一種基于單片機(jī)技術(shù)的生鮮冷鏈溫度監(jiān)控系統(tǒng)

黃友文，陳志鵬，劉光煒

（廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣州 510550）

0 引言

目前，我國(guó)生鮮電商還有很大的發(fā)展空間。生鮮的價(jià)值在于產(chǎn)品的新鮮度，然而受運(yùn)輸過(guò)程長(zhǎng)、時(shí)間跨度大、環(huán)境復(fù)雜、制冷技術(shù)等方面因素的影響生鮮產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)受損。特別是運(yùn)輸過(guò)程中溫度變化對(duì)生鮮產(chǎn)品品質(zhì)和口感的影響，導(dǎo)致消費(fèi)者的復(fù)購(gòu)率不高。迫切需要一種冷鏈物流運(yùn)輸箱，檢測(cè)并反饋運(yùn)輸過(guò)程的溫度，某個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)保溫異常時(shí)，可以第一時(shí)間反饋給供應(yīng)商、物流商和消費(fèi)者。消費(fèi)者通過(guò)實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)信息，可以及時(shí)了解物流運(yùn)輸過(guò)程中的溫度情況，從而提高消費(fèi)復(fù)購(gòu)生鮮品的信心。為此，本文專門設(shè)計(jì)了一種生鮮物流冷鏈運(yùn)輸溫度監(jiān)控管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的應(yīng)用模式為物流運(yùn)輸箱內(nèi)布置數(shù)字溫度傳感器DS18B20，對(duì)箱內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)STC89C52 單片機(jī)處理完數(shù)據(jù)后，將溫度顯示在4 位共陰極數(shù)碼顯示管上，如圖1 所示。當(dāng)環(huán)境溫度異常且溫度高于設(shè)置的第一警告限值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的串口中斷傳送方式，相應(yīng)信息會(huì)發(fā)送到Air202 無(wú)線通訊模塊，再通過(guò)通訊模塊向供應(yīng)商及物流商發(fā)送短信；當(dāng)物流商收到第一警告限值時(shí)，馬上檢查溫度異常原因，立刻采取措施彌補(bǔ)失誤；如果不及時(shí)采取措施會(huì)導(dǎo)致箱內(nèi)溫度持續(xù)上升，到超溫限值指標(biāo)且持續(xù)時(shí)間大于限值時(shí)，通訊模塊將向供應(yīng)商和終端消費(fèi)者同時(shí)發(fā)送物品超限值的手機(jī)短信，并顯示運(yùn)輸箱具體溫度。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

冷鏈運(yùn)輸溫度監(jiān)控管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)參照?qǐng)D1，分為四個(gè)主要硬件模塊，包括做為系統(tǒng)總控的STC89C52 單片機(jī)，溫度檢測(cè)反饋的DS18B20傳感器，實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)的數(shù)碼顯示管SMA420364L 和發(fā)送報(bào)警短信的Air202 無(wú)線通訊模塊。

（1）STC89C52 單片機(jī)成本低，功耗低，抗干擾強(qiáng)，超大容量SRAM，最高達(dá)1280 字節(jié)SRAM，直接取代和兼容傳統(tǒng)8051。運(yùn)輸監(jiān)控測(cè)溫系統(tǒng)中的最小模塊電路設(shè)計(jì)原理如圖2 所示。

圖2 最小模塊電路設(shè)計(jì)原理圖

（2）DS18B20 傳感器，體積小，單位成本較低，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)感應(yīng)和識(shí)別，在各種需要測(cè)溫的場(chǎng)合尤其是生鮮電商運(yùn)輸包裝體積較小的情況下很適用，非常適合布置在冷鏈物流運(yùn)輸箱里面。測(cè)溫模塊通過(guò)單片機(jī)的P2.2 口實(shí)時(shí)讀取溫度傳感器的溫度值，如圖3 所示。

圖3 溫度傳感器圖

（3）數(shù)碼顯示管型號(hào)為SMA420364L，溫度傳感器的實(shí)時(shí)溫度通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)值顯示于數(shù)碼管上。由于有四位數(shù)碼管要顯示，單片機(jī)不能滿足輸出口，需要增加數(shù)碼管鎖存器74HC573，通過(guò)段選位選實(shí)現(xiàn)只用一組IO 口輸出，設(shè)計(jì)原理如圖4 所示。

圖4 數(shù)碼管電路原理圖

（4）Air202 無(wú)線通訊模塊，采用銀爾達(dá)公司型號(hào)為合宙Air202 2G/GPRS/GSM 模組無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通信短信設(shè)備模塊，高性價(jià)比，支持移運(yùn)通信運(yùn)營(yíng)商2G；同時(shí)支持3.3V TTL 電平串口（UART）、RS485 通訊方式?？蛻艨梢灾苯舆m用AT 指令，Lua二次開(kāi)發(fā)、DTU 透?jìng)鞴碳?，?yīng)用到自己的監(jiān)控管理系統(tǒng)中。工作原理為實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與GPRS 網(wǎng)絡(luò)之間的雙向透明傳輸。air202 模塊連接要求為air202 的RX 連接單片機(jī)P3.1/TXD，air202 的TX連接單片機(jī)P3.0/RXD。單片機(jī)與通訊模塊電路連接如圖5 所示。

圖5 單片機(jī)與通訊模塊電路連接圖

3 軟件設(shè)計(jì)

STC89C52 的程序通過(guò)編寫C 語(yǔ)言程序，編譯后形成機(jī)器代碼提供給單片機(jī)使用，還可以先通過(guò)Keil uVision4 自帶的檢測(cè)調(diào)節(jié)功能進(jìn)行調(diào)試，再由stc-isp 軟件燒錄程序進(jìn)單片機(jī)。系統(tǒng)主程序的流程如圖6 所示，首先系統(tǒng)初始化，接著啟動(dòng)溫度檢測(cè)程序，讀取溫度數(shù)據(jù)并通過(guò)單片機(jī)處理后發(fā)送到輸出IO，通過(guò)數(shù)碼管對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。主程序以測(cè)溫和顯示溫度為無(wú)限循環(huán)運(yùn)行。待檢測(cè)溫度到達(dá)第一警告限值溫度時(shí)，進(jìn)入第一警告子程序，如果溫度還持續(xù)上升至超溫限值時(shí)，進(jìn)入第二超溫報(bào)警子程序。

圖6 單片機(jī)系統(tǒng)程序流程圖

第一警告子程序和第二超溫子程序設(shè)計(jì)都是發(fā)送報(bào)警信息，主要通過(guò)串口通信發(fā)送到Air202無(wú)線通訊模塊。單片機(jī)串口通信子程序運(yùn)行如下：首先要進(jìn)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 重裝）；TH1=0xFD（TH1：重裝值9600）；TR1=1（timer 1 打開(kāi)）；EA=1（打開(kāi)總中斷）；ES=1（打開(kāi)串口中斷）。然后，串口發(fā)送一個(gè)字節(jié)的編程，將短信息字符送入SBUF，再把中斷標(biāo)志位清零。

Air202 無(wú)線通訊模塊的應(yīng)用需要安裝可以正常收發(fā)短信的手機(jī)卡一張（Micro SIM 卡），關(guān)鍵和難點(diǎn)是Air202 無(wú)線通訊模塊串口通信，包括手機(jī)短消息的用戶數(shù)據(jù)區(qū)編碼、通信模式設(shè)定、設(shè)置TEXT 模式和電腦模擬測(cè)試、手機(jī)短信的發(fā)送格式、發(fā)送短信的核心指令。電腦模擬測(cè)試可使用格西烽火軟件連接電腦測(cè)試；手機(jī)接口利用AT 指令集。例如，需要PDU 模式發(fā)送消息“溫度超高，請(qǐng)檢查您的凍品是否損壞”則需要：（1）AT+CPIN? （查詢卡是否插好）；（2）AT+CSMS=1 （設(shè)在短信服務(wù)）；（3）AT+CSMP=17，167，0，8 （設(shè)置TEXT 模式參數(shù)中文模式）；（4）AT+CMGS=“13899999999“ （發(fā)送短信的手機(jī)號(hào)碼）（5）＞0011100D91688199 382383F9000800226E295EA68D859AD8FF0C8BF7 68C067E560A8768451BB54C1662F5426635F574FF F1F（發(fā)短信內(nèi)容為：溫度超高，請(qǐng)檢查您的凍品是否損壞）。如果在電腦端完成（1）（2）（3）設(shè)置后，只需要在單片機(jī)程序端寫入（4）（5），分別是手機(jī)號(hào)碼和短信內(nèi)容，從而達(dá)到快速發(fā)送報(bào)警信息的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

借助于單片機(jī)發(fā)送命令，通過(guò)數(shù)字溫度傳感器定時(shí)對(duì)冷鏈物流運(yùn)輸箱環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，處理溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后再作計(jì)算比較，如果溫度傳感器檢測(cè)的溫度在正常范圍內(nèi)，則只在數(shù)碼管顯示溫度：如果超限溫，就可以通過(guò)串口通信控制無(wú)線通訊模塊給用戶發(fā)送報(bào)警信息，用戶為供應(yīng)商、終端消費(fèi)者，也可以增加報(bào)警鈴聲讓物流商快速整改。測(cè)溫管理系統(tǒng)使供應(yīng)商、運(yùn)輸方和終端消費(fèi)者對(duì)冷凍產(chǎn)品溫度的監(jiān)測(cè)控制更為便捷。既可以監(jiān)督物流商更好地去完善物流服務(wù)方案與流程，又能使消費(fèi)者實(shí)時(shí)掌握自己所購(gòu)生鮮產(chǎn)品在物流運(yùn)輸過(guò)程中的溫度，對(duì)品質(zhì)管控有更多的了解，從而提升購(gòu)買生鮮產(chǎn)品的信心，促進(jìn)生鮮行業(yè)健康有序發(fā)展。