疫苗冷藏温度监测系统的设计.docx

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疫苗冷藏温度监测系统的设计

2020届毕业生

毕业论文

题目:

疫苗冷藏温度监测系统的设计

院系名称：

电气工程学院专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

教师职称：

讲师

2020年05月20日

摘要

疫苗是指为了预防、操纵传染病的发生、流行，用于人体预防接种的疫苗类预防性生物制品。

实践说明，生物类制品的质量与其贮存的温度紧密相关，当贮存温度超过相应温度范围一按时刻，生物类制品就会失效。

为了知足疫苗在贮存、运输及利用前的环境温度维持在必然范围。

应该要配备相应的储藏设备和监测系统。

本设计采纳多个温度传感器进行多点测量，以便对疫苗温度进行整体监视，所测疫苗温度信号通过A/D转换后进行存储，送到液晶显示器显示出来。

通过串口通信将所测温度信号传输到上位机存储并显示，上位机可实时监控疫苗温度，并能显示出疫苗温度历史曲线。

通过按键能够设置预设温度值的上下限和复位，微操纵器对测量到的温度值和预设温度值上下限进行比较，当所测温度值超过预设温度值的上下限时，由蜂鸣报警器发出警报。

关键词：

疫苗温度；微操纵器；温度传感器；上位机

TitletheBacterinTemperaturecontrolSystem

Abstract

Thevaccineistopointtotothepreventionandcontrolofinfectiousdiseasesandpopular,theoccurrenceofthevaccineforhumaninoculationofpreventivebioproducts.Practiceshowsthatthequalityofproducts,biologicalcloselyrelatedtoitsstoragetemperature,whenstoragetemperaturesexceedthecorrespondingtemperaturerangeforcertaintime,biologicalkindgoodsbeuseless.

Inordertosatisfythevaccineinstorage,transportationandusetheenvironmentaltemperatureremainsbeforeincertainscope.Shouldbeequippedwithappropriatestorageequipmentandmonitoringsystem.ThisdesignUSESthemultipletemperaturesensorformulti-pointmeasurementtemperatureofvaccine,sothatthewholesurveillance,testingthevaccinetemperaturesignalafterA/Dconversionstore,aftertoLCDdisplay.ThroughserialcommunicationwillmeasuretemperaturesignaltransmissiontoPCstorageanddisplay,PCcanreal-timemonitoringvaccinetemperatureandcanshowthevaccinetemperaturehistorycurve.Throughthebuttonscansettheupperandlowerlimitpresettemperatureofmicro-controllerisreset,temperatureandpresuppositiontomeasuretemperatureuppermeasuredcomparison,whenthetemperatureexceedsthepresetlimit,temperatureandbeesalarmbyanalarm.

Keywords:

Bacterintemperature;Microcontroller;Temperaturesensor;PC

1绪论

疫苗温度监测研究背景

疫苗是指为了预防、操纵传染病的发生、流行，用于人体预防接种的疫苗类预防性生物制品。

疫苗的发觉可谓是人类进展史上一件具有里程碑意义的事件。

因为从某种意义上来讲人类繁衍生息的历史确实是人类不断同疾病和自然灾害斗争的历史，操纵传染性疾病最要紧的手腕确实是预防，而接种疫苗被以为是最行之有效的方法。

而事实证明也是如此，要挟人类几百年的天花病毒在牛痘疫苗显现后便被完全消灭了，迎来了人类用疫苗迎战病毒的第一个成功，也加倍坚信疫苗对操纵和消灭传染性疾病的作用。

尔后200年间疫苗家族不断扩大进展，目前用于人类疾病防治的疫苗有20多种，依照技术特点分为传统疫苗和新型疫苗。

传统疫苗要紧包括减毒活疫苗和灭活疫苗，新型疫苗那么以基因疫苗为主。

随着时期的进展，人们对疫苗温度监测的要求不断提高，要求加倍准确、靠得住，要求对疫苗效价的分析加倍迅速、方便。

但是实践说明：

生物类制品的质量与其贮存的温度紧密相关，不同生物类制品对贮存温度范围有不同的要求，若是贮存温度维持在那个范围内，就可保证该生物类制品在维持有效，当贮存温度超过相应温度范围一按时刻，生物类制品就会失效。

为了知足生物类制品在贮存、运输及利用前的环境温度维持在必然范围，应该要配备相应的储藏设备和监测系统。

疫苗温度监测研究意义

温度的搜集监测对保证疫苗的质量有着决定性的作用,这次的温度监测器基于此而设计,它的最大的优势在于能够测量显示当前温度，并将当前温度与预置温度进行比较，铛铛前温度超过预置温度时发出报警,实现对历史数据进行监测、整理和分析的目的。

该温度监测报警器功耗低,能利用最少的资源对不同温度进行高精度的测量,信息性能靠得住、操作便利,复杂的工作通过软件编程来完成,能够方便的获取结果,在实际的利用中取得了理想的成效。

该设计实现了对疫苗所处环境温度的实时操纵，操纵灵活、靠得住、精度高，可知足产品测试的各项要求。

在温度加热恒温的处置上，形成了一套完整的操纵方案，能够移植应用于设备恒温、屋内暖气等许多方面。

因此，该设计的研究功效及设计理念能够专门好的在别的设计中移植，做到了与实际的较好结合，具有较强的现实意义。

通过该课题的研究和制作，应综合应用自动化本科四年所学的专业知识，例如传感器、微操纵器、电子线路、运算机软件等，取得一个冷库温度检测系统的综合训练。

疫苗温度监测的国内外进展现状

目前，我国在疫苗研发和生产环节上已经具有较高的水平，有些乃至达到或超过国际水平，可是储藏环节仍得不到保证，专门是需冷藏药品，常常发生断链的情形，阻碍最终的利用，而疫苗需要以低温方式保留和运输，因此疫苗温度的已成为保证冷藏药品品质的关键环节。

2020年1月，我国最大的甲型H1N1流感疫苗贮存冷库在河南新乡司建成并投入利用，这是我国目前最大的疫苗贮存冷库，能够贮存1亿1千多万支甲型H1N1流感疫苗，为人民群众用药平安提供了重要保障。

国外疫苗冷藏技术较为先进，自动化程度高，疫苗温度的操纵装置运行能达到24小时无人看管进行自控运行。

对疫苗冷藏温度的要求严格，由于采纳先进的冷藏技术和温度监测技术，疫苗冷藏温度波动很小，严格确保疫苗温度处在最适范围内。

疫苗冷藏所用降温蒸发起均为冷风机，系统运行平稳。

疫苗冷库的设计和操作超级重视节电节能和能量的循环利用。

2整体设计方案

疫苗温度监测系统总框图

本设计采纳数字温度传感器测量疫苗冷藏温度，将所测温度由液晶显示器显示出来并通过串口通信传送到上位机以便实时监控。

当所测温度值超过预设温度值的上下限时，由蜂鸣报警器发出警报。

图疫苗温度监测系统总框图

疫苗温度监测系统各部份的功能

由于疫苗冷藏时，各个不同位置的环境温度可能有所不同，为了能够全面监测疫苗冷藏的温度，设计利用多个温度传感器测量多个不同位置的疫苗温度，以便对疫苗温度的情形有整体的了解。

数字温度传感器所测温度信号通过微操纵器转换为数字信号送到液晶显示器进行显示，液晶显示器依次显示每一个温度传感器测得的疫苗温度，依次循环。

微操纵器将所测疫苗温度值与预设温度比较，当所测温度值超过预设温度值的上下限时，驱动蜂鸣报警器发出警报。

选用4×4键盘，通过按键能够设置预设温度值的上下限，并能设置复位。

微操纵器通过串口通信，将所测疫苗温度值送入上位机。

上位机实时显示所测得的疫苗温度，并自动绘制疫苗温度历史曲线以便查阅。

当蜂鸣器发出警报时，上位机自动记录警报信息。

3疫苗温度监测系统硬件设计

MC9S08AW60微操纵器简介

要紧性能：

MC9S08AW60是首个能支持5V而基于高性能HCS08核系列成员。

它包括众多有价值的特性--60Kflash存储器、2KRAM、灵活而无需外部元件的内部时钟发生器、低压检测、高性能、模数转换器、串行通信模块等。

即便在各类恶劣环境下，9S08AW系列亦达到极佳的EMC性能。

它提供了不同的引脚数（64,48或44）、封装选项（QFP,LQFP或QFN）及温度范围（-40至85和-40至125摄氏度）。

图微操纵器最小系统

MC9S08AW60特性：

8位HCS08中央处置器（CPU），20-MHz内部总线频率，具有模块爱惜与平安选项功能的60KB片上在线可编程FLASH存储器，2KB片上RAM，时钟源选项包括：

晶体、谐振器、外部时钟或内部生成的具有高精度NVM调整的时钟。

系统爱惜：

可选的看门狗复位，具有复位或中断功能的低压检测，具有复位功能的非法opcode检测，具有复位功能的非法地址检测（部份器件没有非法地址），功率节省模式等待及两种停止模式，

外设：

ADC-具有自动比较功能的16通道、10位模数转换器，SCI-两个具有可选的13位断点的串行通信接口模块，SPI-串行外设接口模块，IIC内部集成电路总线模块，在最大总线负载情形下，其最高工作频率可达100kbps，且负载越少，波特率越高，按时器-一个2通道和一个6通道、16位按时器/脉宽调制器，（TPM）模块：

每一个通道上都具有可选的输入搜集、输出比较及边缘对齐PWM功能。

针对所有通道上的缓冲、居中PWM（CPWM），可对各按时器模块进行配置，KBI-8引脚键盘中断模块。

输入/输出：

通用输入/输出引脚高达54个，用作输入端时，端口处可软件选择上拉，用作输出端时，端口处可软件选择斜率，用作输出端时，端口处可软件选择驱动力，主复位引脚与加电复位（POR），RESET、IRQ与BKGD/MS引脚处的内部上拉可缩减系统本钱。

疫苗温度测量电路

数字温度传感器DS18B20简介

该产品采纳美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，利用方便，封装形式多样，适用于各类狭小空间设备数字测温和操纵领域。

技术性描述：

独特的单线接口方式，DS18B20在与微处置器连接时仅需要一条口线即可实现微处置器与DS18B20的双向通信。

测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率℃。

支持多点组网功能，多个DS18B20能够并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，若是数量过量，会使供电电源电压太低，从而造成信号传输的不稳固，实现多点测温。

工作电源:

3～5V/DC。

在利用中不需要任何外围元件。

测量结果以9～12位数字量方式串行传送。

适用于DN15～25，DN40～DN250各类介质工业管道和狭小空间设备测温。

标准安装螺纹M10X1,,G1/2任选。

PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其它电器设备连接。

接线说明：

独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了散布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为至无需备用电源。

测量温度范围为-55℃至+125℃，-10℃至+85℃范围内精度为±℃温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒用户可概念的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温操纵，工业系统，消费电子产品温度计或任何热灵敏系统。

描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位，信息被发送到/从DS18B20通过1线接口，因其中央处置器与DS18B20只有一个一条口线连接。

为读写和温度转换能够从数据线本身取得能量，不需要外接电源。

因为每一个DS18B20的包括一个独特的序号，多个ds18b20s能够同时存在于一条总线。

这使得温度传感器放置在许多不同的地址。

它的用途很多，包括空调环境操纵，感测建筑物内温设备或机械，并进行进程监测和操纵。

斜率累加器

预置

减法计数器

减至0

减法计数器

高温度系数振荡器

低温度系数振荡器

温度寄存器

减至0

预置

计数比较器

图DS18B20内部结构图

DS18B20要紧由4部份组成：

64位ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄放器[5]。

DS18B20的封装形式及引脚排列如图2-3所示：

疫苗温度测量电路

设计采纳多个数字温度传感器，测量不同位置的疫苗冷藏温度。

所测温度信号送入微操纵器进行数模转换和存储。

图温度测量电路

疫苗温度液晶显示电路

显示电路采纳带中文汉字字库的RT-T12864E液晶显示器，显示温度传感器所测得的温度值，以便工作人员进行监测与记录。

图RT-T12864E液晶显示器

RT-T12864E液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处置机：

8-位并行及串行两种连接方式。

具有多种功能：

光标显示、画面移位、睡眠模式等。

液晶显示模块有20个引脚，VSS接地，VDD接+5伏电源，V0悬空，RS、R/W和E为操纵接口。

DB0-DB7为数据接口。

用微操纵器的D0-D7接LCM的DB0-DB7口，微操纵器的C4口接LCM的RS口，C5接R/W，C6接E。

LCM的1口接地，2口加电源VDD。

图数码显示电路

键盘

本设计采纳4×4键盘，能够设置预设温度值的上下限，并能设置复位。

先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。

再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。

将两次读取结果组合起来就能够够取得当前按键的特点编码。

利用上述方式咱们取得16个键的特点编码。

图键盘

疫苗温度超限蜂鸣报警电路

当所测量温度值超过预设温度值上下限时，微操纵器操纵蜂鸣报警器发出警报，以提示工作人员采取急救方法，操纵疫苗温度在适合范围内。

图蜂鸣报警电路

疫苗温度传送上位机串口通信电路

本设计采纳RS232作为串口通信。

9个引脚别离为：

1是DCD，2是RX,3是TX，4是DTR，5是GND，6是DSR，7是RTS，8是CTS，9是RI。

串口针头散布

2为接收数据，3为发送数据，5为信号地。

4系统软件设计

程序流程图

温度测量与报警流程图

图温度测量与报警流程图

温度显示流程图

图温度显示流程图

上位机界面

图上位机主界面

图疫苗实时温度界面

图疫苗历史温度曲线界面

结论

本设计介绍了研究疫苗冷藏温度监测系统的背景和意义和测量疫苗冷藏环境温度的关键与相关注意事项，详细介绍了MC9S08AW60微操纵器和DS18B20数字温度传感器，并完成了采纳MC9S08AW60微操纵器，通过数字温度传感器DS18B20检测疫苗冷藏环境温度的一种疫苗冷藏温度监测系统的设计方案。

本课题所涉及的知识覆盖面较广，综合了咱们专业的大部份专业基础课程和专业课程，能对我的知识综合运用能力的进行训练；本课题在传感器与检测技术、微操纵器、运算机操纵技术等方面有必然的深度和广度，能较好的训练我利用所学的大体理论进行分析实际问题与解决实际问题的能力。

本课题是设计一个疫苗冷藏温度监测系统，要紧涉及微操纵器技术、电子线路技术、运算机操纵技术等相关领域。

课题工作量饱满，有电路原理设计、软件程序的编写与调试；能知足本科毕业设计论文的要求，本设计论文的功效是一篇详尽的设计论文。

我通过本课题的设计与研究，达到了自动化专业本科生的软硬件设计、调试等综合能力的训练要求。

致谢

时刻过的好快，转眼间几个月的毕业论文设计即将终止。

在毕业论文结尾之际，借此机遇，我向在我做毕业设计进程中给予我支持和帮忙的教师和同窗们表示衷心的感激！

通过这段时刻的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于体会的匮乏，不免有许多考虑不全面的地址，若是没有导师的催促指导，和同窗们的支持和帮忙，想要完成那个设计是难以想象的。

在那个地址第一要感激我的导师马教师。

马教师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每一个时期，从设计草案的确信和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个进程中都给予了我悉心的指导。

她的治学严谨和科学研究的精神也是我永久学习的表率，并将踊跃阻碍我尔后的学习和工作。

然后还要感激大学四年来所有的教师，为咱们打下自动化专业知识的基础；同时还要感激所有的同窗们，正是因为有了你们的支持和鼓舞，这次毕业设计才会顺利完成。

最后感激我的母校河南工业大学四年来对我的大力栽培。

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附录总硬件电路图