一種無(wú)線斷電報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

湯棟生

廈門市婦幼保健院 運(yùn)營(yíng)管理部，福建 廈門 361003

引言

現(xiàn)行的很多醫(yī)療設(shè)備都需要長(zhǎng)時(shí)間工作，甚至有些設(shè)備不允許夜間停機(jī)，一旦出現(xiàn)意外停機(jī)并沒(méi)有及時(shí)處理，不僅會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，還會(huì)影響臨床科室的正常工作，甚至?xí)a(chǎn)生醫(yī)療事故[1]。比如在磁共振系統(tǒng)中的氦壓機(jī)一旦斷電停機(jī)，磁共振的冷頭制冷效果就會(huì)變差，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致磁體壓力偏高，此時(shí)醫(yī)務(wù)人員長(zhǎng)時(shí)間掃描會(huì)導(dǎo)致液氦汽化而溢出，進(jìn)而導(dǎo)致液氦面下降，這樣增加磁共振的加液氦頻率和失超風(fēng)險(xiǎn)，因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氦壓機(jī)是否正常工作至關(guān)重要。在病理科中，組織脫水要十幾個(gè)小時(shí)，在半夜脫水過(guò)程中，如果脫水機(jī)意外斷電，就會(huì)嚴(yán)重影響第二天醫(yī)務(wù)人員的標(biāo)本制作，影響醫(yī)生的診斷進(jìn)度。因此，及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電情況并及時(shí)采取措施，對(duì)于醫(yī)院的某些設(shè)備具有重要的意義[2]。

基于上述情況，本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一種無(wú)線斷電報(bào)警系統(tǒng)，適用于各醫(yī)院那些需長(zhǎng)時(shí)間供電設(shè)備供電電壓的異常監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)采用HT66F489為主控制芯片，以HFLPT200為無(wú)線傳輸模塊，設(shè)計(jì)電壓比較器與市電進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)市電異常，一方面報(bào)警裝置馬上蜂鳴器報(bào)警，另一方面以無(wú)線的形式發(fā)送給該設(shè)備的負(fù)責(zé)醫(yī)務(wù)人員，以提示其盡快處理供電情況[3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)路線

本設(shè)計(jì)由兩部分組成：硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括電源電路、主控制電路、市電采集電路、無(wú)線傳輸電路、報(bào)警電路等。軟件部分主要包括主程序、輸入市電電壓采集、通信及信號(hào)解調(diào)、電池電壓采集、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)萚4]。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的主控制芯片為HT66F489，該主芯片是一款8位具有高性能精簡(jiǎn)指令集的單片機(jī)，包含一個(gè)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一個(gè)可用于存儲(chǔ)序號(hào)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器；該芯片包含一個(gè)多通道12位A/D轉(zhuǎn)化器還帶有多個(gè)使用靈活的定時(shí)器模塊，可提供定時(shí)功能、脈沖生產(chǎn)功能及PWM產(chǎn)生等功能；內(nèi)建完整的SPI和I2C功能，時(shí)基功能、I/O使用靈活等特征。通過(guò)對(duì)市電的采集和比較，進(jìn)而判斷市電是否異常。整個(gè)系統(tǒng)采用可充電鋰電池供電，可通過(guò)市電進(jìn)行自我充電。其系統(tǒng)框圖，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（1）主控制電路設(shè)計(jì)。無(wú)線斷電報(bào)警電路采用的主芯片是HT66F489，采用28SSOP封裝，內(nèi)置了時(shí)鐘產(chǎn)生器、信號(hào)解調(diào)輔助電路、帶死區(qū)保護(hù)的互補(bǔ)性PWM輸出、過(guò)流保護(hù)等電路非常適合用于無(wú)線發(fā)射器的運(yùn)用，同時(shí)還支持低電壓復(fù)位等保護(hù)功能[5]。其主控制電路，見(jiàn)圖2，主芯片的VDD腳接3.3 V，并采用C29進(jìn)行濾波；系統(tǒng)的晶振連接在PB3腳和PB4腳；系統(tǒng)指示燈D15與電阻R44連接在PC5腳，D16與電阻R45連接在PC6腳；系統(tǒng)的PC4腳用于采集市電電壓，PC3腳用于采集電池電壓；PD1、PD2、PD3、PD4腳用于無(wú)線輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖2 主控電路圖

（2）市電采集電路設(shè)計(jì)。市電采集電路通過(guò)變壓器進(jìn)行降壓再進(jìn)行整流為12 V，最后進(jìn)行分壓作為采集電壓數(shù)據(jù)，從電路圖（圖3）可知，市電經(jīng)過(guò)熔斷器F2后，經(jīng)過(guò)R39、C17濾波后進(jìn)行變壓出交流電壓12 V,再經(jīng)過(guò)D10、D11、D12、D13進(jìn)行整流后，最后通過(guò)R37、R40、R41進(jìn)行分壓作為采集數(shù)據(jù)，與主芯片內(nèi)置的比較器進(jìn)行比較[6]。

（3）無(wú)線輸出電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線傳輸把市電監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)到醫(yī)務(wù)人員的手機(jī)或者APP軟件上，便于及時(shí)采集措施。為了無(wú)線傳輸模塊的穩(wěn)定供電和提供系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用電源管理芯片HT7463A進(jìn)行穩(wěn)壓，輸入電壓通過(guò)C2、C27進(jìn)行濾波輸入HT7463A的VIN腳，輸出SW腳再通過(guò)L1、C25、C24進(jìn)行濾波輸出3.3 V給無(wú)線傳輸模塊供電，見(jiàn)圖4。

圖3 市電采集電路圖

圖4 無(wú)線傳輸電源電路

HT7463A的EN腳連接主控制芯片的PD5腳，達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的[7-9]。本系統(tǒng)采用的無(wú)線傳輸模塊為HF-LPT200，該模塊具有低功耗、輸出速度快等優(yōu)點(diǎn)。HF-LPT200的DVDD腳連接3.3 V電壓，見(jiàn)圖5；數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)TX腳、RX腳連接主控制芯片的PB6腳、PB7腳[10-11]。

圖5 無(wú)線傳輸電路

（4）電源供電電路與充電電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用5節(jié)1.5 V的可充電電池供電，電池通過(guò)CMOS管Q5的源級(jí)連接主芯片的PC0腳，柵級(jí)連接PC4腳，進(jìn)而對(duì)電池電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)電量小于預(yù)設(shè)置時(shí)，前端輸出的12 V經(jīng)過(guò)D8、D9給電池充電[12-13]，見(jiàn)圖6。不管電源供電還是電池供電，經(jīng)過(guò)D8、D9后再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片HT7533，再經(jīng)過(guò)C22、C23濾波后輸出3.3 V，供給主控制電路、無(wú)線模塊模塊等供電[14]，見(jiàn)圖7。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

斷電報(bào)警裝置的主控制芯片上電后，先執(zhí)行包含I/O、寄存器、變量等系統(tǒng)初始化子程序，或者判斷復(fù)位電平是否為“1”而決定是否復(fù)位初始化[15]。程序主循環(huán)定時(shí)執(zhí)電池電壓采集子程序并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)市電電壓是否異常，當(dāng)市電電壓異常時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警子程序和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸子程序，用于提示醫(yī)務(wù)人員市電異常，應(yīng)盡快采取相關(guān)措施，見(jiàn)圖8。

圖6 電壓及電流耦合信號(hào)解調(diào)電路

圖7 主控制電源電路

圖8 主程序框圖

2 無(wú)線斷電報(bào)警裝置的臨床測(cè)試

本次設(shè)計(jì)的無(wú)線斷電報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，只需將要監(jiān)測(cè)的醫(yī)療設(shè)備的電源連接到斷電報(bào)警器的電源監(jiān)測(cè)接口，就可以對(duì)其進(jìn)行供電監(jiān)測(cè)，見(jiàn)圖9。

圖9 無(wú)線斷電報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)示意圖

本次設(shè)計(jì)的無(wú)線斷電報(bào)警裝置對(duì)磁共振氦壓機(jī)系統(tǒng)、病理科脫水機(jī)、中心制氧機(jī)等設(shè)備進(jìn)行斷電監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電情況，進(jìn)而通過(guò)報(bào)警方式或者無(wú)線傳輸?shù)姆绞酵ㄟ^(guò)相關(guān)人員及時(shí)設(shè)備的運(yùn)行情況，確保設(shè)備的持續(xù)工作狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，能夠滿足各種醫(yī)用設(shè)備的無(wú)線斷電監(jiān)測(cè)[12]，見(jiàn)圖10。

3 結(jié)論與討論

針對(duì)目前醫(yī)院某些設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間工作而可能遇到供電異常的狀況，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種無(wú)線斷電報(bào)警裝置，可以以外接的方式連接在所需斷電監(jiān)測(cè)的設(shè)備，比如中心制氧機(jī)、磁共振的氦壓機(jī)、脫水機(jī)等，當(dāng)設(shè)備供電異常時(shí)，一方面報(bào)警器報(bào)警，另一方面以無(wú)線的形式將斷電信息發(fā)給相關(guān)負(fù)責(zé)人員，達(dá)到實(shí)時(shí)關(guān)注設(shè)備的供電情況。該裝置使用簡(jiǎn)單，操作方便，穩(wěn)定性高不僅提高了設(shè)備的使用率和安全性，而且能夠第一時(shí)間把供電狀況告知相關(guān)人員，把可能造成的影響降到最低，縮短了臨床科室醫(yī)務(wù)人員等待的時(shí)間，大大提高了服務(wù)臨床的效率，對(duì)提高臨床服務(wù)質(zhì)量、加快檢測(cè)流程等具有較大的社會(huì)意義[16-17]。

圖10 斷電報(bào)警裝置臨床使用圖