一種新型無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

紀(jì)學(xué)鑫

醫(yī)療器械貯存場(chǎng)所存放著包括各種耗材、試劑及器械等大量醫(yī)療器械，對(duì)其貯存的溫濕度條件均有嚴(yán)格的要求[1]。根據(jù)國(guó)務(wù)院令680號(hào)《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》[2]、18號(hào)令《醫(yī)療器械使用質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》[3]和《醫(yī)療器械臨床使用安全管理規(guī)范》[4]明確規(guī)定，醫(yī)療器械使用單位必須制定庫(kù)房管理制度，并且查看儲(chǔ)存場(chǎng)所條件溫濕度是否符合，查看儲(chǔ)運(yùn)過程溫濕度監(jiān)測(cè)記錄[5]。

現(xiàn)階段對(duì)于醫(yī)療器械貯存場(chǎng)所溫濕度的監(jiān)測(cè)主要采用溫濕度計(jì)掛在器材庫(kù)房的各角落監(jiān)測(cè)溫濕度，醫(yī)務(wù)人員定期定時(shí)查看溫濕度并進(jìn)行記錄，其監(jiān)測(cè)方式在時(shí)間上存在盲點(diǎn)，當(dāng)器材庫(kù)房的中央空調(diào)損壞時(shí)不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，無法確定溫濕度異常的時(shí)間點(diǎn)而導(dǎo)致無法保證庫(kù)房設(shè)備的安全存儲(chǔ)。傳統(tǒng)的溫濕度登記不僅耗費(fèi)大量的人力物力，而且可能有人為失誤等情況發(fā)生，導(dǎo)致醫(yī)療器材存儲(chǔ)存在安全隱患[6]?；诖耍狙芯吭O(shè)計(jì)一種新型無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過溫濕度傳感器采集庫(kù)房各點(diǎn)的溫濕度，通過WiFi模塊將采集的數(shù)據(jù)傳送到中央監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)房無時(shí)間盲點(diǎn)的時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，當(dāng)溫濕度異常時(shí)監(jiān)測(cè)模塊呈現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)，及時(shí)提示值班的醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，進(jìn)而保證醫(yī)療器械存儲(chǔ)的安全性[7]。本系統(tǒng)已授權(quán)實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL201820839610.4。

1 新型無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于醫(yī)療器材存儲(chǔ)的庫(kù)房較大，因此無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過4個(gè)溫濕度傳感器采集庫(kù)房的溫濕度，再通過溫濕度采集模塊和WiFi模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)測(cè)系統(tǒng)上。系統(tǒng)通過4個(gè)溫度傳感器采集冰箱溫度，通過溫度采集模塊和無線發(fā)射模塊將監(jiān)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞殖诛@示終端的監(jiān)控軟件上，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 硬件設(shè)計(jì)

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫濕度采集模塊采用的主控制芯片為AT89C52，是一款低電壓、高性能CMOS的8位單片機(jī)，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。系統(tǒng)電路部分包括電源電路、按鍵電路、晶振電路、復(fù)位電路、溫濕度采集電路、LCD顯示電路以及WiFi模塊電路等[8](圖2)。

圖2 無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制電路

1.2.1 主控制電路模塊

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控制電路采用的中央處理器為AT89C52，其供電電壓采用+3.3 V，主控制電路主要包括晶振電路和復(fù)位電路(圖3)。

圖3 主控制電路模塊

圖3 顯示，晶振電路連接AT89C52的XTAL1腳和XTAL2腳，采用2個(gè)并聯(lián)的電容C1、C2和12 M的晶振，用于系統(tǒng)的計(jì)時(shí)；復(fù)位電路連接AT89C52的RST腳，采用復(fù)位按鍵、電容C3和電阻R1，當(dāng)系統(tǒng)死機(jī)或者出現(xiàn)異常時(shí)可以按下復(fù)位按鍵進(jìn)行復(fù)位[9]。

1.2.2 溫濕度采集電路

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的溫度傳感器為DS18 B20，其測(cè)量范圍為-55 ℃～+125 ℃，在-10～+85 ℃范圍內(nèi)，精度為±0.5 ℃。其采用單總線的接口方式與AT89C51連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；單總線具有經(jīng)濟(jì)性好、抗干擾能力強(qiáng)、適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，即多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。溫度傳感器的供電電壓為3.3 V，采用上拉電阻R3連接溫度傳感器的VCC腳和I/O腳；溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)通過AT89C51的P0.0腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，溫度采集電路見圖4。

圖4 溫度采集模塊電路

濕度傳感器采用DHT11，濕度采集電路供電電壓為3.3 V，采用上拉電阻R4連接溫度傳感器的VCC腳和I/O腳；溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)通過AT89C51的P0.1腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[10]。濕度采集電路見圖5。

圖5 濕度采集模塊電路

1.2.3 WiFi傳輸模塊

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的無線傳輸模塊為ESP8266。ESP8266支持802.11b/g/n，支持WPA/WPA2安全模式，內(nèi)置高精度ADC和穩(wěn)壓器和電源管理組件，2 ms之內(nèi)喚醒、連接并傳輸數(shù)據(jù)包，非常適合溫濕度采集后時(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。WiFi模塊采用3.3 V供電，通過URXD腳和UTXD腳與主控制芯片的P3.0腳和P3.1腳進(jìn)行通訊[11]。WiFi傳輸模塊電路見圖6。

圖6 WiFi傳輸模塊電路

1.2.4 電源模塊

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫濕度采集模塊的供電電壓為3.3 V，一方面可以通過市電進(jìn)行整流變壓輸出3.3 V，另一方面通過內(nèi)置電池進(jìn)行供電。為保證輸出的電壓穩(wěn)定在3.3 V，電池輸出的電壓通過電源管理芯片ASM1117進(jìn)行穩(wěn)壓，在通過電容C4、C5進(jìn)行濾波，確保輸出的電壓為3.3 V。當(dāng)輸出電壓正常時(shí)，電壓指示燈處于長(zhǎng)亮狀態(tài)[12-13]。液晶顯示模塊電路見圖7。

圖7 液晶顯示模塊電路

1.3 軟件設(shè)計(jì)

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開機(jī)會(huì)首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，LCD全亮2 s，讀取存儲(chǔ)在EEPROM中的溫度校正參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，進(jìn)入溫濕度采集子程序進(jìn)行采集溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)。當(dāng)溫濕度異常時(shí)進(jìn)入溫濕度報(bào)警子程序，并將采集溫濕度和報(bào)警信息顯示在LCD上，當(dāng)中央監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開啟無線接收功能時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入無線傳輸子程序。系統(tǒng)具有電池電量監(jiān)測(cè)程序，當(dāng)顯示電池電量異常時(shí)會(huì)將報(bào)警信息顯示在LCD上[14]。無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主程序流程見圖8。

圖8 無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主程序流程圖

2 新型無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)用過程中，將4個(gè)溫濕度采集模塊和4個(gè)溫濕度傳感器放在醫(yī)療器械庫(kù)房的4個(gè)角落，開啟每個(gè)溫濕度采集模塊的無線傳輸功能，能夠?qū)?kù)房的溫濕度通過無線傳輸?shù)姆绞絺鞯街醒氡O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，便于醫(yī)務(wù)人員對(duì)溫濕度的實(shí)時(shí)關(guān)注和記錄[15-16]。系統(tǒng)在測(cè)試過程中，醫(yī)療器械貯存場(chǎng)所的溫度設(shè)定為22 ℃，相對(duì)濕度為60%，其監(jiān)測(cè)的溫度值與其他溫度的檢測(cè)值誤差為±0.5 ℃，相對(duì)濕度誤差為1%，整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，基本滿足醫(yī)療器械貯存場(chǎng)所的使用[17-18]。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的溫濕度波動(dòng)曲線見圖9。

圖9 無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的溫濕度波動(dòng)曲線圖

3 結(jié)論

醫(yī)療器械庫(kù)房放置著整個(gè)醫(yī)院所有的醫(yī)療器械和耗材，其大多數(shù)都對(duì)存儲(chǔ)場(chǎng)所的溫濕度有嚴(yán)格的要求，傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)手段存在時(shí)間盲點(diǎn)，而本研究設(shè)計(jì)的新型無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)醫(yī)療器械存儲(chǔ)場(chǎng)所的溫濕度，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)醫(yī)療器械庫(kù)房的溫濕度異常，進(jìn)而提示醫(yī)務(wù)人員及時(shí)轉(zhuǎn)移那些對(duì)溫濕度比較敏感的器械和設(shè)備，同時(shí)可以及時(shí)通知設(shè)備科對(duì)制冷設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，對(duì)各科室醫(yī)療器械的安全存放啟動(dòng)了保障作用[15]。采用信息化管理醫(yī)療器械庫(kù)房，不僅符合《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》的要求，同時(shí)可減少人力物力，對(duì)整個(gè)醫(yī)療器械庫(kù)房的監(jiān)管起到重要作用[19]。