許為龍 張洪賓 鄭琳

【摘要】系統(tǒng)是基于無線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的、以單片機(jī)STM32為核心的冷鏈物流貨柜監(jiān)測系統(tǒng)。SHT20溫濕度傳感器檢測冷鏈物流貨柜周圍的溫濕度，當(dāng)周圍溫濕度達(dá)到設(shè)定的閾值，繼電器將工作，其會(huì)自動(dòng)將加濕器與制冷設(shè)備打開，直到達(dá)到設(shè)置的預(yù)定閾值。當(dāng)周圍溫濕度達(dá)到設(shè)定的閾值，繼電器也將工作，其會(huì)自動(dòng)將加濕器與制冷設(shè)備關(guān)閉，并且打開風(fēng)扇進(jìn)行散熱與除濕，直到達(dá)到設(shè)置的預(yù)定閾值。當(dāng)煙霧濃度傳感器檢測冷鏈物流貨柜周圍有煙霧的時(shí)候，繼電器也將控制風(fēng)扇工作，將自動(dòng)把冷鏈物流貨柜周圍的煙霧排走并報(bào)警。

【關(guān)鍵詞】冷鏈物流貨柜;遠(yuǎn)程控制;低功耗

1. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無線信號(hào)接收系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊組成，分別為單片機(jī)、無線收發(fā)模塊、聲光報(bào)警裝置、傳感模塊、四路繼電器控制模塊等。（圖1.1）

2. 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

STM32F103C8中性能低功耗系列產(chǎn)品集成了高性能Cortex-M3內(nèi)核，屬于商業(yè)級的處理器，其可工作溫度范圍可以達(dá)到零下40度至零上105度，寬電壓供電方式，電壓范圍在2.0至3.6 V之間，自帶的省電模式可以實(shí)現(xiàn)低功耗應(yīng)用的設(shè)計(jì)。這些特性使STM32F103C8T6微控制器系列十分適用于智能家居方面的應(yīng)用

2.2 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

LCD1602的液晶顯示模塊能夠和單片機(jī)STM32直接接入，DB8～DB15和單片機(jī)PB8～PB15的連接方便了數(shù)據(jù)的傳送和接收，4、5、6管腳分別和STM32單片機(jī)的PB0、地和PB1相連接。

2.3 溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)

SHT20數(shù)字式溫濕度傳感器可以精確測量的溫度范圍在0℃至60℃之間。SHT20溫度傳感器共引出有四個(gè)引腳，其中VCC、GND、I2C_SDA、I2C_SCL別接在單片機(jī)的電源正VCC、電源負(fù)GND、PB1、PB10，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與SHT20溫濕度傳感器模塊之間的通訊和時(shí)鐘同步的功能。其一般采用IIC總線數(shù)據(jù)傳送的格式。

2.4 無線通信模塊電路設(shè)計(jì)

無線通信模塊利用串口連接的方式與單片機(jī)進(jìn)行連接，將ESP8266無線通信模塊的數(shù)據(jù)管腳（TXD/RXD）引腳，與單片機(jī)第二串口的數(shù)據(jù)引腳（RXD/TXD）相連接，通過串口通信的方式，將單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸給ESP8266無線模塊，ESP8266無線模塊利用家中無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)上傳到One-NET平臺(tái)上進(jìn)行顯示，并且做到了One-NET平臺(tái)對單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

2.5 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)

獨(dú)立按鍵電路具有四個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)一鍵貨柜升溫、一鍵貨柜降溫、一鍵貨柜加濕、一鍵貨柜干燥等功能，將獨(dú)立按鍵分別與單片機(jī)的PA0、PA11、PA12、PA15四個(gè)IO口相連接，當(dāng)按鍵按下，單片機(jī)相應(yīng)IO口檢測到低電平，然后程序根據(jù)所檢測到的IO口，控制繼電器工作，實(shí)現(xiàn)按鍵調(diào)節(jié)貨柜內(nèi)部溫濕度的功能。

2.6 繼電器電路設(shè)計(jì)

冷鏈物流貨柜控制系統(tǒng)中具有一鍵貨柜升溫、一鍵貨柜降溫、一鍵貨柜干燥、一鍵貨柜加濕等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要單片機(jī)進(jìn)行控制。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的這些電器的功率都較高，用單片機(jī)直接進(jìn)行控制是不可能的，所以設(shè)計(jì)了繼電器電路進(jìn)行控制。

3. 軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

主程序具體流程為：設(shè)備上電開機(jī)之后，進(jìn)行硬件初始化，用戶可以通過按鍵進(jìn)行模式選擇，選擇是手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式，如果沒有選擇會(huì)默認(rèn)為自動(dòng)模式。然后是初始化無線通信模塊ESP8266，當(dāng)連接成功的時(shí)候蜂鳴器會(huì)連續(xù)短促的鳴響三聲。然后傳感器開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如果采集的數(shù)據(jù)超過程序預(yù)先設(shè)定的閾值，那么單片機(jī)會(huì)控制繼電器和電機(jī)工作，將改變冷鏈物流柜柜內(nèi)的環(huán)境狀況，實(shí)現(xiàn)加熱、制冷、加濕或者干燥的功能。如果是手動(dòng)模式下，使用者可以通過OneNET平臺(tái)上顯示的貨柜中的溫濕度，通過按鍵進(jìn)行對冷鏈物流柜控制，共有四個(gè)按鍵分別控制冷鏈物流柜的加熱、制冷、加濕、或者干燥的功能。如果超過預(yù)先所設(shè)定的閾值將會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警來提示用戶并自動(dòng)處理。單片機(jī)在控制冷鏈物流柜中的繼電器動(dòng)作的同時(shí)還會(huì)將數(shù)據(jù)上傳到OneNET平臺(tái)，可以使用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控或者控制冷鏈物流柜。

3.2 無線通信程序設(shè)計(jì)

通過下載器將無線路由器的賬號(hào)和密碼燒錄到ESP8266無線通信模塊當(dāng)中。使其可以連接無線路由器進(jìn)行無線通信。

ESP8266無線通信模塊與平臺(tái)建立通信關(guān)系。ESP8266無線模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)One-NET平臺(tái)進(jìn)行通信，通過串行通信的方式與主控進(jìn)行通信。使用上位機(jī)中的串口調(diào)試助手，波特率設(shè)置為115200，將串口助手設(shè)置接收數(shù)據(jù)類型為字符串類型，若與平臺(tái)通信成功，串口助手界面上則顯示“連接成功”字樣。

使用物聯(lián)網(wǎng)One-NET平臺(tái)的EDP協(xié)議與無線模塊進(jìn)行雙向通信，物聯(lián)網(wǎng)One-NET平臺(tái)可以通過無線通信模塊與主控進(jìn)行控制，主控也可以通過ESP8266無線模塊向One-NET平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向通信。

4. 系統(tǒng)調(diào)試

啟動(dòng)電源，默認(rèn)為自動(dòng)模式，蜂鳴器會(huì)連續(xù)短促的鳴響三聲，表示連接成功。打開OneNET平臺(tái)顯示的貨柜中的溫濕度，傳感器開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如果采集的數(shù)據(jù)超過程序預(yù)先設(shè)定的閾值，那么單片機(jī)會(huì)控制繼電器和電機(jī)工作，將改變冷鏈物流柜柜內(nèi)的環(huán)境狀況，實(shí)現(xiàn)加熱、制冷、加濕或者干燥的功能。如果按下按鍵改為手動(dòng)模式，則通過按鍵進(jìn)行對冷鏈物流柜控制，共有四個(gè)按鍵分別控制冷鏈物流柜的加熱、制冷、加濕、或者干燥的功能。

5. 結(jié)論

物流系統(tǒng)使用SHT20溫濕度檢測傳感器、MQ-2煙霧檢測傳感器檢測物流貨柜中的溫濕度以及對物流貨柜中發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警，整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格低廉，操作容易。物流系統(tǒng)硬件部分使用AMS1117穩(wěn)壓模塊，繼電器模塊、蜂鳴器預(yù)警模塊、ESP8266無線模塊等多個(gè)硬件模塊，組成整個(gè)物流貨柜硬件電路部分，整體電路設(shè)計(jì)合理。

冷鏈物流貨柜系統(tǒng)使用ESP8266無線模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，該模塊具有很好的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且可以利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，操作簡單、方便。本設(shè)計(jì)基本解決了冷鏈物流貨柜遠(yuǎn)程控制檢測的問題，但還存在許多不足之處以及待改進(jìn)之處：溫濕度閾值更改部分，不能實(shí)現(xiàn)在線修改，并且系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)部分存在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定的問題。

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作者簡介：許為龍、張洪賓，男，沈陽工學(xué)院，學(xué)生。鄭琳（通訊作者），女，漢族，遼寧人，沈陽工學(xué)院，教師，講師，碩士學(xué)位。