一種醫(yī)院被服收集系統(tǒng)主控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙世婧，鄒繼東

（1.蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州，215008；2.蘇州卷柏電子有限公司，江蘇蘇州，215008）

隨著近2年新型冠狀病毒疫情的爆發(fā)，各醫(yī)院對醫(yī)院被服的管理要求進(jìn)一步提高，為避免因被服引起的各種交叉感染，更好地保證被服衛(wèi)生質(zhì)量，各醫(yī)院都逐步建設(shè)了專用的被服收集系統(tǒng)[1]。本設(shè)計(jì)應(yīng)用于醫(yī)院被服收集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對樓層投物門請求響應(yīng)、通風(fēng)系統(tǒng)、被服收集桶狀態(tài)管理、收集管道密閉裝置、清洗裝置控制、遠(yuǎn)程通訊等系統(tǒng)功能，是整個(gè)收集系統(tǒng)的“中心大腦”。

1 系統(tǒng)簡介

醫(yī)院被服收集系統(tǒng)一般安裝在建筑物預(yù)留井道內(nèi)[2]，結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由以下幾部分組成：

圖1

（1）收集通道：一般為直徑400mm～600mm不銹鋼圓形桶壁；

（2）底層被服收集裝置，實(shí)現(xiàn)收集被服，收集箱容量狀態(tài)；

（3）密閉裝置，實(shí)現(xiàn)無被服收集操作時(shí)，收集管道口的密閉；

（4）頂層通風(fēng)裝置，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)投物過程中氣壓穩(wěn)定和空氣清新；

（5）管道清新裝置，定期對管道進(jìn)行清洗消毒，避免管道污染被服；

（6）樓層投物門，為自動(dòng)升降門，配有觸摸顯示屏、讀卡器、指示燈和防夾保護(hù)探頭，實(shí)現(xiàn)投物門的開閉管控；

（7）系統(tǒng)主控制器，安裝于底層控制箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對被服系統(tǒng)中各單元的數(shù)據(jù)采集、參數(shù)配置、投物門操作控制，保證被服系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 主控制器總體方案

主控制器提供3路RS485通訊接口，1路RS485實(shí)現(xiàn)與各樓層投物門、清洗機(jī)、風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行通訊，接收投物門開啟申請和狀態(tài)信息，處理清洗機(jī)狀態(tài)信息和控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行；1路RS485操控觸摸屏，實(shí)現(xiàn)各投物門、清洗機(jī)、風(fēng)機(jī)、密閉門狀態(tài)顯示以及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置；1路RS485實(shí)現(xiàn)與密閉門通訊交互，完成密閉門操作與狀態(tài)獲取。主控制器提供多路AI、DO接口，實(shí)現(xiàn)與外部各類型設(shè)備的交互和控制。同時(shí)提供了語音模塊，實(shí)現(xiàn)語音信息的播報(bào)。被服收集系統(tǒng)主控制器的總體設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本主控制器硬件設(shè)計(jì)采用雙層單板PCB設(shè)計(jì), 主控芯片采用中穎電子SH79F7012，主控器集成3路RS485通訊接口，3路DI輸入采集接口，2路AI模擬采樣電路，1路語音播放電路，3路24V指示燈驅(qū)動(dòng)電路，1路3A繼電器驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)主控制器內(nèi)部集成了高性能DC24V轉(zhuǎn)DC12V電路，提供輸出接口。

3.1 主控芯片

主控芯片電路設(shè)計(jì)如圖3所示。本設(shè)計(jì)采用上海中穎電子SH79F7012作為核心控制芯片。SH79F7012是一顆低功耗高性能8位加強(qiáng)8051單片機(jī)，LQFP80引腳，內(nèi)嵌加強(qiáng)8051核，具有高速高效率特性。具有128k字節(jié)Flash，3840字節(jié)RAΜ，同時(shí)集成了豐富外設(shè)，4個(gè)16位定時(shí)器，4通道EUART，RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，溫度傳感器，看門狗定時(shí)器，低壓復(fù)位和低電壓檢測電路。

圖3

3.2 RS485接口電路

RS485通訊具有長距離，運(yùn)行可靠，調(diào)試簡單的特點(diǎn)，主控制器提供了3路RS485接口，分別與樓層模塊、清洗設(shè)備、觸摸屏、密閉門裝置完成數(shù)據(jù)交換與信息控制。電路如圖4所示，RS485電路采用了熱敏電阻與TVS放電管雙重保護(hù)電路，使用上海貝嶺BL3085B轉(zhuǎn)換芯片。

圖4

3.3 AD轉(zhuǎn)換電路

使用運(yùn)放LΜ358對輸入的電壓信號進(jìn)行采樣放大后，由主芯片SH79F7012內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，完成對外部模擬信號處理（圖5）。本系統(tǒng)外部信號是由紅外激光測距傳感器發(fā)出，處理被服收集箱內(nèi)被服是否已滿。

圖5

3.4 DI數(shù)字輸入接口

電路如圖6所示，使用光耦隔離采樣，快速準(zhǔn)備獲取外部輸入信號狀態(tài)。

圖6

3.5 指示燈驅(qū)動(dòng)電路

控制箱有3個(gè)DC24V指示燈，主控制器提供了3路DC24開關(guān)控制電路（如圖7）。

圖7

3.6 電源電路

本控制器內(nèi)部集成了DC24V轉(zhuǎn)DC12V的高性能電路（如圖8），可提供高達(dá)3A的輸出電流，供其他設(shè)備使用[3]。

圖8

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本控制器需要被服收集系統(tǒng)中的樓層單元、清洗機(jī)裝置、風(fēng)機(jī)裝置、密閉門裝置、收集箱裝置、觸摸屏、指示燈、語音模塊、AGV小車完成數(shù)據(jù)交互和信息交換。具體軟件流程進(jìn)入圖9所示。

圖9

主控制器程序主要實(shí)現(xiàn)各樓層投物門開門請求處理，當(dāng)同一時(shí)間作業(yè)時(shí)，只允許單一投遞口打開；獲取各樓層投物門狀態(tài)，在觸摸屏上進(jìn)行狀態(tài)顯示；處理清洗機(jī)裝置工作請求，在清洗機(jī)工作期間不允許投物門打開，清洗期間觸摸屏提示清洗機(jī)工作信息：工作時(shí)長、當(dāng)前位置、清洗狀態(tài)，同時(shí)清洗期間底層收集桶需要自動(dòng)更換為清洗機(jī)收集桶，底層密閉門需要打開；在有投物門打開或是風(fēng)機(jī)工作時(shí)，頂層風(fēng)機(jī)需要同步開啟，延遲關(guān)閉；在底層被服收集箱將要溢滿或者溢滿時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程報(bào)警提醒更換收集箱，同時(shí)鎖定各樓層投物門。各類報(bào)警信息也可本地進(jìn)行語音提示。提供與被服收集AGV小車交互功能，收集箱滿時(shí)鎖定系統(tǒng)，同時(shí)通知AGV小車可以進(jìn)行收集箱更換。

軟件采用C語言編寫，開發(fā)了底層boot功能，支持遠(yuǎn)程軟件更新，極大方便后期被服系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

5 運(yùn)行與測試

本設(shè)計(jì)主控制器已安裝在醫(yī)院現(xiàn)場，調(diào)試效果滿足功能需求；已試運(yùn)行1個(gè)月左右。

圖10

6 總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，搭載RS485通訊接口、AD放大采樣電路、多路DI/DO輸出接口，語音模塊接口，與之前采樣PLC作為主控模塊相比，具有以下優(yōu)勢：

（1）現(xiàn)場布線更加簡潔，采用本控制器通過RS485總線與樓層模塊通訊，從主控制箱只需要2根RS485通訊線，每個(gè)樓層通過RS485總線手拉手串接即可，極大節(jié)省了布線工作量；（2）接口更加豐富，后期可根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求的增加，擴(kuò)展應(yīng)用功能，同時(shí)支持遠(yuǎn)程程序更新，極大方便系統(tǒng)維護(hù)；（3）配置遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)通訊模塊，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息可通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞，也可將運(yùn)行數(shù)據(jù)在云端存儲。