基于STC15單片機(jī)的醫(yī)療器械消毒滅菌器的研究與設(shè)計(jì)

屈峰浩 何勝軍 白炳峰 金光飛 姜俊杰 袁振宏 張君昊 衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

前沿：消毒裝置是一個(gè)長(zhǎng)期連續(xù)性工作，覆蓋范圍廣，精度要求高的產(chǎn)品，部分場(chǎng)所的特殊條件還決定了相對(duì)惡劣的消毒環(huán)境，這給傳統(tǒng)的人工滅菌帶來了很大難度。消毒裝置投入使用后，周期性的人工維修變得困難。我國(guó)的器械消毒工作起步較晚，發(fā)展較歐美及日本落后，自動(dòng)化程度低。這一方面是由于成本的制約，一方面也是因?yàn)闇缇^程中，新技術(shù)的推廣和融合進(jìn)展較慢。隨著器械工程量的增加和各種惡劣環(huán)境下安全高效消毒需求的出現(xiàn)，推動(dòng)消毒裝置工作的全天候，自動(dòng)化變得十分必要。

1 ．項(xiàng)目的背景、主要內(nèi)容、技術(shù)水平及應(yīng)用范圍

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及意義

我國(guó)目前的消毒裝置仍然自動(dòng)化程度不高。特別是對(duì)運(yùn)營(yíng)中的人工方法受到很大局限。傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展為醫(yī)療機(jī)械消毒的自動(dòng)化，無線化提供了便利。各種新型器件和無線通信技術(shù)的出現(xiàn)很好了解決了過去無菌安全健康環(huán)境構(gòu)想中面臨的電源供給，布線難度，設(shè)備維護(hù)和系統(tǒng)成本等一系列瓶頸。

隨著我國(guó)消毒裝置需求量，特別是特大醫(yī)院，野外救災(zāi)的增加，給醫(yī)療器械衛(wèi)生和維護(hù)提出了更高要求。針對(duì)這一現(xiàn)狀，創(chuàng)造自動(dòng)化的醫(yī)療器械裝置，能有效解決安全滅菌的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性。相較于人工手段，自動(dòng)化消毒系統(tǒng)大幅度提高滅菌效率減少人工量，為信息化，醫(yī)療器械安全預(yù)警和經(jīng)驗(yàn)的積累提供了可靠依據(jù)，有著巨大的應(yīng)用前景。

1.2 現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件

項(xiàng)目組在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，廣泛查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)資料，調(diào)研了衢州市各個(gè)醫(yī)院現(xiàn)狀，清楚的了解該領(lǐng)域目前的研究狀況，學(xué)習(xí)了一定的無線傳感網(wǎng)、結(jié)構(gòu)健康在線監(jiān)測(cè)等方面知識(shí)，擬定了研究?jī)?nèi)容、方案、計(jì)劃等，基本具備開展本項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目組指導(dǎo)教師由2個(gè)校內(nèi)指導(dǎo)教師組成，校內(nèi)指導(dǎo)教師長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)健康、電器智能控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面研究，積累豐富經(jīng)驗(yàn)，并取得顯著成績(jī)。何勝軍教師具有扎實(shí)的科研基礎(chǔ)，擁有4年的企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，近兩年來指導(dǎo)大學(xué)生參加2016年浙江省“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”和2015年全國(guó)大學(xué)生“嵌入式電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”（浙江賽區(qū)），獲得省二等獎(jiǎng)。課題團(tuán)隊(duì)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度和扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生參加各類專業(yè)技能競(jìng)賽并獲得多項(xiàng)省三等獎(jiǎng)以上榮譽(yù)，申報(bào)并完成多項(xiàng)市廳級(jí)科研項(xiàng)目多項(xiàng)。本課題研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要由應(yīng)用電子專業(yè)人員組成，團(tuán)隊(duì)研發(fā)任務(wù)根據(jù)成員的專業(yè)合理分配，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)與較強(qiáng)的研發(fā)能力。具有較強(qiáng)的教科研能力和指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目完全可以將上述的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)借鑒到消毒裝置開發(fā)中。

樣品已經(jīng)做出，軟件調(diào)試也已經(jīng)進(jìn)入尾期，本項(xiàng)目得到衢州思漢電子科技有限公司的大力支持，一旦產(chǎn)品研制成功，將由該公司進(jìn)行批量生產(chǎn)并推廣使用。

1.3 主要內(nèi)容及技術(shù)路線

1.3.1 主要內(nèi)容

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種基于STC15_W408AS的芯片控制水高溫滅菌系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過布設(shè)水位傳感器網(wǎng)絡(luò)，由各個(gè)位置的傳感器測(cè)量信號(hào)對(duì)需要監(jiān)測(cè)的柜式結(jié)構(gòu)壓力、溫度量等參量進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)匯總到匯聚節(jié)點(diǎn)，以供上位機(jī)處理，整個(gè)系統(tǒng)包括若干個(gè)感知節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和上位監(jiān)控平臺(tái)等三個(gè)部分構(gòu)成。

在本項(xiàng)目的調(diào)研階段走訪了衢州各大醫(yī)院，著重考察了醫(yī)療器械消毒滅菌器在醫(yī)院后勤供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，大部分醫(yī)院的醫(yī)療器械消毒滅菌器的可靠性不高，抗腐蝕抗干擾能力差，操作復(fù)雜，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本增加，針對(duì)這些問題，我們匯集成冊(cè)，在指定方案中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，面對(duì)面的改善解決問題為核心，自動(dòng)化，簡(jiǎn)單化，人性化為目標(biāo)，在硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中嘗試了大量方案，選出最佳方案中，進(jìn)行仿真調(diào)試，在確保沒有錯(cuò)誤的情況下。制作出樣品。所有的步驟都在計(jì)劃中按部就班的進(jìn)行中，目前，樣品已經(jīng)做出，在系統(tǒng)調(diào)試階段，硬件結(jié)構(gòu)還需要優(yōu)化，軟件也進(jìn)行到了尾期，全部完成后項(xiàng)目結(jié)題，驗(yàn)收。該項(xiàng)目的研制成功，將從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選型，硬件電路強(qiáng)弱電信號(hào)控制，抗?jié)穸饶芰Γ藱C(jī)界面，可操作性等方面大大提升消毒滅菌器的產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3.2 項(xiàng)目技術(shù)水平

本項(xiàng)目從技術(shù)層面上，涵蓋了以下的開發(fā)內(nèi)容：

1)感知模塊數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計(jì)；

2)網(wǎng)絡(luò)底層無線通信協(xié)議設(shè)計(jì)在軟件上的實(shí)現(xiàn)；

3)上位機(jī)通訊軟件的實(shí)現(xiàn)；

4)感知節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

5）匯聚節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

6）上位機(jī)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。

因此本設(shè)計(jì)的難度表現(xiàn)在軟、硬件的混合設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的編寫和感知節(jié)點(diǎn)分布布以及上位機(jī)管理系統(tǒng)的聯(lián)合設(shè)計(jì)等綜合技能和全面的軟、硬件知識(shí)。

2.應(yīng)用范圍

本項(xiàng)目所研制的系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)化，智能化，平臺(tái)化、使用方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于各類醫(yī)療器械消毒滅菌系統(tǒng)，市場(chǎng)潛力很大。

3.實(shí)施該項(xiàng)目所具備的基礎(chǔ)、優(yōu)勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)

項(xiàng)目組成員均具備一定的實(shí)踐能力，已經(jīng)開始了前期的研發(fā)工作，制作了新型醫(yī)療器械消毒裝置樣品成功，進(jìn)展非常順利，為項(xiàng)目的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。項(xiàng)目指導(dǎo)教師具備較強(qiáng)的科研指導(dǎo)能力，成功指導(dǎo)了2014年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，并已結(jié)題。并對(duì)本項(xiàng)目研究領(lǐng)域均有較深入的了解，結(jié)構(gòu)健康智能化方面開展了一些前期研究，研究成果已申報(bào)1項(xiàng)發(fā)明專利、發(fā)表2篇論文，具備開展本項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)。

此外，學(xué)校有電工電子實(shí)驗(yàn)室、配有開發(fā)裝置和示波器等調(diào)試設(shè)備，學(xué)校制定相關(guān)政策鼓勵(lì)大學(xué)生開展創(chuàng)新研究、配備有經(jīng)驗(yàn)的教師指導(dǎo)項(xiàng)目開發(fā)，為開展項(xiàng)目研究提供了便利條件。

總結(jié)：該系統(tǒng)通過布設(shè)水位傳感器網(wǎng)絡(luò)，由各個(gè)位置的傳感器測(cè)量信號(hào)對(duì)需要監(jiān)測(cè)的柜式結(jié)構(gòu)壓力、溫度量等參量進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)匯總到匯聚節(jié)點(diǎn)，以供上位機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)水位溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)化，智能化，平臺(tái)化。該裝置對(duì)于解決現(xiàn)今醫(yī)療器械健康安全問題，預(yù)防醫(yī)療隱患有著重大的意義。