車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

董麗榮，曾連蓀

（上海海事大學 電子系，上海200135）

在現(xiàn)代日常生活中，車載血庫是醫(yī)院采集和運輸血液的重要設(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，運輸和貯存都對溫度有嚴格的要求。中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準規(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，就需要一個車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對血庫內(nèi)的溫度進行嚴格控制。

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，但是價格昂貴，使用成本很高。本文設(shè)計的車載血庫溫度監(jiān)控和報警系統(tǒng)由較小的單片機系統(tǒng)、溫度傳感器、LCD（或LED），打印機，無線報警系統(tǒng)等硬件構(gòu)成。可實現(xiàn)對血庫內(nèi)溫度的有效控制，同時具有實時顯示，打印和報警等功能，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

中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準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：冷藏箱達到運行狀態(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℃時應(yīng)分別發(fā)出報警。

根據(jù)該行業(yè)標準，本文設(shè)計的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要由單片機PIC16F877A、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、液晶顯示器OCM12864、時鐘芯片DS1302、打印機，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，開關(guān)制冷壓縮機時的內(nèi)部溫度是不同的，所以要用2片DS18B20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，因此當外界溫度達到某一范圍，內(nèi)部溫度超過預(yù)設(shè)值時，利用單片機控制制冷壓縮機的開關(guān)，以達到控制血庫溫度的目的。報警系統(tǒng)采用聲光報警和無線短信報警2種方法。

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Overall structure diagram of system

1.1 PIC16F877A單片機

美國 Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機具有價格低、速度快、功耗低、體積小等特點，并率先采用RISC技術(shù)。若用MCS-51系列單片機，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系列單片機的PIC16F877A。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，PIC16F877還可實現(xiàn)在線調(diào)試和編程，并且PIC16F87X系列單片機還具有一套小巧廉價的在線調(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?？傊?，選擇PIC16F877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[1]。單片機與按鍵的接口電路如圖2所示。

圖2按鍵接口電路Fig.2 Button interface circuit

按下S1鍵進入溫度設(shè)置狀態(tài)，按S2和S3鍵可對設(shè)置溫度進行加減，溫度設(shè)置好后可按S1鍵返回。

1.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

DS18B20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型的智能溫度傳感器，采用 “1-Wire”結(jié)構(gòu)，只需占用單片機的一個I/O口線，測量溫度范圍為-55～+125°C，可編程為 9～12位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，且當溫度在－10～+85℃之間時測量誤差僅為0.5℃，自身帶有非易失性的、用戶可編程的高低溫報警觸發(fā)器。DS18B20可以將檢測到的溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此可以直接和單片機相連，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[2]。

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)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 μms和 750 μms內(nèi)完成 9位和 12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20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。

圖3溫度采集電路Fig.3 Temperature acquisition circuit

1.3 LCD液晶顯示

OCM12864液晶顯示模塊是128×64點陣型液晶顯示模塊，該模塊具有如下特點：顯示數(shù)字、字母和圖形等；可與MCU直接接口，具有8位標準數(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；具有光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等功能[3]。

1.4 時鐘DS1302

DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5～5.5 V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。其主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護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

本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法，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，將各個模塊連接，構(gòu)成單片機軟件系統(tǒng)。這樣的設(shè)計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于調(diào)試、維護和功能擴展。

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，DS18B20溫度采集子程序，LCD顯示子程序及報警子程序等。在主程序中首先進行初始化，然后調(diào)用顯示子程序和打印子程序，顯示和打印當前溫度采集值，接著調(diào)用比較子程序，對實際溫度值和設(shè)置的溫度值進行比較，當溫度超過設(shè)置值時，調(diào)用報警子程序[4－6]。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示。

圖4主程序流程圖Fig．4 Flow chart of main program

系統(tǒng)初始化編程：

3 試驗結(jié)果

在不同的庫外環(huán)境溫度下，開關(guān)壓縮機時的庫內(nèi)溫度是不同的，所測得的試驗結(jié)果如表1所示。

由上述試驗數(shù)據(jù)所知，開關(guān)壓縮機時的庫內(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)壓縮機的庫內(nèi)溫度越低；反之，開關(guān)壓縮機的庫內(nèi)溫度越高。

表1溫度測量結(jié)果Tab.1 Results of temperature measurement℃

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)外溫度進行比較，通過軟件編程，利用單片機PIC16F877A控制制冷壓縮機的開關(guān)，有效實現(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，同時增加了打印機和無線短信模塊，能夠?qū)崟r打印時間和溫度值，便于記錄和保存信息。該系統(tǒng)擴展后可應(yīng)用于其他對溫度有要求的各種場合。

[1]李學海．PIC單片機實用教程基礎(chǔ)篇[M]．北京：北京航空航天出版社，2007．

[2]Maxim．DS18B20 datasheet[EB/OL]．[2010－02－10]．http://www．maxi－ic．com．cn/pdfserv/en/ds/DS18B20．pdf．

[3]金鵬電子有限公司．OCM12864系列圖形點陣液晶顯示模塊使用說明書[EB/OL]．[2010－02－10]．http://www．gptlcm．cn/CN/list．a(chǎn)sp?proname=OCM12864 －1．pdf．

[4]劉篤仁．PIC軟硬件系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2005．

[5]趙鴻圖．基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．微計算機信息，2008，24（9－2）：1－2．ZHAO Hong-tu．Design and implementation of temperature control system based on single chip Microcontroller[J]．microcomputer Information， 2008， 24（9－2）:1－2．

[6]求是科技．PIC單片機典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航[M]．北京：人民郵電出版社，2005．