基于无线传感器网络智能温度记录仪研制

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1、硕士学位论文基于无线传感器网络的智能温度记录仪的研制硕士研究生：赵阳指导教师：吴太虎研究员摘要温度敏感性产品，如冷藏药品、奶制品和农产品等，从生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节中，始终处于规定的低温环境下，以保证产品的质量。这就需要一项低温系统工程一一“冷链”。特别是医药行业，药品的质量关乎人民的健康与社会的安定，而且它比一般农产品对冷藏条件要求更高。确保冷藏药品的质量安全是医药冷链的主要目的，保持低温环境是医药冷链的核心要求。我国医药冷链行业正处于起步阶段，发展现状可总结为：(1)医药市场需求激增，医药冷链物流发展空间广阔；(2)缺少执

2、行力强的行业标准，近79％的冷藏药品在运输中没有温度监测；(3)信息系统不完善，缺乏上下游信息的衔接和共享，常出现“断链”现象；(4)基础设备落后，自动化水平低，难以保证可靠性；(5)专业人才匮乏。可见，我国医药冷链正面临着严峻的考验，亟待建立全程监测和追溯系统，构建信息化服务平台。本论文在查阅大量文献和调研国内外监测设备的基础上，针对我国医药冷链监测的特点和不足，研制了一款基于无线传感器网络技术的智能温度记录仪。主要研究内容如下：1．无线传感器网络技术研究中文摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)一种新兴的高

3、科技产业，以其微型化、低功耗、自组网等独特的优点，被广泛应用于军事、环境监测和预报、医疗、智能家居、大型仓库管理等领域。WSN目前在物流行业的主要应用包括仓储环境监测、在途货物监测和货物管理等。若将WSN应用于医药冷链，可实现真正的无人值守、自动化监测，极大地避免因冷链设备自身故障、人为操作失误、制冷剂失效等问题引起地冷藏药品的质量问题，保障医药冷链设备持续有效的运行，从而提高医药冷链的可靠性。无线传感器网络的拓扑结构有星型网、树形网和网状网。星型网是一个单跳网络，结构最简单，最易实现，最容易诊断维护故障，适用于小范围室内监测。树形网是分级的集

4、中控制型网络，成本较低，节点易于扩充。但各子节点对母节点的依赖性强，若母节点发生故障，则其子节点都不能正常工作。网状网是一个多跳网络，任意两个节点间均可通信，因此该网络传输距离远，覆盖范围大，自愈能力强，网络可靠性高，但该网络结构复杂，可维护性差。综上所述，各种网络结构都有其优缺点，适用于不同场合。本文最终采用节点功耗最低的星型网络拓扑结构，以监测终端为网络协调器，构建低功耗、短延时、易于维护的高效的监测网络系统。2．医药冷链温度记录仪总体设计本文设计了一个基于无线传感器网络的智能温度记录仪，可用于对冷藏药品从加工、贮藏、运输到使用前的全程温度

5、监测、记录和预警。本记录仪由若干个无线传感器节点和一个智能监测终端组成，其中无线传感器节点分别对批量贮藏箱体、移动运输工具进行实时周期性地温度采集和预处理，并同步发送给站内监测终端；终端对多项监测任务数据进行海量存储、分析处理，并可实现高低温短信报警，以及向监管部门和使用者提供历史数据追溯。3．记录仪的硬件设计根据记录仪的总体设计方案，本智能温度记录仪由无线传感器节点和智能II一一f煳攀监测终端两部分组成。本文分别对节点和终端模块化，并依次完成各个部分的功能框图设计、器件选型、原理图设计、PCB设计和实物焊接。其中节点包括传感器单元、主控单元、

6、通信单元和电池四部分，终端包括主控单元、触摸屏、通信单元、报警单元、存储单元和电源。11节点选用超低功耗芯片ATmegal69作为主控芯片，利用温度传感器Ptl00采集冷藏环境温度数据，通过射频模块JTT4432与智能监测终端实时交互温度信息，采用两节七号碱电池供电。整个节点设计具备微型化、低功耗、低成本、可扩展性和高可靠性等特点。2)高精度测量电路。温度传感器Ptl00经恒流源驱动电路，产生一个精密的温度电压值，该电压信号流过低温漂高精度运放进行信号调理，再通过二阶有源低通滤波器提高抗干扰能力，最后经单片机12bitADC采样、软件处理获取一

7、100～100℃范围内，精度为0．1℃的温度数据。3)监测终端采用主从控制模式，触摸屏SKAE050为主机，单片机ATmegal28为从机，通过RS232连接。触摸屏触发Atmegal28通过无线通信模块JTr4432与节点交互温度信息；Atmegal28对节点返回的数据分析汇总；海量温度数据被存储在SD卡中；当温度超限时，GSM模块TC35实时向用户发送报警短信；电源采用220V市电，经AC．DC电源模块LH20．10824输出24V电压。4．记录仪的软件设计无线传感器节点的软件部分主要包括主程序、温度采集子程序、射频收发子程序、显示子程序和

8、电池控制子程序。节点首先对Atrmgel69及各模块芯片初始化，配置节点处于休眠状态；按设定频率采集温度数据，并对数据预处理、显示；同时节点随时等待射