冷藏集装箱温湿度实时监测系统设计与实现

摘 要：针对海洋运输和远洋渔业中的冷藏集装箱运输问题，提出一种无线的温湿度采集设计方案，采用无线多通道收发通信芯片NRF905和数字式湿度传感器SHT10及温度传感器DS18B20，将新型传感器技术和无线通信技术结合，对系统的数据采集节点的硬件和软件进行设计，研究基于单片机的冷藏集装箱无线温湿实时监测系统。

关键词：NRF905 SHT10 DS18B20 无线实时监控

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0042-02

在当代海洋运输和远洋渔业中，已经大范围采用冷藏集装箱运输技术，因此，对冷藏集装箱的工作状态（主要是温度和湿度）进行远程监控已经成为国内外交通运输界和制冷届的共识。传统的做法是现场监测即人工定时测量，这样不但要消耗大量的人力，而且不能够做到实时监控。特别是当船上船员不多的情况，加上其技术不成熟、经验有限，所以单靠船员的工作已经远远不能满足大型冷藏集装箱运输的要求。

1 温湿度调节系统的结构

冷藏集装箱温湿度调节系统主要通过温度传感器、湿度传感器以及气体传感器检测集装箱中的温湿度及各气体浓度情况，并由AD数据转换将检测的数据传送到单片机中，通过LED显示实时温湿度等情况。当温度与湿度超过设定值时报警系统开始报警，人们可以及时地通过外界的条件去改变集装箱中的温湿度，从而使集装箱中的温湿度及气体状况保持在一个合适的范围中。

冷藏集装箱温湿度调节系统结构框图如图1所示：主要包括若干个传感器节点和与传感器节点无线连接的监控终端两大模块。其中传感器节点包括数据采集器、微处理器、GPS定位模块和第一无线通信模块，微处理器分别与数据采集器、GPS定位模块和第一无线通信模块电连接，传感器节点设于冷藏集装箱内；而数据采集器包括温度传感器、湿度传感器和若干个气体传感器；监控终端包括第二无线通信模块、控制器、存储器和显示器，控制器分别与第二无线通信模块、显示器和存储器电连接。

2 温湿度采集系统硬件设计

2.1 湿度采集实现过程

STH10是电容式湿度传感器，实现功能的基本原理是在传感器基片上覆有感湿材料形成的感湿膜，空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，电容量会随着空气湿度的增大而增大。利用这一特性，便能把所采集的湿度信号参数转化为电信号进行测量。通过SHT10实现湿度的实时数据采集后，该节点通过无线方式与中心数据传递节点通信，在此主要用到NRF905无线多通道收发通信芯片，由此，中心节点可通过串口或其他总线方式连接到用户监控终端。

STH10湿度传感器可测量湿度范围大，误差相对小，完全足以满足冷藏集装箱内湿度大的环境特点，同时，较之传统的观念中的干湿球湿度计在准确度上更有着绝对的优势。

2.2 温度采集实现过程

该部分设计中主要通过数字温度传感器DS18B20将外部电源直接接到DS18B20的VDD上，这种方式下单片机的一个I/O口线上可以接一片或多片DS18B20芯片。作为常用的温度传感器，DS18B20具有体积小，硬件开消低，抗干扰能力强，精度高的特点。

2.3 无线收发模块

由于传统温湿度信息有线采集系统具有移动性差和难以安装维护的特点，该环节设计采用NRF905无线多通道收发通信芯片，实现多点温湿度的无线实时监控。有效提高了监控效率，降低了劳动成本。

系统选用的超小型、超低功耗的 NRF905作为无线收发模块，它由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC（循环冗余码校验），使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。其次，它功耗非常低，以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA，工作于接收模式时的电流为12.5 mA，内建空间模式与关机模式，易于实现节能。

2.4 显示模块

系统使用的液晶模块是LCM-1602字符型液晶模块，具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点。该部分电路功能主要将主机处理后的数据显示出来，该模块与单片机连接简单，只需一个8位I/O口与液晶模块的8位数据端相连，再用三位控制口分别与液晶模块的RS、R/W、E相接。

3 软件实现

温度采集系统由DS18B20采集冷藏集装箱当前温度值，送入单片机，并将温度值写入寄存器中，将温度值按位分别提取存入数组中，最后在LCD上显示数组中的数值，即当前温度值。温度采集流程图如图2所示。

湿度采集是先由湿度传感器将湿度装换成相应的电压，由输出口输出，接入SHT10，由其将模拟量转化成数字量（电压值），送入单片机中。再根据湿度值与湿度传感器输出端的电压的相对关系列出关系式，在程序中调用关系式，算出相应的湿度值，再由LCD显示。湿度采集的流程图如图3所示。

4 仿真显示（见图4、图5）

5 结语

信息化的管理方法是信息技术普及和发展的必然趋势，是社会信息化的重要组成部分。将单片机技术运用到冷藏集装箱温湿度监控中能大大提高监控效率和准确性，克服以前现场测量与检测的缺点，可以节省人力，同时更能保证实时准确地监控冷藏集装箱的工作状态。在研究成熟后可以广泛应用于远洋运输领域，对我国海洋资源的开发保护具有深远意义。

参考文献

[1] 袁连余.基于PLC的仓库温湿度调节系统设计[J].机械工程与自动化，2012.

[2] 郑刚.冷藏集装箱装箱的技术要点[J].理论科学.

[3] 陈宝均，申建邦，等.太阳能供电的粮库无线温湿度监控系统应用[J].粮油食品科技，2010.

[4] 马俊，陈学煌.基于DSP的多路数据采集系统设计[J].电子技术应用，2007（12）.