药品仓储无线温湿度监控系统设计与实现

夏明娜，张瑞成，马 征

（1.河北联合大学，河北 唐山 063000；2.唐山职业技术学院，河北 唐山 063000；3.唐山市第二十三中学，河北 唐山 063020）

1 本系统设计意义

目前，温湿度监控系统种类较多，但专门针对药品仓储环境温湿度监控的系统并不多见，尤其是针对基层中小药房的便携型温湿度监控系统更是少之又少。由于基层药房药品主要集销售、仓储于一体，大多面积不大、投资较少，选用现在市面上的分布式智能网络型监控系统安装繁琐，且成本投入过大，显然不易被中小药品经营者所接受。因此，开发一款“实用、小巧、成本低、移动性好”专门应用于基层中小型药品储藏场所的温湿度监控系统具有广泛应用意义。

2 本系统的总体设计

本药品仓储无线温湿度监控系统采用nRF905无线模块进行数据传输，nRF905是挪威Nordic公司推出的一款单片射频发射器芯片，采用32引脚5mm×5mmQFN封装，工作于433、868、915MHz3 个 ISM（工业、科学和医学）频道，其中国内433频段可以免费使用。另外，nRF905功耗很低，在以-10dBm的功率发射时，工作电流也只有11mA；而对应接收机的工作电流只有12.5mA，芯片可以软件设置空闲模式、关机模式，易于节能设计。适合工业数据采集、无线报警及安全系统等诸多领用。采用该模块解决了安装过程中的布线环节，节省了安装成本。

药品仓储无线温湿度监控系统以环境温度和湿度为测量对象，DTH11数字式温湿度传感器包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，且可直接与单片机连接。采用DTH11数字温湿度传感器为系统的测量单元，可以同时完成温度和湿度的采集任务。DTH11数字式传感器具有体积小、功耗极低、响应快、抗干扰能力强和性价比高的特点，符合本系统的移动性、低功耗性、低成本的设计原则。另外，该传感器信号传输距离可达20m以内，温度测量范围为0～50℃，湿度范围为20～90%RH，测湿误差为±5%RH，测温误差为±2℃。

3 本系统待解决的关键技术

本系统待解决的关键技术有以下几个方面。

（1）数据传输距离问题。对于无线点对点的传输距离是有限的，室外也就100m左右，室内会衰减很大，采用中继接力方式，在理论上可以无限的向前延伸，以达到通信的大面积覆盖。

（2）通信频率设置问题。因为无线通信的频率好比人类语言，中国人要和法国人说话，如果语言不同是不能交流的，无线也一样，只有收发双方处于同一工作频率，两者才能建立通信。而且，在我们这个系统应用中，由于两个节点同时发送数据，因此需要两个节点的工作在不同频率，以避免干扰。所以需要中继节点不断的切换频率来实现和ID1 ID2之间轮询通讯。

（3）网络通信协议。由于传感器节点能源能量的限制，计算能力、存储能力以及通信能力有限，因此节点上运行的网络通信协议不能太复杂。

（4）系统功耗。尽可能的减低药品仓储无线温湿度监控系统的功耗，使节点安放好后可以长时间的工作，延长节点的电池使用寿命。

（5）成本。由于本药品仓储温湿度监控系统的主要应用于基层的中小型药品经营单位，成本和造价问题是本系统设计时需要重点考虑的问题。

4 本系统模块化设计

根据对本药品仓储无线温湿度监控系统的功能分析，暂设定两个监测节点ID1和ID2，由两节点采集到环境温湿度数据后传输给中继节点，由中继节点将数据保存并传送给接收终端进行显示。药品仓储无线温湿度监控系统的设计主要包括传感器数据采集、无线数据收发、主控芯片处理等，由于传输距离和功率衰减问题，本系统还设计了中继转发功能，因此，本系统分为主控显示终端模块、中继模块和数据采集模块三大模块。主控显示终端模块功能在于接收传感器终端的数据并对数据进行分析，最终作出控制策略；数据采集模块功能在于由智能传感器采集数据并将数据传送给中继模块；中继模块将采集模块的数据进行转发给主控模块。其系统结构如图1 所示。

图1 药品仓储无线温湿度监控系统框图

根据系统的结构模型和所要预期实现的功能，系统软件设计采用模块化设计。系统模块主要包括主控显示终端模块、温湿度采集模块和中继模块三大模块。在每个大模块中又分为若干个小模块，每个小模块完成一个小任务。模块化程序设计方法是编程过程中非常重要的一种方法。所谓模块化就是将一个多功能复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程序模块。这种编程方法就好像我国古代的活字印刷术一样，每一个功能制作成一个具体的“活字”，分别对这些模块程序进行独立的设计和调试，最后将模块程序装配成整体程序进行联调。这种模块化编程思想把大问题化成了小问题，把大任务化成了小任务有利于程序的设计和调试，也有利于程序的优化和分工，并且提高了程序的可读性和可靠性。

药品仓储无线温湿度监控系统的主控显示终端模块主要完成对传来数据的监听，然后将监听到的数据送到LCD显示屏进行显示，与此同时，还将接收到的温湿度数据与系统设置数据进行比较，当超出限定值时启动相应报警电路及控制电路。采集节点上电启动后设置其各自的工作频率，初始化后每2s采集一次温湿度传感器数据并通过nRF905发送出去，与此同时显示当前此节点采集到的温湿度数据。

5 结语

本系统设计为产品化设计，旨在普及应用在基层中小药房，因此在元件布局时首要考虑元件布局的紧凑性。要想保证布局的紧凑性，只有对元件布局进行优化，才能有效的降低布线难度和生产工艺要求。保证元件布局时使各模块紧密契合，还需要注意各PCB之间的衔接，便于系统硬件的扩展。目前，本系统设计依赖于无线数据传输网络完成了基本的环境温湿度数据采集并实现简单的控制功能。日后可进一步将本系统功能进行扩展，例如连接打印机及电脑将24小时监控数据记录并打印，从而省去人工读数和填表的工作。