病房環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

羅甫東 李晶 涂天力 劉俊鋒 陶梓隱 楊浩 劉永俊

摘 要：病房作為病人生活的處所，環(huán)境監(jiān)控顯得尤為重要。文章闡述的系統(tǒng)以51單片機(jī)為內(nèi)核組成一個(gè)病房環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，具有病房環(huán)境檢測、顯示和報(bào)警功能，同時(shí)從人性化考慮增加了屏蔽報(bào)警的特色功能。本系統(tǒng)能有效監(jiān)測病房的環(huán)境質(zhì)量，改善病人和醫(yī)護(hù)人員的生活工作條件，有利于病人的身心健康。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);病房;實(shí)時(shí)監(jiān)控;傳感器

0 引言

科技的進(jìn)步讓人們足不出戶就可以正常工作和生活，使得人們室內(nèi)活動(dòng)的時(shí)間增多，對(duì)病人來說更是如此。疫情期間，醫(yī)院病房內(nèi)的病人持續(xù)增加，有必要研究一個(gè)比較靈活可靠，簡單易用的系統(tǒng)，讓病人也能實(shí)時(shí)了解病房的環(huán)境狀況以及自身的健康狀況。

之前的檢測系統(tǒng)是通過單片機(jī)加上傳感器經(jīng)過一個(gè)特定的程序進(jìn)行編程使之能夠進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控[1]，通常是整個(gè)c文件，功能比較單一，且裁剪和添加功能步驟較為煩瑣。本系統(tǒng)是通過一系列的硬件頭文件函數(shù)，加上c文件中的主函數(shù)對(duì)這些硬件函數(shù)的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的，這樣的設(shè)計(jì)使得這個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)自己的需求方便地增加和刪減一些功能，系統(tǒng)的實(shí)用性也會(huì)大大增強(qiáng)。

1 ? 器件選擇

器件選擇的原則是性能足夠保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能，同時(shí)需要考慮價(jià)格的問題。該系統(tǒng)所涉及的硬件有單片機(jī)，各種類型的傳感器、顯示器件等。

AT89C51單片機(jī)具有2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，能進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)具有32個(gè)I/O口[2]，滿足該系統(tǒng)中接口的需求，數(shù)據(jù)處理可行。

傳感器的性能指標(biāo)包括量程、工作環(huán)境、電壓電流參數(shù)以及測量時(shí)間等[2]。選用的傳感器必須滿足以上這些性能指標(biāo)以保證該系統(tǒng)能夠正常工作，再根據(jù)傳感器的價(jià)格和系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便的原則進(jìn)行選擇。根據(jù)這些原則，選擇的器件有：AT89C51單片機(jī)、溫濕度傳感器DHT11、二氧化碳傳感器MH-Z19B、心率傳感器ST188、LCD1602液晶顯示屏[3]、蜂鳴器和其他必要器件。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)，采用DHT11溫濕度傳感器來采集環(huán)境溫度，MH-Z19B二氧化碳傳感器采集二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，ST188心率傳感器采集心率，最后將這些數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，控制LCD1602顯示、蜂鳴器和報(bào)警燈報(bào)警?？紤]到該系統(tǒng)的簡便易用，特意設(shè)計(jì)兩個(gè)按鈕：報(bào)警屏蔽按鈕，用以在特殊的時(shí)候屏蔽報(bào)警時(shí)蜂鳴器發(fā)出的聲音;模式轉(zhuǎn)換按鈕，用來以轉(zhuǎn)換檢測模式以實(shí)現(xiàn)一些附加功能。

2.1? 信息采集電路

用DHT11傳感器作為溫濕度采集電路的傳感器。DHT11是一款數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器，是由濕敏電阻和溫敏電阻構(gòu)成。這個(gè)傳感器有3個(gè)引腳，首先需要用單片機(jī)向其DATA腳發(fā)送采集溫濕度命令，然后該傳感器就將當(dāng)前的溫濕度值以特定的編碼從DATA腳返回到單片機(jī)中。

用MH-Z19B傳感器作為二氧化碳采集電路的傳感器。MH-Z19B是一款紅外技術(shù)的傳感器，能夠以脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation， PWM）和串口方式等多種方式傳輸數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)采用串口方式傳輸數(shù)據(jù)。

用ST188傳感器作為心率采集電路的傳感器。ST188采用光電原理，將心率轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，為了方便模擬，便采用方波電源進(jìn)行模擬。

2.2? 報(bào)警、顯示電路

用蜂鳴器報(bào)警，LED燈顯示報(bào)警信息，其中加有按鍵屏蔽蜂鳴器報(bào)警，如圖1所示。使用LCD1602作為顯示器，單片機(jī)傳輸?shù)娘@示數(shù)據(jù)通過移位寄存器傳輸?shù)斤@示器中實(shí)現(xiàn)顯示功能。

2.3 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的處理以及各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的顯示和報(bào)警，單片機(jī)控制外圍設(shè)備，P0.0口接入心率采集電路，P1.0口接入溫濕度采集電路，P2口接入顯示電路和報(bào)警電路，P3.0口和P3.1口為單片機(jī)的串口，負(fù)責(zé)與二氧化碳傳感器交互數(shù)據(jù)，P3.3口設(shè)置了模式轉(zhuǎn)換按鈕，可以轉(zhuǎn)換顯示模式。

3 仿真模擬

啟動(dòng)電源，如圖2所示，顯示屏顯示“WELCOME”;然后采集室內(nèi)溫度、濕度與二氧化碳濃度數(shù)值，循環(huán)更新顯示，如圖3—4所示;按下模式鍵后，如圖5所示，約等3秒后顯示心率值，再次按下模式鍵即可回到第一模式。該設(shè)計(jì)反映了實(shí)時(shí)監(jiān)控的可行性。綜上所述，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主要功能：顯示溫度、濕度與二氧化碳濃度數(shù)值，報(bào)警提醒值班人員。通過Proteus軟件仿真，達(dá)到上述要求，滿足設(shè)計(jì)目的。采用Proteus進(jìn)行電路圖的繪制仿真，Keil進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于MCS51單片機(jī)的病房環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)功耗低、可靠性強(qiáng)，并且簡單易用。根據(jù)實(shí)際需要本系統(tǒng)可以檢測多種實(shí)時(shí)信息，如：溫濕度、心率、二氧化碳的濃度的監(jiān)測等，并且可以在特定環(huán)境中實(shí)現(xiàn)定時(shí)監(jiān)測或多點(diǎn)監(jiān)控。當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測量時(shí)，可靈活增加節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展性強(qiáng)。作為一種方便快捷的檢測手段，除了可做病房環(huán)境監(jiān)測之外，也可以適用于其他場合，具有重要的廣泛應(yīng)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃華德.基于人機(jī)工程學(xué)的醫(yī)院病房環(huán)境研究與設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌大學(xué)，2005.

[2]余錫存.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

[3]徐蘭.基于單片機(jī)的智能溫度檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測試，2020（6）：29-32.

（編輯 王雪芬）