一种基于单片机技术的生鲜冷链温度监控系统

黄友文，陈志鹏，刘光炜

（广州科技职业技术大学，广州 510550）

0 引言

目前，我国生鲜电商还有很大的发展空间。生鲜的价值在于产品的新鲜度，然而受运输过程长、时间跨度大、环境复杂、制冷技术等方面因素的影响生鲜产品品质会受损。特别是运输过程中温度变化对生鲜产品品质和口感的影响，导致消费者的复购率不高。迫切需要一种冷链物流运输箱，检测并反馈运输过程的温度，某个运输环节出现保温异常时，可以第一时间反馈给供应商、物流商和消费者。消费者通过实时温度检测信息，可以及时了解物流运输过程中的温度情况，从而提高消费复购生鲜品的信心。为此，本文专门设计了一种生鲜物流冷链运输温度监控管理系统。

1 系统设计

系统的应用模式为物流运输箱内布置数字温度传感器DS18B20，对箱内环境温度进行监控，通过STC89C52 单片机处理完数据后，将温度显示在4 位共阴极数码显示管上，如图1 所示。当环境温度异常且温度高于设置的第一警告限值时，通过单片机的串口中断传送方式，相应信息会发送到Air202 无线通讯模块，再通过通讯模块向供应商及物流商发送短信；当物流商收到第一警告限值时，马上检查温度异常原因，立刻采取措施弥补失误；如果不及时采取措施会导致箱内温度持续上升，到超温限值指标且持续时间大于限值时，通讯模块将向供应商和终端消费者同时发送物品超限值的手机短信，并显示运输箱具体温度。

图1 系统设计结构图

2 硬件设计

冷链运输温度监控管理系统的硬件设计参照图1，分为四个主要硬件模块，包括做为系统总控的STC89C52 单片机，温度检测反馈的DS18B20传感器，实时显示温度数据的数码显示管SMA420364L 和发送报警短信的Air202 无线通讯模块。

（1）STC89C52 单片机成本低，功耗低，抗干扰强，超大容量SRAM，最高达1280 字节SRAM，直接取代和兼容传统8051。运输监控测温系统中的最小模块电路设计原理如图2 所示。

图2 最小模块电路设计原理图

（2）DS18B20 传感器，体积小，单位成本较低，能实现精准感应和识别，在各种需要测温的场合尤其是生鲜电商运输包装体积较小的情况下很适用，非常适合布置在冷链物流运输箱里面。测温模块通过单片机的P2.2 口实时读取温度传感器的温度值，如图3 所示。

图3 温度传感器图

（3）数码显示管型号为SMA420364L，温度传感器的实时温度通过单片机转化为数值显示于数码管上。由于有四位数码管要显示，单片机不能满足输出口，需要增加数码管锁存器74HC573，通过段选位选实现只用一组IO 口输出，设计原理如图4 所示。

图4 数码管电路原理图

（4）Air202 无线通讯模块，采用银尔达公司型号为合宙Air202 2G/GPRS/GSM 模组无线物联网通信短信设备模块，高性价比，支持移运通信运营商2G；同时支持3.3V TTL 电平串口（UART）、RS485 通讯方式。客户可以直接适用AT 指令，Lua二次开发、DTU 透传固件，应用到自己的监控管理系统中。工作原理为实现串口数据与GPRS 网络之间的双向透明传输。air202 模块连接要求为air202 的RX 连接单片机P3.1/TXD，air202 的TX连接单片机P3.0/RXD。单片机与通讯模块电路连接如图5 所示。

图5 单片机与通讯模块电路连接图

3 软件设计

STC89C52 的程序通过编写C 语言程序，编译后形成机器代码提供给单片机使用，还可以先通过Keil uVision4 自带的检测调节功能进行调试，再由stc-isp 软件烧录程序进单片机。系统主程序的流程如图6 所示，首先系统初始化，接着启动温度检测程序，读取温度数据并通过单片机处理后发送到输出IO，通过数码管对温度进行实时显示。主程序以测温和显示温度为无限循环运行。待检测温度到达第一警告限值温度时，进入第一警告子程序，如果温度还持续上升至超温限值时，进入第二超温报警子程序。

图6 单片机系统程序流程图

第一警告子程序和第二超温子程序设计都是发送报警信息，主要通过串口通信发送到Air202无线通讯模块。单片机串口通信子程序运行如下：首先要进行串口的初始化。SCON=0x50（SCON：模式1，8-bit UART，使能接收）；TMOD|=0x20（TMOD：timer 1，mode 2，8-bit 重装）；TH1=0xFD（TH1：重装值9600）；TR1=1（timer 1 打开）；EA=1（打开总中断）；ES=1（打开串口中断）。然后，串口发送一个字节的编程，将短信息字符送入SBUF，再把中断标志位清零。

Air202 无线通讯模块的应用需要安装可以正常收发短信的手机卡一张（Micro SIM 卡），关键和难点是Air202 无线通讯模块串口通信，包括手机短消息的用户数据区编码、通信模式设定、设置TEXT 模式和电脑模拟测试、手机短信的发送格式、发送短信的核心指令。电脑模拟测试可使用格西烽火软件连接电脑测试；手机接口利用AT 指令集。例如，需要PDU 模式发送消息“温度超高，请检查您的冻品是否损坏”则需要：（1）AT+CPIN? （查询卡是否插好）；（2）AT+CSMS=1 （设在短信服务）；（3）AT+CSMP=17，167，0，8 （设置TEXT 模式参数中文模式）；（4）AT+CMGS=“13899999999“ （发送短信的手机号码）（5）＞0011100D91688199 382383F9000800226E295EA68D859AD8FF0C8BF7 68C067E560A8768451BB54C1662F5426635F574FF F1F（发短信内容为：温度超高，请检查您的冻品是否损坏）。如果在电脑端完成（1）（2）（3）设置后，只需要在单片机程序端写入（4）（5），分别是手机号码和短信内容，从而达到快速发送报警信息的目的。

4 结语

借助于单片机发送命令，通过数字温度传感器定时对冷链物流运输箱环境温度进行检测，处理温度数据转换后再作计算比较，如果温度传感器检测的温度在正常范围内，则只在数码管显示温度：如果超限温，就可以通过串口通信控制无线通讯模块给用户发送报警信息，用户为供应商、终端消费者，也可以增加报警铃声让物流商快速整改。测温管理系统使供应商、运输方和终端消费者对冷冻产品温度的监测控制更为便捷。既可以监督物流商更好地去完善物流服务方案与流程，又能使消费者实时掌握自己所购生鲜产品在物流运输过程中的温度，对品质管控有更多的了解，从而提升购买生鲜产品的信心，促进生鲜行业健康有序发展。