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1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：
1.1 研究目的
药品作为一种特殊的商品，其质量直接关系到人们的生命健康。药品在存储过程中，对温湿度等环境条件有着极为严苛的要求，不合适的温湿度环境可能导致药品变质、失效，从而影响其疗效甚至产生毒副作用。然而，传统的药品存储环境监测主要依赖人工巡检，这种方式不仅效率低下，而且容易出现误差，无法及时发现温湿度异常情况。
针对上述问题，本课题旨在设计一套基于STM32的药品柜温湿度监测系统。该系统能够实时采集药品柜内的温湿度数据，通过本地显示模块直观展示数据，当温湿度超出设定阈值时，触发本地声光报警器提醒现场人员，同时将数据上传至物联网云平台，并通过手机APP实现远程监控与报警推送。通过构建从现场到云端的完整数据链路，实现药品存储环境的持续、精准与智能化管理，有效保障药品质量安全。
1.2 研究意义
2.2.1 理论意义
本课题的研究丰富了温湿度监测系统在药品存储领域的应用理论。通过对STM32微控制器的深入应用，结合温湿度传感器、无线通信模块等技术，探索出一套适用于药品柜的温湿度监测解决方案，为相关领域的研究提供了理论参考和实践经验。同时，在系统设计过程中，涉及到硬件电路设计、嵌入式软件开发、云平台通信以及手机APP开发等多个方面的知识，有助于推动多学科知识的融合与应用。
2.2.2 实践意义
在实际应用中，本系统能够有效解决药品存储环境监测中存在的问题。一方面，实时、精准的温湿度监测可以确保药品始终处于合规的存储条件下，提高药品管理的质量与安全性，减少因药品变质导致的经济损失和医疗风险。另一方面，远程监控功能使得管理人员可以随时随地掌握药品柜的温湿度情况，无需频繁到现场巡检，大大提高了工作效率。此外，系统的本地报警功能能够及时提醒现场人员处理异常情况，避免问题的进一步恶化。
1.3 国内外研究现状分析
1.3.1 国内研究现状
在国内，随着物联网技术的快速发展，温湿度监测系统在各个领域得到了广泛应用。在医疗相关领域，已有不少关于温湿度监测系统的研究。例如，李勇[3]设计了基于单片机的医疗设备温湿度实时监测系统，能够实时采集医疗设备周围的温湿度数据并进行显示与报警；王勇等[2]针对宠物医院设计了温湿度监测系统，保障宠物医疗环境的适宜性。
在药品存储方面，也有相关研究关注到温湿度控制的重要性。范茂林[5]设计了一种基于PLC的中药柜温湿度控制系统，通过PLC实现对中药柜温湿度的自动调节；刘航眉等[1]在应急救援行动中移动智慧药房的设计中，考虑了温湿度监测与控制，以确保药品在应急场景下的质量安全。
在温湿度监测系统的技术实现方面，许多研究采用了云平台与物联网技术。邵婷婷等[4]设计了一种基于云平台的温湿度监测系统，实现了数据的远程存储与访问；张德超[14]基于物联网设计了仓库环境监测系统，为物品的存储提供了良好的环境保障。同时，STM32微控制器因其性能稳定、成本低廉等优点，在温湿度监测系统中得到了广泛应用。韦燚等[12]、侯瑞倩等[13]分别基于STM32设计了大棚温湿度监测调节系统和温湿度环境监测系统，验证了STM32在温湿度监测领域的可行性。倪丹艳[10]基于Proteus对温湿度环境监测系统进行了设计与实现，为系统的仿真与调试提供了便利。张亚萍等[11]设计的实验室温湿度智能监控系统，也为药品柜温湿度监测系统的设计提供了参考。
1.3.2 国外研究现状
国外在温湿度监测系统的研究起步较早，技术相对成熟。在医疗和药品存储领域，对温湿度的控制要求更为严格，相关研究也更加深入。例如，一些发达国家已经建立了完善的药品冷链物流体系，其中温湿度监测是关键环节之一。通过在药品运输和存储过程中安装高精度的温湿度传感器，并实时将数据传输至监控中心，确保药品在整个供应链中的质量安全。
在技术实现方面，国外研究不仅注重硬件的性能提升，还在软件算法和数据分析方面进行了深入研究。例如，一些研究通过优化传感器布局和数据处理算法，提高了温湿度监测的准确性和可靠性；同时，利用大数据分析技术对温湿度数据进行挖掘，为药品存储环境的优化提供决策支持。
在无线通信技术方面，国外已经广泛应用了多种先进的通信协议，如ZigBee、LoRa等，实现了温湿度监测系统的低功耗、远距离通信。Wang A[16]设计了基于STM32的蓝牙无线温湿度检测系统，利用蓝牙技术实现了数据的短距离无线传输；Wang Y等[17]基于STM32设计了数控机床状态监测系统，展示了STM32在工业监测领域的强大功能。此外，国外的一些云平台提供商也提供了完善的物联网解决方案，为温湿度监测系统的数据存储与分析提供了有力支持。
1.3.3 研究现状总结
综合国内外研究现状可知，目前在温湿度监测系统领域已经取得了丰硕的成果，但在药品柜温湿度监测方面仍存在一些不足之处。一方面，部分系统功能较为单一，仅实现了基本的温湿度采集与显示，缺乏远程监控和报警功能；另一方面，一些系统的稳定性和可靠性有待提高，在复杂环境下容易出现数据传输中断或误报等问题。此外，现有研究大多侧重于硬件设计或软件开发的某一个方面，缺乏对系统整体架构和完整数据链路的设计与研究。
本课题针对上述问题，设计一套基于STM32的药品柜温湿度监测系统，集成温湿度传感器、无线通信模块、显示模块和声光报警电路，实现温湿度数据的实时采集、本地显示、越限报警、云平台数据上传以及手机APP远程监控等功能，构建从现场到云端的完整数据链路，为药品存储环境的智能化管理提供一种有效的解决方案。
参考文献
[1] 刘航眉,何鑫,孙静波,等.应急救援行动中移动智慧药房的设计[J].医疗卫生装备, 2025, 46(1):20-26.DOI:10.19745/j.1003-8868.2025004.
[2] 王勇,周莹,张会丽.基于单片机的宠物医院温湿度监测系统设计[J].仪表技术, 2024(5):38-42.
[3] 李勇.基于单片机的医疗设备温湿度实时监测系统设计[J].电子制作, 2024, 32(3):94-97.
[4] 邵婷婷,韦强,肖晟涵.一种基于云平台的温湿度监测系统设计[J].电子设计工程, 2020, 28(6):5.DOI:CNKI:SUN:GWDZ.0.2020-06-020.
[5] 范茂林.一种基于PLC的中药柜温湿度控制系统设计[J].中国科技信息, 2023(13):113-115.
[6] 刘凯.基于微压差GMP车间恒压控制系统设计与实现[D].合肥学院,2023.
[7] 蒙治科,党小花,马君毅,宁睿.洁净室环境监测业务系统的功能与实现策略研究[J]. 2023.
[8] 徐振崴.基于MVB的危化品运输列车车载监测系统设计[D].淮阴工学院,2023.
[9] 左乾坤,李江全,刘育辰.基于物联网的变压器远程监测系统设计[D].石河子大学,2022.
[10] 倪丹艳.基于Proteus的温湿度环境监测系统设计与实现[J].产业科技创新, 2020(20):2.
[11] 张亚萍,李抗抗.实验室温湿度智能监控系统设计[J].兰州文理学院学报：自然科学版, 2020, 34(6):4.
[12] 韦燚,曾海燕,潘有椿,等.基于STM32温湿度环境监测系统的设计[J].科技视界, 2022(22):73-76.
[13] 侯瑞倩,曳永芳.基于STM32的大棚温湿度监测调节系统设计[J].电子质量, 2022(008):000.
[14] 张德超.基于物联网的仓库环境监测系统设计[J].机电产品开发与创新, 2022(002):035.
[15] 景超 杨.Intelligent Ecological Warehouse with Temperature and Humidity Control Based on STM32[J].Software Engineering and Applications, 2022.DOI:10.12677/sea.2022.116159.
[16] Wang A .Bluetooth wireless temperature and humidity detection system based on STM32[J].E3S Web of Conferences, 2021.DOI:10.1051/E3SCONF/202128404006.
[17] Wang Y , Yan C , Qiao X ,et al.Design of CNC machine tool condition monitoring system based on STM32[J].Proceedings of SPIE, 2024, 13229(000):7.DOI:10.1117/12.3038383.
2．基本内容和技术方案：
2.1 系统设计目标与核心矛盾
针对药品存储环境监管中人工巡检效率低（误差率＞15%）、温湿度波动响应滞后（平均响应时间＞30分钟）等痛点，本课题设计一套基于STM32的全链路温湿度智能监测系统。系统通过高精度传感器+边缘计算+物联网云平台的三级架构，实现数据采集误差≤±0.5℃/±3%RH、本地报警响应时间＜5秒、云端数据同步延迟＜2秒的核心指标，满足GSP规范对药品存储环境的动态监控要求。
2.2 系统功能模块设计
系统采用模块化分层架构，包含以下五大核心模块：
2.2.1. 主控模块（STM32F407ZGT6）
硬件配置：Cortex-M4内核，168MHz主频，2MB Flash+192KB RAM
功能实现：
运行FreeRTOS实时操作系统，实现多任务调度
通过I2C接口与传感器通信，UART接口连接WiFi模块
执行PID算法对异常数据进行平滑处理
控制本地显示与报警逻辑
2.2.2. 环境数据采集模块
传感器选型：
温度：SHT31-DIS（精度±0.2℃，量程-40~125℃）
湿度：HDC2080（精度±2%RH，量程0~100%RH）
抗干扰设计：
采用四线制连接消除线阻影响
传感器封装采用IP65防护等级
增加硬件看门狗电路防止数据采集中断
2.2.3. 本地显示与报警模块
显示单元：
2.4寸TFT-LCD（分辨率320×240）
实时显示温湿度数值、设备状态、报警记录
报警单元：
声光报警器（蜂鸣器+LED三色指示灯）
报警阈值可配置（默认：温度2~8℃，湿度35~75%RH）
支持报警消音与复位功能
2.2.4. 无线数据传输模块
通信协议：
本地通信：Modbus RTU（RS485接口）
远程通信：ESP8266 WiFi模块（AT指令集）
云平台对接：
采用MQTT协议上传数据至阿里云IoT平台
数据包格式：JSON（含时间戳、设备ID、温湿度值、状态码）
上传频率：正常模式1次/5分钟，报警模式1次/分钟
2.2.5. 远程监控终端模块
手机APP开发（Qt框架）：
实时数据可视化：折线图动态展示历史数据
报警管理：支持多级阈值设置与推送通知
设备管理：远程固件升级与参数配置
数据导出：支持CSV格式导出历史记录
2.3 技术实现路径
2.3.1. 硬件开发流程
2.3.2. 软件开发关键技术
嵌入式端：
使用HAL库开发底层驱动
实现LWIP轻量级TCP/IP协议栈
采用DMA加速数据采集
云端服务：
阿里云IoT平台设备接入
搭建时间序列数据库（TSDB）存储历史数据
配置规则引擎实现异常数据自动告警
移动端：
Qt Quick Controls 2构建UI界面
实现WebSocket长连接保持实时性
采用QML动画增强用户体验
2.4 系统创新点
双模冗余设计：
本地存储（SD卡）与云端存储同步备份
主备WiFi模块自动切换保障通信连续性
智能校准算法：
基于最小二乘法的传感器漂移补偿
环境自适应校准模型（温度补偿系数动态调整）
能耗优化策略：
动态电压频率调整（DVFS）技术
传感器休眠模式（占空比可调）
低功耗WiFi连接管理（平均功耗＜50mA）
2.5 测试验证方案
测试项目 测试方法 验收标准
精度测试 与标准温湿度计对比（Fluke 1529） 温度误差≤±0.3℃，湿度≤±2.5%RH
稳定性测试 72小时连续运行 数据丢包率＜0.1%
报警响应测试 模拟超限场景 本地报警延迟＜3秒，云端＜5秒
兼容性测试 多品牌药品柜安装测试 适配90%以上市售柜体结构
3．进度安排：
2025年12月7日前，完成《药品柜温湿度监测系统设计》毕业设计任务书下发，明确设计要求与技术指标。
第1 - 2周（2025年12月8日 - 2025年12月21日），学生完成开题报告撰写，含系统需求分析、技术路线规划等内容；指导教师审阅批复后，于12月28日前组织完成开题答辩。
第3 - 10周（2025年12月29日 - 2025 - 2026 - 2学期教学周第7周），开展系统设计，包括硬件选型、软件编程、系统集成与测试；同步撰写论文，教学周第7周提交导师评阅，并根据意见修改完善。
第11 - 12周（2025 - 2026 - 2学期教学周第8 - 9周），进行答辩小组内论文交换评阅，学生根据评阅意见进一步优化论文，并制作答辩PPT，准备答辩演示材料。
第13周（2025 - 2026 - 2学期教学周第10周），学生准备毕业答辩，前半周进行公开答辩，后半周开展普通答辩。
4．指导老师意见：
指导教师签名： 年 月 日
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