車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)
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摘要:為了有效控制車載血庫的溫度,使血庫內(nèi)的溫度保持在(5±1)℃,設(shè)計(jì)了一套用于車載血庫的溫度監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用DSl 8B20數(shù)字溫度傳感器測量血庫內(nèi)外溫度,當(dāng)血庫內(nèi)溫度超過上限時(shí),單片機(jī)啟動(dòng)制冷壓縮機(jī)降溫,當(dāng)?shù)陀谙孪迺r(shí),關(guān)閉制冷壓縮機(jī),從而控制血庫內(nèi)的溫度。與傳統(tǒng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在血庫外增加了一個(gè)溫度傳感器,解決了外界溫度對血庫內(nèi)的溫度控制的影響,提高了精度;此外,該系統(tǒng)還增加了打印和無線短信模塊,能夠打印時(shí)間和溫度,便于工作人員的觀察和記錄。實(shí)驗(yàn)表明,在室外不同溫度范圍時(shí),該系統(tǒng)能使單片機(jī)在血庫內(nèi)相應(yīng)的溫度時(shí)控制報(bào)警系統(tǒng)和制冷壓縮機(jī)的開關(guān),使血庫溫度保持在有效范圍內(nèi)。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);DSl8B20;LCD;打印機(jī);無線
在現(xiàn)代日常生活中,車載血庫是醫(yī)院采集和運(yùn)輸血液的重要設(shè)備,除此之外,它在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中也發(fā)揮著極其重要的作用。但是血液是搶救危重病人的特殊藥品,運(yùn)輸和貯存都對溫度有嚴(yán)格的要求。中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定血液冷藏箱的箱內(nèi)溫度為(5±1)℃。因此,為了提高移動(dòng)采血的質(zhì)量,更有效地管理和集中采集到的血液,使血液在輸送過程中更好保存,就需要一個(gè)車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng),對血庫內(nèi)的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。
我國目前市場上溫度監(jiān)控系統(tǒng)種類很多,雖然價(jià)格便宜,但是分辨率和精度較低,溫度監(jiān)控效果不是很理想,并且用于車載的溫度監(jiān)控系統(tǒng)還較少。國外的車載溫度監(jiān)控系統(tǒng)分辨率和精度較高,雖然性能好,但是價(jià)格昂貴,使用成本很高。本文設(shè)計(jì)的車載血庫溫度監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)由較小的單片機(jī)系統(tǒng)、溫度傳感器、LCD(或LED),打印機(jī),無線報(bào)警系統(tǒng)等硬件構(gòu)成??蓪?shí)現(xiàn)對血庫內(nèi)溫度的有效控制,同時(shí)具有實(shí)
時(shí)顯示,打印和報(bào)警等功能,通過在血庫外增加溫度傳感器,大大提高了控制溫度的精度。
1 系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計(jì)
中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY 0168-94規(guī)定血液冷藏箱的主要技術(shù)要求有:箱內(nèi)溫度為(5±1)℃;環(huán)境溫度,亞溫帶型(SN)、溫帶型(N):10~32℃,亞熱帶型(ST):18~38℃,熱帶型(T):18~43℃。對性能的要求是:冷藏箱達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)后,箱內(nèi)溫度不得偏離4~6℃范圍;箱內(nèi)上限溫度在7~8℃,下限溫度在2~3℃時(shí)應(yīng)分別發(fā)出報(bào)警。
根據(jù)該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。該車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要由單片機(jī)PICl6F877A、數(shù)字溫度傳感器DSl8B 20、液晶顯示器OCMl2864、時(shí)鐘芯片DSl302、打印機(jī),無線短信模塊等組成。由于外界環(huán)境溫度在不同溫度范圍時(shí),開關(guān)制冷壓縮機(jī)時(shí)的內(nèi)部溫度是不同的,所以要用2片DSl8B20分別檢測外部和內(nèi)部的溫度。而外界溫度和內(nèi)部溫度是存在一定關(guān)系的,因此當(dāng)外界溫度達(dá)到某一范圍,內(nèi)部溫度超過預(yù)設(shè)值時(shí),利用單片機(jī)控制制冷壓縮機(jī)的開關(guān),以達(dá)到控制血庫溫度的目的。報(bào)警系統(tǒng)采用聲光報(bào)警和無線短信報(bào)警2種方法。[!--empirenews.page--]
1.1 PICl6F877A單片機(jī)
美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)具有價(jià)格低、速度快、功耗低、體積小等特點(diǎn),并率先采用RISC技術(shù)。若用MCS-51系列單片機(jī),必須外加A/D轉(zhuǎn)換的硬件電路及相應(yīng)軟件編程。而PIC單片機(jī)有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換功能,故本系統(tǒng)選擇PIC系列單片機(jī)的PICl6F877A。此器件內(nèi)部有E2PROM,可以使溫度值方便寫入和讀出,若除此之外,PICl6F877還可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和編程,并且PICl6F87X系列單片機(jī)還具有一套小巧廉價(jià)的在線調(diào)試工具套件,借助這套在線調(diào)試工具,既可以硬件仿真,又可以程序燒寫,還保留了一塊可以隨意焊接自選元器件的布滿焊孔的電路板。總之,選擇PICl6F877可以大大簡化硬件電路和軟件編程,又便于在線調(diào)試和編程。單片機(jī)與按鍵的接口電路如圖2所示。
按下S1鍵進(jìn)入溫度設(shè)置狀態(tài)。按S2和S3鍵可對設(shè)置溫度進(jìn)行加減,溫度設(shè)置好后可按S1鍵返回。
1.2 DSl8B20數(shù)字溫度傳感器
DSl8B20是DALLAS公司推出的數(shù)字式溫度傳感器,該傳感器是一種改進(jìn)型的智能溫度傳感器,采用"1-Wire"結(jié)構(gòu),只需占用單片機(jī)的一個(gè)I/O口線,測量溫度范圍為-55~+125℃??删幊虨?~12位A/D轉(zhuǎn)換精度,且當(dāng)溫度在-1O~+85℃之間時(shí)測量誤差僅為0.5℃,自身帶有非易失性的、用戶可編程的高低溫報(bào)警觸發(fā)器。DSl8B20可以將檢測到的溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),因此可以直接和單片機(jī)相連,省去了放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路或恒流源。因此其外圍電路也比較簡單。[!--empirenews.page--]
與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式??梢苑謩e在93.7 5 μms和750 μms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量,并且從DSl8B20讀出的信息或?qū)懭隓Sl8B20的信息僅需要1根口線(單線接口)讀寫。溫度采集電路如圖3所示。
1.3 LCD液晶顯示
OCMl2864液晶顯示模塊是128x64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊,該模塊具有如下特點(diǎn):顯示數(shù)字、字母和圖形等;可與MCU直接接口,具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線;單電源供電,供電電源為+3.3~+5 V;配置對比度可調(diào)的LED背光;具有光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等功能。
1.4 時(shí)鐘DSl302
DSl302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路,它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí),具有閏年補(bǔ)償功能,工作電壓為2.5~5.5 V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。其主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸,可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能,并且關(guān)閉充電功能。采用普通32.768 kHz晶振。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法,將監(jiān)控系統(tǒng)要完成的功能分別編寫和調(diào)試,所有模塊調(diào)試成功以后,將各個(gè)模塊連接,構(gòu)成單片機(jī)軟件系統(tǒng)。這樣的設(shè)計(jì)有利于程序代碼的優(yōu)化,而且便于調(diào)試、維護(hù)和功能擴(kuò)展。
該系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)初始化程序,按鍵掃描子程序,DSl8B20溫度采集子程序,LCD顯示子程序及報(bào)警子程序等。在主程序中首先進(jìn)行初始化,然后調(diào)用顯示子程序和打印子程序,顯示和打印當(dāng)前溫度采集值,接著調(diào)用比較子程序,對實(shí)際溫度值和設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較,當(dāng)溫度超過設(shè)置值時(shí),調(diào)用報(bào)警子程序。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示。
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系統(tǒng)初始化編程:
3 試驗(yàn)結(jié)果
在不同的庫外環(huán)境溫度下,開關(guān)壓縮機(jī)時(shí)的庫內(nèi)溫度是不同的,所測得的試驗(yàn)結(jié)果如表l所示。
由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)所知,開關(guān)壓縮機(jī)時(shí)的庫內(nèi)溫度受庫外環(huán)境溫度的影響,庫外環(huán)境溫度越高,開關(guān)壓縮機(jī)的庫內(nèi)溫度越低;反之,開關(guān)壓縮機(jī)的庫內(nèi)溫度越高。
4 結(jié)束語
該溫度監(jiān)控系統(tǒng)利用兩片DSl8B20數(shù)字溫度傳感器,分別測量外界和內(nèi)部溫度,并對內(nèi)外溫度進(jìn)行比較,通過軟件編程,利用單片機(jī)PI-Cl6F877A控制制冷壓縮機(jī)的開關(guān),有效實(shí)現(xiàn)了血庫溫度的控制。與以往溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比,在外部增加了溫度傳感器,考慮了外界環(huán)境溫度對血庫內(nèi)溫度的影響,大大提高了溫度控制的精度,同時(shí)增加了打印機(jī)和無線短信模塊,能夠?qū)崟r(shí)打印時(shí)間和溫度值,便于記錄和保存信息。該系統(tǒng)擴(kuò)展后可應(yīng)用于其他對溫度有要求的各種場合。