冷藏集裝箱溫濕度實時監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

汪小愉++陶麗芳

摘 要：針對海洋運輸和遠洋漁業(yè)中的冷藏集裝箱運輸問題，提出一種無線的溫濕度采集設計方案，采用無線多通道收發(fā)通信芯片NRF905和數(shù)字式濕度傳感器SHT10及溫度傳感器DS18B20，將新型傳感器技術和無線通信技術結合，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點的硬件和軟件進行設計，研究基于單片機的冷藏集裝箱無線溫濕實時監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：NRF905 SHT10 DS18B20 無線實時監(jiān)控

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0042-02

在當代海洋運輸和遠洋漁業(yè)中，已經(jīng)大范圍采用冷藏集裝箱運輸技術，因此，對冷藏集裝箱的工作狀態(tài)（主要是溫度和濕度）進行遠程監(jiān)控已經(jīng)成為國內(nèi)外交通運輸界和制冷屆的共識。傳統(tǒng)的做法是現(xiàn)場監(jiān)測即人工定時測量，這樣不但要消耗大量的人力，而且不能夠做到實時監(jiān)控。特別是當船上船員不多的情況，加上其技術不成熟、經(jīng)驗有限，所以單靠船員的工作已經(jīng)遠遠不能滿足大型冷藏集裝箱運輸?shù)囊蟆?/p>

1 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要通過溫度傳感器、濕度傳感器以及氣體傳感器檢測集裝箱中的溫濕度及各氣體濃度情況，并由AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將檢測的數(shù)據(jù)傳送到單片機中，通過LED顯示實時溫濕度等情況。當溫度與濕度超過設定值時報警系統(tǒng)開始報警，人們可以及時地通過外界的條件去改變集裝箱中的溫濕度，從而使集裝箱中的溫濕度及氣體狀況保持在一個合適的范圍中。

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構框圖如圖1所示：主要包括若干個傳感器節(jié)點和與傳感器節(jié)點無線連接的監(jiān)控終端兩大模塊。其中傳感器節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集器、微處理器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊，微處理器分別與數(shù)據(jù)采集器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊電連接，傳感器節(jié)點設于冷藏集裝箱內(nèi)；而數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器、濕度傳感器和若干個氣體傳感器；監(jiān)控終端包括第二無線通信模塊、控制器、存儲器和顯示器，控制器分別與第二無線通信模塊、顯示器和存儲器電連接。

2 溫濕度采集系統(tǒng)硬件設計

2.1 濕度采集實現(xiàn)過程

STH10是電容式濕度傳感器，實現(xiàn)功能的基本原理是在傳感器基片上覆有感濕材料形成的感濕膜，空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，電容量會隨著空氣濕度的增大而增大。利用這一特性，便能把所采集的濕度信號參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號進行測量。通過SHT10實現(xiàn)濕度的實時數(shù)據(jù)采集后，該節(jié)點通過無線方式與中心數(shù)據(jù)傳遞節(jié)點通信，在此主要用到NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，由此，中心節(jié)點可通過串口或其他總線方式連接到用戶監(jiān)控終端。

STH10濕度傳感器可測量濕度范圍大，誤差相對小，完全足以滿足冷藏集裝箱內(nèi)濕度大的環(huán)境特點，同時，較之傳統(tǒng)的觀念中的干濕球濕度計在準確度上更有著絕對的優(yōu)勢。

2.2 溫度采集實現(xiàn)過程

該部分設計中主要通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20將外部電源直接接到DS18B20的VDD上，這種方式下單片機的一個I/O口線上可以接一片或多片DS18B20芯片。作為常用的溫度傳感器，DS18B20具有體積小，硬件開消低，抗干擾能力強，精度高的特點。

2.3 無線收發(fā)模塊

由于傳統(tǒng)溫濕度信息有線采集系統(tǒng)具有移動性差和難以安裝維護的特點，該環(huán)節(jié)設計采用NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，實現(xiàn)多點溫濕度的無線實時監(jiān)控。有效提高了監(jiān)控效率，降低了勞動成本。

系統(tǒng)選用的超小型、超低功耗的 NRF905作為無線收發(fā)模塊，它由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。其次，它功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內(nèi)建空間模式與關機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。

2.4 顯示模塊

系統(tǒng)使用的液晶模塊是LCM-1602字符型液晶模塊，具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。該部分電路功能主要將主機處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，該模塊與單片機連接簡單，只需一個8位I/O口與液晶模塊的8位數(shù)據(jù)端相連，再用三位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E相接。

3 軟件實現(xiàn)

溫度采集系統(tǒng)由DS18B20采集冷藏集裝箱當前溫度值，送入單片機，并將溫度值寫入寄存器中，將溫度值按位分別提取存入數(shù)組中，最后在LCD上顯示數(shù)組中的數(shù)值，即當前溫度值。溫度采集流程圖如圖2所示。

濕度采集是先由濕度傳感器將濕度裝換成相應的電壓，由輸出口輸出，接入SHT10，由其將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量（電壓值），送入單片機中。再根據(jù)濕度值與濕度傳感器輸出端的電壓的相對關系列出關系式，在程序中調(diào)用關系式，算出相應的濕度值，再由LCD顯示。濕度采集的流程圖如圖3所示。

4 仿真顯示（見圖4、圖5）

5 結語

信息化的管理方法是信息技術普及和發(fā)展的必然趨勢，是社會信息化的重要組成部分。將單片機技術運用到冷藏集裝箱溫濕度監(jiān)控中能大大提高監(jiān)控效率和準確性，克服以前現(xiàn)場測量與檢測的缺點，可以節(jié)省人力，同時更能保證實時準確地監(jiān)控冷藏集裝箱的工作狀態(tài)。在研究成熟后可以廣泛應用于遠洋運輸領域，對我國海洋資源的開發(fā)保護具有深遠意義。

參考文獻

[1] 袁連余.基于PLC的倉庫溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計[J].機械工程與自動化，2012.

[2] 鄭剛.冷藏集裝箱裝箱的技術要點[J].理論科學.

[3] 陳寶均，申建邦，等.太陽能供電的糧庫無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應用[J].糧油食品科技，2010.

[4] 馬俊，陳學煌.基于DSP的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2007（12）.endprint

摘 要：針對海洋運輸和遠洋漁業(yè)中的冷藏集裝箱運輸問題，提出一種無線的溫濕度采集設計方案，采用無線多通道收發(fā)通信芯片NRF905和數(shù)字式濕度傳感器SHT10及溫度傳感器DS18B20，將新型傳感器技術和無線通信技術結合，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點的硬件和軟件進行設計，研究基于單片機的冷藏集裝箱無線溫濕實時監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：NRF905 SHT10 DS18B20 無線實時監(jiān)控

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0042-02

在當代海洋運輸和遠洋漁業(yè)中，已經(jīng)大范圍采用冷藏集裝箱運輸技術，因此，對冷藏集裝箱的工作狀態(tài)（主要是溫度和濕度）進行遠程監(jiān)控已經(jīng)成為國內(nèi)外交通運輸界和制冷屆的共識。傳統(tǒng)的做法是現(xiàn)場監(jiān)測即人工定時測量，這樣不但要消耗大量的人力，而且不能夠做到實時監(jiān)控。特別是當船上船員不多的情況，加上其技術不成熟、經(jīng)驗有限，所以單靠船員的工作已經(jīng)遠遠不能滿足大型冷藏集裝箱運輸?shù)囊蟆?/p>

1 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要通過溫度傳感器、濕度傳感器以及氣體傳感器檢測集裝箱中的溫濕度及各氣體濃度情況，并由AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將檢測的數(shù)據(jù)傳送到單片機中，通過LED顯示實時溫濕度等情況。當溫度與濕度超過設定值時報警系統(tǒng)開始報警，人們可以及時地通過外界的條件去改變集裝箱中的溫濕度，從而使集裝箱中的溫濕度及氣體狀況保持在一個合適的范圍中。

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構框圖如圖1所示：主要包括若干個傳感器節(jié)點和與傳感器節(jié)點無線連接的監(jiān)控終端兩大模塊。其中傳感器節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集器、微處理器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊，微處理器分別與數(shù)據(jù)采集器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊電連接，傳感器節(jié)點設于冷藏集裝箱內(nèi)；而數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器、濕度傳感器和若干個氣體傳感器；監(jiān)控終端包括第二無線通信模塊、控制器、存儲器和顯示器，控制器分別與第二無線通信模塊、顯示器和存儲器電連接。

2 溫濕度采集系統(tǒng)硬件設計

2.1 濕度采集實現(xiàn)過程

STH10是電容式濕度傳感器，實現(xiàn)功能的基本原理是在傳感器基片上覆有感濕材料形成的感濕膜，空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，電容量會隨著空氣濕度的增大而增大。利用這一特性，便能把所采集的濕度信號參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號進行測量。通過SHT10實現(xiàn)濕度的實時數(shù)據(jù)采集后，該節(jié)點通過無線方式與中心數(shù)據(jù)傳遞節(jié)點通信，在此主要用到NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，由此，中心節(jié)點可通過串口或其他總線方式連接到用戶監(jiān)控終端。

STH10濕度傳感器可測量濕度范圍大，誤差相對小，完全足以滿足冷藏集裝箱內(nèi)濕度大的環(huán)境特點，同時，較之傳統(tǒng)的觀念中的干濕球濕度計在準確度上更有著絕對的優(yōu)勢。

2.2 溫度采集實現(xiàn)過程

該部分設計中主要通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20將外部電源直接接到DS18B20的VDD上，這種方式下單片機的一個I/O口線上可以接一片或多片DS18B20芯片。作為常用的溫度傳感器，DS18B20具有體積小，硬件開消低，抗干擾能力強，精度高的特點。

2.3 無線收發(fā)模塊

由于傳統(tǒng)溫濕度信息有線采集系統(tǒng)具有移動性差和難以安裝維護的特點，該環(huán)節(jié)設計采用NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，實現(xiàn)多點溫濕度的無線實時監(jiān)控。有效提高了監(jiān)控效率，降低了勞動成本。

系統(tǒng)選用的超小型、超低功耗的 NRF905作為無線收發(fā)模塊，它由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。其次，它功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內(nèi)建空間模式與關機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。

2.4 顯示模塊

系統(tǒng)使用的液晶模塊是LCM-1602字符型液晶模塊，具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。該部分電路功能主要將主機處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，該模塊與單片機連接簡單，只需一個8位I/O口與液晶模塊的8位數(shù)據(jù)端相連，再用三位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E相接。

3 軟件實現(xiàn)

溫度采集系統(tǒng)由DS18B20采集冷藏集裝箱當前溫度值，送入單片機，并將溫度值寫入寄存器中，將溫度值按位分別提取存入數(shù)組中，最后在LCD上顯示數(shù)組中的數(shù)值，即當前溫度值。溫度采集流程圖如圖2所示。

濕度采集是先由濕度傳感器將濕度裝換成相應的電壓，由輸出口輸出，接入SHT10，由其將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量（電壓值），送入單片機中。再根據(jù)濕度值與濕度傳感器輸出端的電壓的相對關系列出關系式，在程序中調(diào)用關系式，算出相應的濕度值，再由LCD顯示。濕度采集的流程圖如圖3所示。

4 仿真顯示（見圖4、圖5）

5 結語

信息化的管理方法是信息技術普及和發(fā)展的必然趨勢，是社會信息化的重要組成部分。將單片機技術運用到冷藏集裝箱溫濕度監(jiān)控中能大大提高監(jiān)控效率和準確性，克服以前現(xiàn)場測量與檢測的缺點，可以節(jié)省人力，同時更能保證實時準確地監(jiān)控冷藏集裝箱的工作狀態(tài)。在研究成熟后可以廣泛應用于遠洋運輸領域，對我國海洋資源的開發(fā)保護具有深遠意義。

參考文獻

[1] 袁連余.基于PLC的倉庫溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計[J].機械工程與自動化，2012.

[2] 鄭剛.冷藏集裝箱裝箱的技術要點[J].理論科學.

[3] 陳寶均，申建邦，等.太陽能供電的糧庫無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應用[J].糧油食品科技，2010.

[4] 馬俊，陳學煌.基于DSP的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2007（12）.endprint

摘 要：針對海洋運輸和遠洋漁業(yè)中的冷藏集裝箱運輸問題，提出一種無線的溫濕度采集設計方案，采用無線多通道收發(fā)通信芯片NRF905和數(shù)字式濕度傳感器SHT10及溫度傳感器DS18B20，將新型傳感器技術和無線通信技術結合，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點的硬件和軟件進行設計，研究基于單片機的冷藏集裝箱無線溫濕實時監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：NRF905 SHT10 DS18B20 無線實時監(jiān)控

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0042-02

在當代海洋運輸和遠洋漁業(yè)中，已經(jīng)大范圍采用冷藏集裝箱運輸技術，因此，對冷藏集裝箱的工作狀態(tài)（主要是溫度和濕度）進行遠程監(jiān)控已經(jīng)成為國內(nèi)外交通運輸界和制冷屆的共識。傳統(tǒng)的做法是現(xiàn)場監(jiān)測即人工定時測量，這樣不但要消耗大量的人力，而且不能夠做到實時監(jiān)控。特別是當船上船員不多的情況，加上其技術不成熟、經(jīng)驗有限，所以單靠船員的工作已經(jīng)遠遠不能滿足大型冷藏集裝箱運輸?shù)囊蟆?/p>

1 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結構

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要通過溫度傳感器、濕度傳感器以及氣體傳感器檢測集裝箱中的溫濕度及各氣體濃度情況，并由AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將檢測的數(shù)據(jù)傳送到單片機中，通過LED顯示實時溫濕度等情況。當溫度與濕度超過設定值時報警系統(tǒng)開始報警，人們可以及時地通過外界的條件去改變集裝箱中的溫濕度，從而使集裝箱中的溫濕度及氣體狀況保持在一個合適的范圍中。

冷藏集裝箱溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構框圖如圖1所示：主要包括若干個傳感器節(jié)點和與傳感器節(jié)點無線連接的監(jiān)控終端兩大模塊。其中傳感器節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集器、微處理器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊，微處理器分別與數(shù)據(jù)采集器、GPS定位模塊和第一無線通信模塊電連接，傳感器節(jié)點設于冷藏集裝箱內(nèi)；而數(shù)據(jù)采集器包括溫度傳感器、濕度傳感器和若干個氣體傳感器；監(jiān)控終端包括第二無線通信模塊、控制器、存儲器和顯示器，控制器分別與第二無線通信模塊、顯示器和存儲器電連接。

2 溫濕度采集系統(tǒng)硬件設計

2.1 濕度采集實現(xiàn)過程

STH10是電容式濕度傳感器，實現(xiàn)功能的基本原理是在傳感器基片上覆有感濕材料形成的感濕膜，空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后，電容量會隨著空氣濕度的增大而增大。利用這一特性，便能把所采集的濕度信號參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號進行測量。通過SHT10實現(xiàn)濕度的實時數(shù)據(jù)采集后，該節(jié)點通過無線方式與中心數(shù)據(jù)傳遞節(jié)點通信，在此主要用到NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，由此，中心節(jié)點可通過串口或其他總線方式連接到用戶監(jiān)控終端。

STH10濕度傳感器可測量濕度范圍大，誤差相對小，完全足以滿足冷藏集裝箱內(nèi)濕度大的環(huán)境特點，同時，較之傳統(tǒng)的觀念中的干濕球濕度計在準確度上更有著絕對的優(yōu)勢。

2.2 溫度采集實現(xiàn)過程

該部分設計中主要通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20將外部電源直接接到DS18B20的VDD上，這種方式下單片機的一個I/O口線上可以接一片或多片DS18B20芯片。作為常用的溫度傳感器，DS18B20具有體積小，硬件開消低，抗干擾能力強，精度高的特點。

2.3 無線收發(fā)模塊

由于傳統(tǒng)溫濕度信息有線采集系統(tǒng)具有移動性差和難以安裝維護的特點，該環(huán)節(jié)設計采用NRF905無線多通道收發(fā)通信芯片，實現(xiàn)多點溫濕度的無線實時監(jiān)控。有效提高了監(jiān)控效率，降低了勞動成本。

系統(tǒng)選用的超小型、超低功耗的 NRF905作為無線收發(fā)模塊，它由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。其次，它功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內(nèi)建空間模式與關機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。

2.4 顯示模塊

系統(tǒng)使用的液晶模塊是LCM-1602字符型液晶模塊，具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點。該部分電路功能主要將主機處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，該模塊與單片機連接簡單，只需一個8位I/O口與液晶模塊的8位數(shù)據(jù)端相連，再用三位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E相接。

3 軟件實現(xiàn)

溫度采集系統(tǒng)由DS18B20采集冷藏集裝箱當前溫度值，送入單片機，并將溫度值寫入寄存器中，將溫度值按位分別提取存入數(shù)組中，最后在LCD上顯示數(shù)組中的數(shù)值，即當前溫度值。溫度采集流程圖如圖2所示。

濕度采集是先由濕度傳感器將濕度裝換成相應的電壓，由輸出口輸出，接入SHT10，由其將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量（電壓值），送入單片機中。再根據(jù)濕度值與濕度傳感器輸出端的電壓的相對關系列出關系式，在程序中調(diào)用關系式，算出相應的濕度值，再由LCD顯示。濕度采集的流程圖如圖3所示。

4 仿真顯示（見圖4、圖5）

5 結語

信息化的管理方法是信息技術普及和發(fā)展的必然趨勢，是社會信息化的重要組成部分。將單片機技術運用到冷藏集裝箱溫濕度監(jiān)控中能大大提高監(jiān)控效率和準確性，克服以前現(xiàn)場測量與檢測的缺點，可以節(jié)省人力，同時更能保證實時準確地監(jiān)控冷藏集裝箱的工作狀態(tài)。在研究成熟后可以廣泛應用于遠洋運輸領域，對我國海洋資源的開發(fā)保護具有深遠意義。

參考文獻

[1] 袁連余.基于PLC的倉庫溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計[J].機械工程與自動化，2012.

[2] 鄭剛.冷藏集裝箱裝箱的技術要點[J].理論科學.

[3] 陳寶均，申建邦，等.太陽能供電的糧庫無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應用[J].糧油食品科技，2010.

[4] 馬俊，陳學煌.基于DSP的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2007（12）.endprint