夏明娜，張瑞成，馬 征

（1.河北聯(lián)合大學(xué)，河北 唐山 063000；2.唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000；3.唐山市第二十三中學(xué)，河北 唐山 063020）

1 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義

目前，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)種類較多，但專門針對(duì)藥品倉儲(chǔ)環(huán)境溫濕度監(jiān)控的系統(tǒng)并不多見，尤其是針對(duì)基層中小藥房的便攜型溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)更是少之又少。由于基層藥房藥品主要集銷售、倉儲(chǔ)于一體，大多面積不大、投資較少，選用現(xiàn)在市面上的分布式智能網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)安裝繁瑣，且成本投入過大，顯然不易被中小藥品經(jīng)營者所接受。因此，開發(fā)一款“實(shí)用、小巧、成本低、移動(dòng)性好”專門應(yīng)用于基層中小型藥品儲(chǔ)藏場(chǎng)所的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)具有廣泛應(yīng)用意義。

2 本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)采用nRF905無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，nRF905是挪威Nordic公司推出的一款單片射頻發(fā)射器芯片，采用32引腳5mm×5mmQFN封裝，工作于433、868、915MHz3 個(gè) ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻道，其中國內(nèi)433頻段可以免費(fèi)使用。另外，nRF905功耗很低，在以-10dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有11mA；而對(duì)應(yīng)接收機(jī)的工作電流只有12.5mA，芯片可以軟件設(shè)置空閑模式、關(guān)機(jī)模式，易于節(jié)能設(shè)計(jì)。適合工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線報(bào)警及安全系統(tǒng)等諸多領(lǐng)用。采用該模塊解決了安裝過程中的布線環(huán)節(jié)，節(jié)省了安裝成本。

藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)以環(huán)境溫度和濕度為測(cè)量對(duì)象，DTH11數(shù)字式溫濕度傳感器包含一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電阻式感濕元件，且可直接與單片機(jī)連接。采用DTH11數(shù)字溫濕度傳感器為系統(tǒng)的測(cè)量單元，可以同時(shí)完成溫度和濕度的采集任務(wù)。DTH11數(shù)字式傳感器具有體積小、功耗極低、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)和性價(jià)比高的特點(diǎn)，符合本系統(tǒng)的移動(dòng)性、低功耗性、低成本的設(shè)計(jì)原則。另外，該傳感器信號(hào)傳輸距離可達(dá)20m以內(nèi)，溫度測(cè)量范圍為0～50℃，濕度范圍為20～90%RH，測(cè)濕誤差為±5%RH，測(cè)溫誤差為±2℃。

3 本系統(tǒng)待解決的關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)待解決的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)傳輸距離問題。對(duì)于無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸距離是有限的，室外也就100m左右，室內(nèi)會(huì)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(dá)到通信的大面積覆蓋。

（2）通信頻率設(shè)置問題。因?yàn)闊o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(fā)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(gè)系統(tǒng)應(yīng)用中，由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此需要兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作在不同頻率，以避免干擾。所以需要中繼節(jié)點(diǎn)不斷的切換頻率來實(shí)現(xiàn)和ID1 ID2之間輪詢通訊。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。由于傳感器節(jié)點(diǎn)能源能量的限制，計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力以及通信能力有限，因此節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不能太復(fù)雜。

（4）系統(tǒng)功耗。盡可能的減低藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的功耗，使節(jié)點(diǎn)安放好后可以長(zhǎng)時(shí)間的工作，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的電池使用壽命。

（5）成本。由于本藥品倉儲(chǔ)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要應(yīng)用于基層的中小型藥品經(jīng)營單位，成本和造價(jià)問題是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。

4 本系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)本藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析，暫設(shè)定兩個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)ID1和ID2，由兩節(jié)點(diǎn)采集到環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)后傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)，由中繼節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)保存并傳送給接收終端進(jìn)行顯示。藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括傳感器數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)收發(fā)、主控芯片處理等，由于傳輸距離和功率衰減問題，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，因此，本系統(tǒng)分為主控顯示終端模塊、中繼模塊和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終作出控制策略；數(shù)據(jù)采集模塊功能在于由智能傳感器采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送給中繼模塊；中繼模塊將采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)給主控模塊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)框圖

根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和所要預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)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(gè)大模塊中又分為若干個(gè)小模塊，每個(gè)小模塊完成一個(gè)小任務(wù)。模塊化程序設(shè)計(jì)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(gè)多功能復(fù)雜的程序劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)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(shù)一樣，每一個(gè)功能制作成一個(gè)具體的“活字”，分別對(duì)這些模塊程序進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后將模塊程序裝配成整體程序進(jìn)行聯(lián)調(diào)。這種模塊化編程思想把大問題化成了小問題，把大任務(wù)化成了小任務(wù)有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，也有利于程序的優(yōu)化和分工，并且提高了程序的可讀性和可靠性。

藥品倉儲(chǔ)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主控顯示終端模塊主要完成對(duì)傳來數(shù)據(jù)的監(jiān)聽，然后將監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)送到LCD顯示屏進(jìn)行顯示，與此同時(shí)，還將接收到的溫濕度數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)超出限定值時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)報(bào)警電路及控制電路。采集節(jié)點(diǎn)上電啟動(dòng)后設(shè)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(shù)據(jù)并通過nRF905發(fā)送出去，與此同時(shí)顯示當(dāng)前此節(jié)點(diǎn)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，旨在普及應(yīng)用在基層中小藥房，因此在元件布局時(shí)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(duì)元件布局進(jìn)行優(yōu)化，才能有效的降低布線難度和生產(chǎn)工藝要求。保證元件布局時(shí)使各模塊緊密契合，還需要注意各PCB之間的銜接，便于系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展。目前，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)依賴于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)完成了基本的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)采集并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制功能。日后可進(jìn)一步將本系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展，例如連接打印機(jī)及電腦將24小時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄并打印，從而省去人工讀數(shù)和填表的工作。