在医药行业, 药品的保存和质量关系到人民的生命安全, 而药房或药品仓库的温湿度是关系到药品的质量、药效等至关重要的问题。传统温湿度检测主要以人为基础, 依靠人工轮流值班, 人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息的模式, 这样容易出现重大事故, 效率低下, 不利于人才充分利用[1,2]。基于以上分析, 为了提高药品仓库监控的智能化, 设计一套智能化和精确度高的测控系统。该系统通过采用单片机作为系统的主控制器, 并使用高精度温湿度传感器来采集仓库中温度与湿度数据, 发送给集中控制器进行分析处理。最后将GSM技术和RS-485远程通信技术应用于该系统中, 可以将报警信息发送到控制中心和管理员手机上, 同时管理员可以通过手机与控制中心上位机发送控制命令, 控制温湿度调控系统。该系统还安放了烟雾传感器和红外探测器, 实现了防火和防盗的功能。

该系统主要分为终端检测与控制装置和控制中心两大部分。假设有若干个药品仓库室, 将某个药品仓库室分成若干个区域, 每个区域中安放一个研制的监测节点。监测节点由单片机、烟雾检测电路和温湿度检测电路组成, 实时采集仓库中每个监测点的数据信息, 采集后节点之间通过RS-485总线连接将数据传送到本仓库室中唯一的数据汇集节点。每个仓库室有一个数据汇集节点, 数据汇集节点由单片机、红外探测器、声光报警电路和LCD显示模块组成, 主要是汇集仓库中多个监测节点的数据, 各个仓库室中的数据汇集节点通过RS-485总线进行连接, 并接入网关节点。网关节点只有一个, 由单片机、显示器件、声光报警电路和GSM模块组成, 网关节点接收各个仓库室的超标与报警信息, 如果有仓库室超标或是报警, 则启动声光报警, 同时, 在显示器件LCDl602上显示报警的监测仓库室编号, 以及超标信息和报警信息, 此节点连接GSM模块与RS-485模块, 通过GSM网络和RS-485总线把报警信息发送给各个管理员手机和控制中心。当出现温度、湿度超标情况时, 控制中心可以通过RS-485总线来控制外置温湿度调控系统, 同时各个管理员也可以通过手机短信控制外置温湿度调控系统。系统的总体结构如图1所示。

图1 系统的总体结构  下载原图

假设有若干个药品仓库室, 每个仓库室划分成若干个区域, 每个区域中安放一个监测节点, 每个监测节点负责本区域温湿度及烟雾等信息的采集。单片机每30 s收集各传感器监测的数据, 并且按照各区域顺序, 每个监测节点分别把收集的最新信息传输到此仓库室的数据汇集节点。这里应用数字温湿度传感器 (DHT11) 检测温湿度, DHT11与单片机互相通信使用的是单总线的数据方式[3,4]。

每个监测节点每30 s向数据汇集节点发送最新采集的数据。数据汇集节点按照一定顺序接收相应数据, 并把数据与本地设定的温湿度以及烟雾浓度阈值比较。当某指标连续3次超标时, 则认为本仓库该参数超标, 同时通过RS-485总线把具体超标信息传输给网关节点, 本地的声光报警模块立刻进入报警模式。数据汇集节点中还接有红外探测器, 实现防盗功能。当管理员离开仓库时, 可以通过密码触发单片机模块, 单片机检测到触发信号时, 开启防盗模式, 红外探测器检测有人闯入则认为小偷闯入, 同时启动声光报警并把信息传输给网关节点;同理, 当管理员进入仓库时, 通过密码触发单片机模块, 单片机检测到触发信号时, 关断防盗模式。

网关节点是把所有数据汇集节点传来的报警信息汇总在一起, 并通过RS-485通信模块和GSM模块把报警信息实时传送到控制中心和管理员的手机上。传送的信息主要包括哪个仓库的哪类报警信息。这里增加了GSM模块, 可以完成网关节点通过GSM网络与管理员手机进行数据通信。

控制中心是一台PC机, 主要完成接收各个终端设备的报警信息, 同时此PC机可以发送命令给外置温湿度调控系统。这里需要设计人机界面完成相应的操作, 上位机界面如图2所示。

图2 上位机界面  下载原图

图2a中显示的是各药品仓库各个参数是否超标的情况, PC机每30 s接收一次网关节点发来的信息, 这些数据根据传来的信息进行更新;图2b中是各个药品仓库中温湿度调控系统控制界面, 界面中每个仓库都有温湿度调控系统的开启与关闭按键, 用来控制本仓库温湿度调控系统的开启与关闭。

数据通信模块主要由GSM模块和RS-485通信模块组成。GSM模块实现网关节点通过GSM网络把信息发送到管理员手机中, 同时管理员可以通过GSM网络发送信息到温湿度调控系统, 控制温湿度调控系统的开启与关闭。RS-485通信模块主要实现各级节点之间、网关节点到控制中心和控制中心到温湿度调控系统的有线通信。

这里GSM模块用的是德国西门子公司生产的TC35i, 它可以安全可靠地实现系统中的语音、数据和短信服务等, 工作电压是3.3～5.5 V。TC35i电路的组成主要包括基带处理器、射频电话、内存、供电电路和天线等部分。基带处理器是该电路的核心, 主要实现的是对手机内的数据信息和语音信息的处理[5,6,7]。GSM模块的设计原理如图3所示。

图3 GSM模块的设计原理  下载原图

RS-485通信模块主要用到MAX485芯片[8,9,10], 具体接口电路如图4所示。

图4 MAX485电路  下载原图

对药品仓库智能监控系统进行研究, 着力开发一套智能化和精度高的测控系统。该系统能实时采集温湿度和烟雾等信息, 同时红外探测电路的设计能实现防盗功能。当有报警信息时, 终端设备能将信息实时发送到控制中心和管理员手机上, 控制中心和管理员手机也可发送控制信息实现温湿度的调节。监控系统已完成实验室阶段的测试, 测试结果表明系统能稳定工作, 大大提高了药品仓库监控的智能化。