade por satélite preenche a lacuna para os mercados IoT mal atendidos
• Renesas e Altran desenvolvem chipset vestível usando 3db Access UWB
• A falta de experiência e interoperabilidade ainda atrapalha a IoT na fábrica conectada
• Opções de tecnologia para distanciamento social em aplicativos de varejo
• A plataforma LoRa simplifica o design, reduz o BOM
• Sensores de temperatura apresentam alta precisão, baixo consumo de energia

Para obter mais informações sobre o Embedded, assine o boletim informativo semanal por e-mail da Embedded.