一、设计背景与实用价值
中药存储质量直接影响药效，而中药仓库的温湿度、通风状况、药材霉变及虫蛀风险等因素，是决定中药存储质量的关键。传统中药仓库管理多依赖人工巡检记录温湿度、肉眼观察药材状态，存在数据记录滞后、误差大、无法实时预警、人力成本高的问题。尤其在梅雨季节或高温环境下，温湿度骤变易导致药材受潮霉变、虫蛀，造成经济损失；同时，人工管理难以实现药材存储位置的精准定位与出入库追溯，不利于仓库规范化管理。
基于单片机的中药仓库系统，以单片机为核心控制单元，融合环境监测、状态预警、数据记录与出入库管理功能，可实时采集仓库温湿度、空气质量数据，监测药材存储状态，实现异常情况自动预警与数据可视化管理。该系统温湿度采集精度达±0.5℃、±3%RH，响应时间小于1秒，支持药材信息录入与查询，能有效降低人工成本，减少药材损耗率至5%以下，为中药仓库提供智能化、精细化的管理方案，对保障中药质量、提升仓库管理效率具有重要的实用价值，适用于中小型中药仓库、药房存储间等场景。
二、硬件系统设计
硬件系统是中药仓库管理功能实现的基础，主要由单片机控制核心、环境监测模块、状态监测模块、执行模块、数据存储模块、人机交互模块及电源模块组成。单片机选用STM32F103C8T6，其具备ARM Cortex-M3内核，运算速度快、外设接口丰富（I2C、SPI、UART），可高效处理多模块数据，满足系统实时监测与控制需求。
环境监测模块包含温湿度传感器SHT30与空气质量传感器MQ-135：SHT30通过I2C接口与单片机连接，实时采集仓库温湿度数据，测量范围覆盖-40℃-125℃、0%-100%RH，精度高且稳定性强；MQ-135用于检测仓库内氨气、甲醛等有害气体浓度，当浓度超过预设阈值（如氨气＞50ppm）时，输出异常信号至单片机。状态监测模块采用红外对射传感器E18-D80NK与重量传感器HX711：红外对射传感器安装于药材货架出入口，记录药材出入库次数；HX711搭配称重托盘，实时监测货架上药材质重，间接判断药材是否存在损耗或异常取用。执行模块包含继电器控制的排风扇与除湿机，当温湿度或有害气体浓度超标时，单片机控制继电器启动对应设备，调节仓库环境。数据存储模块采用SD卡模块，按“时间-温湿度-气体浓度-药材质重”格式存储数据，支持数据导出分析；人机交互模块选用2.4英寸TFT触摸屏，实现温湿度阈值设置、药材信息录入（名称、存储位置、有效期）与查询功能。电源模块采用220V交流供电，经开关电源转换为12V后，通过稳压芯片LM1117-3.3V为各模块提供稳定电压，同时配备12V备用锂电池，确保断电后系统仍能工作4小时以上。
三、软件系统设计
软件系统采用C语言基于Keil MDK开发环境编写，以模块化设计实现功能分工，主要包括主程序、初始化子程序、环境监测子程序、状态管理子程序、执行控制子程序、数据存储子程序及人机交互子程序。主程序作为系统中枢，上电后首先完成单片机GPIO口、传感器接口、定时器、存储模块及触摸屏的初始化，随后进入循环监测状态，定时调用各子程序处理数据。
环境监测子程序每隔10秒读取SHT30与MQ-135的检测数据，经滤波算法（滑动平均法）消除干扰后，与预设阈值（如温度20℃-25℃、湿度45%-65%RH）对比，若超出范围则触发执行控制子程序。执行控制子程序根据异常类型启动对应设备：温度过高时开启排风扇通风降温，湿度过高时启动除湿机，有害气体浓度超标时联动排风扇换气。状态管理子程序通过红外对射传感器记录药材出入库状态，结合HX711采集的重量数据，判断药材是否正常取用；同时读取药材信息，当药材有效期临近（如剩余30天）时，在触摸屏上提示过期预警。数据存储子程序定时将监测数据与药材状态信息写入SD卡，采用FAT32文件系统管理数据，按日期创建文件夹，便于按时间查询历史数据。人机交互子程序响应触摸屏操作：点击“药材录入”可输入药材信息并关联货架位置；点击“数据查询”可通过时间或药材名称检索历史数据；点击“阈值设置”可调整温湿度、气体浓度的预警范围，操作直观便捷。
四、系统测试与优化
为验证系统性能，在模拟中药仓库环境（10㎡封闭空间）中，对环境监测精度、执行模块响应、数据存储与查询功能进行测试。测试结果显示：温湿度测量误差分别小于±0.5℃、±3%RH，符合设计要求；当温度升至28℃时，排风扇在1秒内启动，30分钟内将温度降至24℃；药材信息录入与查询响应时间小于2秒，SD卡存储数据完整，无丢失现象；有效期预警功能准确，在药材临近有效期时及时提示。
针对测试中发现的问题进行优化：硬件层面，原重量传感器HX711在多药材同时称重时存在信号干扰，导致重量检测误差增大（±5g），通过在传感器与单片机之间增加屏蔽线，并优化信号调理电路，将误差降至±2g以内。软件层面，原触摸屏在复杂操作（如批量录入药材信息）时存在卡顿，通过优化界面刷新算法，采用局部刷新替代全屏刷新，将操作响应时间从500ms缩短至100ms；同时，为防止SD卡存储溢出，在软件中加入数据清理功能，自动删除超过6个月的历史数据，保留关键记录。此外，为降低系统功耗，在软件中加入休眠模式，夜间（22:00-6:00）无操作时，控制触摸屏进入休眠，仅保留环境监测与预警功能，使系统功耗从正常工作时的80mA降至30mA，延长备用电池续航时间。优化后的系统稳定性与实用性显著提升，能满足中药仓库日常管理需求，为中药存储质量提供可靠保障。
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