基于ESP32的冷链监控系统：可实时评估温度、操作和访问条件，并生成可信度评分

这个项目为何存在?

全球每年估计有50%的疫苗被浪费。其中相当一部分浪费源于冷链中断——即疫苗在运输或储存过程中曾暴露于2至8°C安全温度范围之外，但直到为时已晚才被发现。

传统的冷链监控工具要么是昂贵的专用记录仪，难以在实地读取，要么只是简单的最高/最低温度计，只能告诉你发生了异常，却无法告知具体时间、持续时长或严重程度。这两种方式都无法为医护人员提供一个简单且可操作的答案来回答：“这个安瓿瓶现在是否仍然安全?”

该项目用一个数字来回答这个问题：冷链信任评分(CTS)。该评分系统借鉴了信用机构评估财务可靠性的方法，初始值为100分，并根据实时监控的各项条件持续下降——包括温度波动、门未关、物理撞击等。评分高于70分属于安全状态，40至70分之间属于风险较高，低于40分则被视为已受损。

系统基于ESP32运行，配备普通传感器，每秒将数据记录到microSD卡中，并通过WiFi提供美观的实时仪表盘——无需网络连接，无需依赖云服务，也无需订阅。

它做什么?

硬件监控策略

该系统协调五个专门的监控向量，以确保任何漏洞都未被发现：

•DS18B20 防水传感器：可在 2–8°C 的“金发女郎区”内提供高精度温度监测，每 500 毫秒进行一次连续采样。

•MPU6050 加速度计：通过检测冲击和粗暴操作来监控物理完整性。它采用上升沿检测逻辑，因此单次持续的碰撞(例如车辆振动)被视为一个事件，而非连续的处罚。

•磁性簧片开关：记录每扇门的开启和关闭事件，使系统能够区分常规疫苗取用与门被危险地留开的情况。

•MicroSD卡(SPI)：作为安全的“黑匣子”记录器，每秒将时间戳、温度、CTS得分、运动状态和门的状态记录到一个永久的.csv文件中。

•双色红/绿LED灯可实现即时视觉诊断：绿色表示安全，红色表示异常。

•视觉界面(OLED与LED)：SSD1306 OLED可为无智能手机访问权限的现场工作人员提供设备上的状态仪表盘。

冷链信任评分(CTS)逻辑

CTS 是一个从 0 到 100 的实时完整性评分，旨在具有实际意义：

• 30秒的简短开门时间不应扣分——而应起到警示作用，而非惩罚。

• 持续两小时的温度波动应当有明显影响

• 运输过程中出现单次颠簸应予以记录，但不应造成灾难性后果

• 当一切恢复正常时，分数会缓慢回升——表示监控信心已恢复

网页仪表盘

• 实时状态横幅：安全 / 风险中 / 受影响

• 4张度量卡：温度、CTS得分、违规事件、运动事件

• 门状态指示器，实时倒计时至CTS罚球激活

• 活动时带有脉冲动画的运动指示器

• CTS 信任评分面板，包含进度条和趋势图表

• 温度图表，包含2–8°C安全区参考线

• CTS 下降率柱状图 — 按严重程度着色(绿色/琥珀色/红色)

• 带时间戳的滚动事件日志

• 一键下载完整的SD卡日志CSV文件

OLED显示屏

• 状态栏：安全 / 风险 / 危险

• 大范围温度显示

• 带填充条的CTS值

• 图标行：D:CLSD | M:N | SD:Y | W:Y(门/运动/SD/WiFi)

逐步构建说明

步骤1：设置Arduino IDE

1. 从 arduino.cc/en/software 下载并安装 Arduino IDE 2.x

2. 打开文件 → 偏好设置，然后将 ESP32 板的 URL 添加到附加板管理器 URL 中

3. 打开工具 → 软件板 → 软件板管理器，搜索“esp32”并安装 Espressif Systems 包

4. 通过“工具”→“管理库”安装全部5个库(按名称搜索每个库)

5. 选择您的开发板：工具 → 开发板 → ESP32 开发模块

6. 选择您的COM端口：工具 → 端口

步骤2：准备SD卡

7. 将microSD卡格式化为FAT32(使用sdcard.org提供的官方SD卡格式化工具)

8. 固件会在首次启动时自动创建 /log.csv 文件，并添加标题行，如果该文件不存在，则无需手动准备。

步骤3：收集所有零件

9. 开始前请准备好所有元件。确保材料齐全，可避免半成品电路闲置。面包板原型的总制作时间约为2至3小时。

步骤4：连接并测试DS18B20

10. 连接 DS18B20 的 VCC → 3.3V，GND → GND，Data → GPIO 4

11. 在数据引脚和VCC之间加一个4.7kΩ电阻

12. 使用 DallasTemperature 库创建一个极简的 Flash 程序，并确认在串口监视器中能获得有效的读数。

提示：如果得到-127°C，可能是上拉电阻缺失或数据线错误

步骤5：添加MPU6050

13. 连接 SDA → GPIO 21，SCL → GPIO 22，VCC → 3.3V，GND → GND

14. 在你的代码中添加 mpu.initialize() 和 mpu.testConnection()

15. 在继续之前，请先在串行监视器中确认“MPU OK”。

步骤6：添加OLED

16. OLED 和 I2C 总线(GPIO 21/22)相同。两个设备的 I2C 地址不同，因此可以共存且无问题。请使用一个基本的 Adafruit SSD1306 示例代码来确认 OLED 是否能显示文本。

步骤7：添加SD卡模块

17. 连接 MOSI → GPIO 23，MISO → GPIO 19，SCK → GPIO 18，CS → GPIO 5

18. 插入一张FAT32格式的microSD卡

19. 使用 SD 库的 CardInfo 示例代码进行测试，以确认检测功能。

步骤8：线圈开关和LED灯

20.将簧片开关的一根引脚连接到 GPIO 27，另一根引脚连接到 GND

21. 红色LED：GPIO 25 → 220Ω → LED阳极，阴极连接至GND

22. 绿色LED：GPIO 26 → 220Ω → LED阳极，阴极连接至GND

步骤9：完整刷写固件

23. 在Arduino IDE中打开cold_chain_full.ino文件

24. 使用您的WiFi凭据更新SSID和密码

25. 选择ESP32开发模块，将上传速度设置为921600

26. 点击上传

27. 以115200波特率打开串行监视器——你应该能看到：MPU6050 OK、SD就绪、WiFi已连接，以及IP地址

本文编译自hackster.io