单片机设计基于单片机的中药仓库系统设计_基于stm32的中药仓储系统

概要

  本文设计了基于STM32单片机的智能中药仓库系统设计，这套智能中药仓库系统把单片机作为重要的核心处理器，型号选择STM32F103C8T6。智能重要仓库系统记录一些重要的环境数据，例如温湿度、火灾情况和防盗情况。分别采用温湿度传感器、人体热感应传感器、火焰传感器等对区域内温湿度变化、火焰要素及现场人员等进行信息采集。当数据出现异常时，系统会自动报警并且开始调节温湿度。自动进行温湿度控制，保障中药材不会损坏，减少医院的经济损失，且不会耽误患者治疗疗程。硬件方面，本系统采用Keil uVision5，它的核心组件包括了C语言编程器、实时内核等结构，同时具有强大的芯片兼容性，能够适用多数品牌芯片，覆盖了Cortex和ARM等系列。软件方面使用Eclipse作为开发工具。其中，选择Eclipse 有两个重要的原因，一个是开放了软件的源代码，另一个则是可以基于Java实现扩展性。Eclipse是一个开放式的开发平台。

关键词：STM32F103C8T6;传感器；Wi-Fi；环境监测

一、系统需求分析和总体方案设计

2.1 系统需求分析

  建立智能中药仓库的目的是能够实时监控中药饮片存储的实时环境监测和异常情况的自动调控与报警功能。结合智能中药仓库的应用需求及实际可行性，系统详细需求如下：
（1）低成本。这是商业化设计第一考虑要素，便于系统商用化推广。
（2） 安装简单维护方便。该系统采用单片机技术，安装灵活。
（3） 监测节点体积小精度高。可以实现对温度、湿度、二氧化碳的实时监测。
（4） 具有异常自动报警功能。发生异常状况是能够发出警报通知管理人员进行处理。
（5） 可以显示检测数据并设置阈值。

2.2 总体设计方案

  根据系统的需求和功能要求，结合嵌入式技术，设计了智能中药仓库系统的总体设计方案。本系统主要的功能是实时监测中药饮片仓库内的温度、湿度、二氧化碳浓度，并且能够自动调节温度湿度。其构成模块较多，涉及传感器模块、显示模块、wifi模块、电路模块等，同时还必须提供一个终端模块实现系统整体操控。
  传感器模块，主要承担的就是对现场进行温湿度检测，并将相应数据传输到主控制器上，主控器根据设定的算法将数据反馈到作为显示器的模块上。自动控制启动的依据是先前设定的温湿度阈值，当当前环境温湿度超过或低于设置的温湿度阈值时，自动控制系统便会启动。如果超过了设定值，系统将会发出警报，并且开始自动调控温湿度。用户也可以根据客户端模块获取实时的温度湿度的值，还可以选择是否开启自动调控模式。系统总体结构图如图2-1所示：

图2-1：系统总体方案设计图

二、系统硬件设计

  本系统将会采用单片机型号为STM32F103C8T6作为核心处理器。该处理器的研发方是ST公司，其内核是ARM公司生产的ARMv7架构的32Cortex-M3微控制内核。从内核上分类可以将STM32分成四大类，分别是Cortex-M0，Cortex-M3，Cortex-M4，Cortex-M7。其中Cortex-M0可以作为入门级产品，具有较低的功耗；而Cortex-M3则是这系列中的基础型，也是本系统采用的型号。这款内核主频为72MHz，具有高性能、低功耗的特点。Cortex-M4主要是以混合信号为特点，主频能够达到180MHz,也具有高性能，低功耗的特性。之后一个就是Cortex-M7，这款内核主打高性能，价格也比较昂贵。

三、系统软件设计

  在本文中药仓库系统设计环节中需要进行电路测试， 其中需要根据下述步骤展开：第一步是以不通电模式进行测试，对系统内部连线工作逐一进行检车，且是在不通电条件下进行，按照设计图对照查看线路正确与否，是否存在线路误接或少接等问题。第二步是以通电模式进行测试，不接信号源的条件下，直接将电源连入电路，等其运行一段时间内，观察线路是否存在异常反应，如元件不正常发热、冒烟等情况，一旦发现就必须先切断电源，进行错误排除之后再次上电，同时该项检测环节中，还需要对其中部分关键引脚完成电压测试，其目的在于测试元件指标情况，确保其符合要求。第三步是以分块形式进行测试，也就是基于功能模块进行对应性测试，将它们作为一个个相对独立的板块逐一进行测试，一个板块测完就和另一板块串联起来进行测试，最后达成整体系统测试目标。系统电路运行测试图如图5-1所示。

图5-1 系统电路测试图

  在完成系统电路测试之后，开始进行软件测试。当设置温度阈值在10℃~30℃之间，在测试温度低于10℃或高于30℃时，系统会发出低温或高温警报，并且控制风扇进行降温处理；控制继电器模拟升温过程。当设置湿度阈值在40%-70%之间，当测试湿度低于或超过这个区间时，系统会发出警报并且控制继电器进行除湿和加湿的模拟。在手机app连接后打开防盗监测功能的前提下，当仓库检测到有人时，会进行防盗警报，蜂鸣器鸣叫，同时进行语音播报防盗报警，手机app上则会报警文字提示。当检测到火焰时，会进行火灾报警，报警方式与防盗报警相似。在手机app连接后并开启自动模式时，系统会根据实时的温湿度环境量和设置好的阈值进行自动控制环境情况；手动模式下可以通过手机app远程操控风扇的开启和关闭。如图5-2为软件系统测试图.

图5-2 系统软件测试图

四、 总结

  人民对美好生活的需求日益提高，人们也越来越关注自身的健康状况。而药品质量的保障就是健康状况上的重要一环。只有保障了药品的质量安全，才能较少医院方面的经济损失，也不会耽误患者的临床治疗进度。在人们对健康服务业的需求不断提升的情况下，进一步提高中药仓库的智能化、可靠度、降低成本、提升管理水平是一个不能忽视的问题。在这些问题的前提下，基于单片机的智能重要仓库系统设计就诞生了。本文的设计方案、需求分析都按照开发过程中的模块化思维、高效化的设计思维才设计，制作出了一个易操作，便于维护、测量精度准确、成本低廉的一套智能系统。

五、 文章目录

目 录

1 绪论 2
1.1 研究背景和意义 2
1.2 研究现状 3
2 系统需求分析和总体方案设计 4
2.1 系统需求分析 4
2.2 总体设计方案 4
3 系统硬件设计 5
3.1 传感器模块设计 5
3.1.1 温湿度传感器 5
3.1.2 人体热释电传感器 6
3.1.3 火焰传感器 6
3.2 处理器模块设计 7
3.2.1 Cortex-M3内核介绍 7
3.2.2 STM32F10X系列微控制器 8
3.2.3 STM32系统电路 9
3.3 显示器模块 9
3.4 报警器模块 9
3.5 WiFi无线网络模块 9
4 系统软件设计 11
4.1 设计原则 11
4.2 硬件编程环境介绍 11
4.3 软件编程环境介绍 12
5 系统测试 13
5.1 硬件系统测试 13
5.2 软件系统测试 13
6 总结与展望 14
6.1 总结 14

6.2 展望 14