藥品倉儲無線溫濕度監控系統設計與實現

夏明娜，張瑞成，馬 征

（1.河北聯合大學，河北 唐山 063000；2.唐山職業技術學院，河北 唐山 063000；3.唐山市第二十三中學，河北 唐山 063020）

1 本系統設計意義

目前，溫濕度監控系統種類較多，但專門針對藥品倉儲環境溫濕度監控的系統并不多見，尤其是針對基層中小藥房的便攜型溫濕度監控系統更是少之又少。由于基層藥房藥品主要集銷售、倉儲于一體，大多面積不大、投資較少，選用現在市面上的分布式智能網絡型監控系統安裝繁瑣，且成本投入過大，顯然不易被中小藥品經營者所接受。因此，開發一款“實用、小巧、成本低、移動性好”專門應用于基層中小型藥品儲藏場所的溫濕度監控系統具有廣泛應用意義。

2 本系統的總體設計

本藥品倉儲無線溫濕度監控系統采用nRF905無線模塊進行數據傳輸，nRF905是挪威Nordic公司推出的一款單片射頻發射器芯片，采用32引腳5mm×5mmQFN封裝，工作于433、868、915MHz3 個 ISM（工業、科學和醫學）頻道，其中國內433頻段可以免費使用。另外，nRF905功耗很低，在以-10dBm的功率發射時，工作電流也只有11mA；而對應接收機的工作電流只有12.5mA，芯片可以軟件設置空閑模式、關機模式，易于節能設計。適合工業數據采集、無線報警及安全系統等諸多領用。采用該模塊解決了安裝過程中的布線環節，節省了安裝成本。

藥品倉儲無線溫濕度監控系統以環境溫度和濕度為測量對象，DTH11數字式溫濕度傳感器包含一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件，且可直接與單片機連接。采用DTH11數字溫濕度傳感器為系統的測量單元，可以同時完成溫度和濕度的采集任務。DTH11數字式傳感器具有體積小、功耗極低、響應快、抗干擾能力強和性價比高的特點，符合本系統的移動性、低功耗性、低成本的設計原則。另外，該傳感器信號傳輸距離可達20m以內，溫度測量范圍為0～50℃，濕度范圍為20～90%RH，測濕誤差為±5%RH，測溫誤差為±2℃。

3 本系統待解決的關鍵技術

本系統待解決的關鍵技術有以下幾個方面。

（1）數據傳輸距離問題。對于無線點對點的傳輸距離是有限的，室外也就100m左右，室內會衰減很大，采用中繼接力方式，在理論上可以無限的向前延伸，以達到通信的大面積覆蓋。

（2）通信頻率設置問題。因為無線通信的頻率好比人類語言，中國人要和法國人說話，如果語言不同是不能交流的，無線也一樣，只有收發雙方處于同一工作頻率，兩者才能建立通信。而且，在我們這個系統應用中，由于兩個節點同時發送數據，因此需要兩個節點的工作在不同頻率，以避免干擾。所以需要中繼節點不斷的切換頻率來實現和ID1 ID2之間輪詢通訊。

（3）網絡通信協議。由于傳感器節點能源能量的限制，計算能力、存儲能力以及通信能力有限，因此節點上運行的網絡通信協議不能太復雜。

（4）系統功耗。盡可能的減低藥品倉儲無線溫濕度監控系統的功耗，使節點安放好后可以長時間的工作，延長節點的電池使用壽命。

（5）成本。由于本藥品倉儲溫濕度監控系統的主要應用于基層的中小型藥品經營單位，成本和造價問題是本系統設計時需要重點考慮的問題。

4 本系統模塊化設計

根據對本藥品倉儲無線溫濕度監控系統的功能分析，暫設定兩個監測節點ID1和ID2，由兩節點采集到環境溫濕度數據后傳輸給中繼節點，由中繼節點將數據保存并傳送給接收終端進行顯示。藥品倉儲無線溫濕度監控系統的設計主要包括傳感器數據采集、無線數據收發、主控芯片處理等，由于傳輸距離和功率衰減問題，本系統還設計了中繼轉發功能，因此，本系統分為主控顯示終端模塊、中繼模塊和數據采集模塊三大模塊。主控顯示終端模塊功能在于接收傳感器終端的數據并對數據進行分析，最終作出控制策略；數據采集模塊功能在于由智能傳感器采集數據并將數據傳送給中繼模塊；中繼模塊將采集模塊的數據進行轉發給主控模塊。其系統結構如圖1 所示。

圖1 藥品倉儲無線溫濕度監控系統框圖

根據系統的結構模型和所要預期實現的功能，系統軟件設計采用模塊化設計。系統模塊主要包括主控顯示終端模塊、溫濕度采集模塊和中繼模塊三大模塊。在每個大模塊中又分為若干個小模塊，每個小模塊完成一個小任務。模塊化程序設計方法是編程過程中非常重要的一種方法。所謂模塊化就是將一個多功能復雜的程序劃分為若干個簡單的、功能單一的程序模塊。這種編程方法就好像我國古代的活字印刷術一樣，每一個功能制作成一個具體的“活字”，分別對這些模塊程序進行獨立的設計和調試，最后將模塊程序裝配成整體程序進行聯調。這種模塊化編程思想把大問題化成了小問題，把大任務化成了小任務有利于程序的設計和調試，也有利于程序的優化和分工，并且提高了程序的可讀性和可靠性。

藥品倉儲無線溫濕度監控系統的主控顯示終端模塊主要完成對傳來數據的監聽，然后將監聽到的數據送到LCD顯示屏進行顯示，與此同時，還將接收到的溫濕度數據與系統設置數據進行比較，當超出限定值時啟動相應報警電路及控制電路。采集節點上電啟動后設置其各自的工作頻率，初始化后每2s采集一次溫濕度傳感器數據并通過nRF905發送出去，與此同時顯示當前此節點采集到的溫濕度數據。

5 結語

本系統設計為產品化設計，旨在普及應用在基層中小藥房，因此在元件布局時首要考慮元件布局的緊湊性。要想保證布局的緊湊性，只有對元件布局進行優化，才能有效的降低布線難度和生產工藝要求。保證元件布局時使各模塊緊密契合，還需要注意各PCB之間的銜接，便于系統硬件的擴展。目前，本系統設計依賴于無線數據傳輸網絡完成了基本的環境溫濕度數據采集并實現簡單的控制功能。日后可進一步將本系統功能進行擴展，例如連接打印機及電腦將24小時監控數據記錄并打印，從而省去人工讀數和填表的工作。