一種新型無線溫濕度監測系統的設計與應用*

紀學鑫

醫療器械貯存場所存放著包括各種耗材、試劑及器械等大量醫療器械，對其貯存的溫濕度條件均有嚴格的要求[1]。根據國務院令680號《醫療器械監督管理條例》[2]、18號令《醫療器械使用質量監督管理辦法》[3]和《醫療器械臨床使用安全管理規范》[4]明確規定，醫療器械使用單位必須制定庫房管理制度，并且查看儲存場所條件溫濕度是否符合，查看儲運過程溫濕度監測記錄[5]。

現階段對于醫療器械貯存場所溫濕度的監測主要采用溫濕度計掛在器材庫房的各角落監測溫濕度，醫務人員定期定時查看溫濕度并進行記錄，其監測方式在時間上存在盲點，當器材庫房的中央空調損壞時不能第一時間發現，無法確定溫濕度異常的時間點而導致無法保證庫房設備的安全存儲。傳統的溫濕度登記不僅耗費大量的人力物力，而且可能有人為失誤等情況發生，導致醫療器材存儲存在安全隱患[6]。基于此，本研究設計一種新型無線溫濕度監測系統，通過溫濕度傳感器采集庫房各點的溫濕度，通過WiFi模塊將采集的數據傳送到中央監測系統上，實現對庫房無時間盲點的時時監測和記錄，當溫濕度異常時監測模塊呈現報警狀態，及時提示值班的醫務人員發現問題和解決問題，進而保證醫療器械存儲的安全性[7]。本系統已授權實用新型專利，專利號為ZL201820839610.4。

1 新型無線溫濕度監測系統設計

1.1 系統結構

由于醫療器材存儲的庫房較大，因此無線溫濕度監測系統通過4個溫濕度傳感器采集庫房的溫濕度，再通過溫濕度采集模塊和WiFi模塊將采集的數據傳輸到中央監測系統上。系統通過4個溫度傳感器采集冰箱溫度，通過溫度采集模塊和無線發射模塊將監測的溫度數據傳輸到手持顯示終端的監控軟件上，其系統結構見圖1。

圖1 無線溫濕度監測系統架構

1.2 硬件設計

無線溫濕度監測系統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，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。系統電路部分包括電源電路、按鍵電路、晶振電路、復位電路、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 無線溫濕度監測系統控制電路

1.2.1 主控制電路模塊

無線溫濕度監測系統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個并聯的電容C1、C2和12 M的晶振，用于系統的計時；復位電路連接AT89C52的RST腳，采用復位按鍵、電容C3和電阻R1，當系統死機或者出現異常時可以按下復位按鍵進行復位[9]。

1.2.2 溫濕度采集電路

無線溫濕度監測系統采用的溫度傳感器為DS18 B20，其測量范圍為-55 ℃～+125 ℃，在-10～+85 ℃范圍內，精度為±0.5 ℃。其采用單總線的接口方式與AT89C51連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊；單總線具有經濟性好、抗干擾能力強、適合于惡劣環境的現場溫度測量以及使用方便等優點，非常適合持多點組網功能，即多個DS18B20可以并聯在惟一的單線上，實現多點測溫。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據通過AT89C51的P0.0腳進行數據通信，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據通過AT89C51的P0.1腳進行數據通信[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

無線溫濕度監測系統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，內置高精度ADC和穩壓器和電源管理組件，2 ms之內喚醒、連接并傳輸數據包，非常適合溫濕度采集后時時發送數據。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

無線溫濕度監測系統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行整流變壓輸出3.3 V，另一方面通過內置電池進行供電。為保證輸出的電壓穩定在3.3 V，電池輸出的電壓通過電源管理芯片ASM1117進行穩壓，在通過電容C4、C5進行濾波，確保輸出的電壓為3.3 V。當輸出電壓正常時，電壓指示燈處于長亮狀態[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 軟件設計

無線溫濕度監測系統開機會首先進行系統的初始化，LCD全亮2 s，讀取存儲在EEPROM中的溫度校正參數進行校準，進入溫濕度采集子程序進行采集溫度數據和濕度數據。當溫濕度異常時進入溫濕度報警子程序，并將采集溫濕度和報警信息顯示在LCD上，當中央監測系統開啟無線接收功能時，系統進入無線傳輸子程序。系統具有電池電量監測程序，當顯示電池電量異常時會將報警信息顯示在LCD上[14]。無線溫濕度監測系統主程序流程見圖8。

圖8 無線溫濕度監測系統主程序流程圖

2 新型無線溫濕度監測系統應用

無線溫濕度監測系統在運用過程中，將4個溫濕度采集模塊和4個溫濕度傳感器放在醫療器械庫房的4個角落，開啟每個溫濕度采集模塊的無線傳輸功能，能夠將庫房的溫濕度通過無線傳輸的方式傳到中央監測系統，便于醫務人員對溫濕度的實時關注和記錄[15-16]。系統在測試過程中，醫療器械貯存場所的溫度設定為22 ℃，相對濕度為60%，其監測的溫度值與其他溫度的檢測值誤差為±0.5 ℃，相對濕度誤差為1%，整個系統監測準確，基本滿足醫療器械貯存場所的使用[17-18]。系統監測的溫濕度波動曲線見圖9。

圖9 無線溫濕度監測系統監測的溫濕度波動曲線圖

3 結論

醫療器械庫房放置著整個醫院所有的醫療器械和耗材，其大多數都對存儲場所的溫濕度有嚴格的要求，傳統的溫濕度監測手段存在時間盲點，而本研究設計的新型無線溫濕度監測系統可以遠距離的監測醫療器械存儲場所的溫濕度，能夠第一時間發現醫療器械庫房的溫濕度異常，進而提示醫務人員及時轉移那些對溫濕度比較敏感的器械和設備，同時可以及時通知設備科對制冷設備進行維護，對各科室醫療器械的安全存放啟動了保障作用[15]。采用信息化管理醫療器械庫房，不僅符合《醫療器械監督管理條例》的要求，同時可減少人力物力，對整個醫療器械庫房的監管起到重要作用[19]。