冷链物流货柜监测系统的设计与实现

许为龙 张洪宾 郑琳

【摘要】系统是基于无线网络开发的、以单片机STM32为核心的冷链物流货柜监测系统。SHT20温湿度传感器检测冷链物流货柜周围的温湿度，当周围温湿度达到设定的阈值，继电器将工作，其会自动将加湿器与制冷设备打开，直到达到设置的预定阈值。当周围温湿度达到设定的阈值，继电器也将工作，其会自动将加湿器与制冷设备关闭，并且打开风扇进行散热与除湿，直到达到设置的预定阈值。当烟雾浓度传感器检测冷链物流货柜周围有烟雾的时候，继电器也将控制风扇工作，将自动把冷链物流货柜周围的烟雾排走并报警。

【关键词】冷链物流货柜;远程控制;低功耗

1. 系统方案设计

无线信号接收系统由以下几个模块组成，分别为单片机、无线收发模块、声光报警装置、传感模块、四路继电器控制模块等。（图1.1）

2. 硬件设计

2.1 单片机系统电路设计

STM32F103C8中性能低功耗系列产品集成了高性能Cortex-M3内核，属于商业级的处理器，其可工作温度范围可以达到零下40度至零上105度，宽电压供电方式，电压范围在2.0至3.6 V之间，自带的省电模式可以实现低功耗应用的设计。这些特性使STM32F103C8T6微控制器系列十分适用于智能家居方面的应用

2.2 液晶显示模块设计

LCD1602的液晶显示模块能够和单片机STM32直接接入，DB8～DB15和单片机PB8～PB15的连接方便了数据的传送和接收，4、5、6管脚分别和STM32单片机的PB0、地和PB1相连接。

2.3 温湿度检测电路设计

SHT20数字式温湿度传感器可以精确测量的温度范围在0℃至60℃之间。SHT20温度传感器共引出有四个引脚，其中VCC、GND、I2C_SDA、I2C_SCL别接在单片机的电源正VCC、电源负GND、PB1、PB10，用于实现单片机与SHT20温湿度传感器模块之间的通讯和时钟同步的功能。其一般采用IIC总线数据传送的格式。

2.4 无线通信模块电路设计

无线通信模块利用串口连接的方式与单片机进行连接，将ESP8266无线通信模块的数据管脚（TXD/RXD）引脚，与单片机第二串口的数据引脚（RXD/TXD）相连接，通过串口通信的方式，将单片机数据传输给ESP8266无线模块，ESP8266无线模块利用家中无线网络，将数据上传到One-NET平台上进行显示，并且做到了One-NET平台对单片机的远程控制。

2.5 独立按键电路设计

独立按键电路具有四个按键，分别实现一键货柜升温、一键货柜降温、一键货柜加湿、一键货柜干燥等功能，将独立按键分别与单片机的PA0、PA11、PA12、PA15四个IO口相连接，当按键按下，单片机相应IO口检测到低电平，然后程序根据所检测到的IO口，控制继电器工作，实现按键调节货柜内部温湿度的功能。

2.6 继电器电路设计

冷链物流货柜控制系统中具有一键货柜升温、一键货柜降温、一键货柜干燥、一键货柜加湿等功能，这些功能的实现都需要单片机进行控制。因为单片机的这些电器的功率都较高，用单片机直接进行控制是不可能的，所以设计了继电器电路进行控制。

3. 软件设计

3.1 系统主程序设计

主程序具体流程为：设备上电开机之后，进行硬件初始化，用户可以通过按键进行模式选择，选择是手动模式还是自动模式，如果没有选择会默认为自动模式。然后是初始化无线通信模块ESP8266，当连接成功的时候蜂鸣器会连续短促的鸣响三声。然后传感器开始进行数据采集，如果采集的数据超过程序预先设定的阈值，那么单片机会控制继电器和电机工作，将改变冷链物流柜柜内的环境状况，实现加热、制冷、加湿或者干燥的功能。如果是手动模式下，使用者可以通过OneNET平台上显示的货柜中的温湿度，通过按键进行对冷链物流柜控制，共有四个按键分别控制冷链物流柜的加热、制冷、加湿、或者干燥的功能。如果超过预先所设定的阈值将会进行声光报警来提示用户并自动处理。单片机在控制冷链物流柜中的继电器动作的同时还会将数据上传到OneNET平台，可以使用户远程监控或者控制冷链物流柜。

3.2 无线通信程序设计

通过下载器将无线路由器的账号和密码烧录到ESP8266无线通信模块当中。使其可以连接无线路由器进行无线通信。

ESP8266无线通信模块与平台建立通信关系。ESP8266无线模块通过无线网络与物联网One-NET平台进行通信，通过串行通信的方式与主控进行通信。使用上位机中的串口调试助手，波特率设置为115200，将串口助手设置接收数据类型为字符串类型，若与平台通信成功，串口助手界面上则显示“连接成功”字样。

使用物联网One-NET平台的EDP协议与无线模块进行双向通信，物联网One-NET平台可以通过无线通信模块与主控进行控制，主控也可以通过ESP8266无线模块向One-NET平台上传数据，实现双向通信。

4. 系统调试

启动电源，默认为自动模式，蜂鸣器会连续短促的鸣响三声，表示连接成功。打开OneNET平台显示的货柜中的温湿度，传感器开始进行数据采集，如果采集的数据超过程序预先设定的阈值，那么单片机会控制继电器和电机工作，将改变冷链物流柜柜内的环境状况，实现加热、制冷、加湿或者干燥的功能。如果按下按键改为手动模式，则通过按键进行对冷链物流柜控制，共有四个按键分别控制冷链物流柜的加热、制冷、加湿、或者干燥的功能。

5. 结论

物流系统使用SHT20温湿度检测传感器、MQ-2烟雾检测传感器检测物流货柜中的温湿度以及对物流货柜中发生火灾进行预警，整个系统价格低廉，操作容易。物流系统硬件部分使用AMS1117稳压模块，继电器模块、蜂鸣器预警模块、ESP8266无线模块等多个硬件模块，组成整个物流货柜硬件电路部分，整体电路设计合理。

冷链物流货柜系统使用ESP8266无线模块实现系统网络连接，该模块具有很好的抗干扰能力，保证了系统的稳定性，并且可以利用無线网络进行网络连接，操作简单、方便。本设计基本解决了冷链物流货柜远程控制检测的问题，但还存在许多不足之处以及待改进之处：温湿度阈值更改部分，不能实现在线修改，并且系统联网部分存在网络连接不稳定的问题。

参考文献：

[1]李启晨. 冷链追溯系统智能传感器的设计与实现[D].北京交通大学，2018.

[2]张凯，陈令芳，张恒，杨靖，张姗姗.基于STM32的冷链物流监测系统的设计[J].现代电子技术，2018，41（04）.

[3]吁洵哲，梁宵，黄喆，杨金永.冷链运输温湿度远程监控系统[J].计算机产品与流通，2017（11）.

[4]邵赫灵. 冷链物流监控系统设计及配送优化[D].河北大学，2017.

作者简介：许为龙、张洪宾，男，沈阳工学院，学生。郑琳（通讯作者），女，汉族，辽宁人，沈阳工学院，教师，讲师，硕士学位。