一種醫院被服收集系統主控制器的設計與實現

趙世婧，鄒繼東

（1.蘇州農業職業技術學院，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，各醫院對醫院被服的管理要求進一步提高，為避免因被服引起的各種交叉感染，更好地保證被服衛生質量，各醫院都逐步建設了專用的被服收集系統[1]。本設計應用于醫院被服收集系統，實現對樓層投物門請求響應、通風系統、被服收集桶狀態管理、收集管道密閉裝置、清洗裝置控制、遠程通訊等系統功能，是整個收集系統的“中心大腦”。

1 系統簡介

醫院被服收集系統一般安裝在建筑物預留井道內[2]，結構如圖1所示，系統由以下幾部分組成：

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，實現收集被服，收集箱容量狀態；

（3）密閉裝置，實現無被服收集操作時，收集管道口的密閉；

（4）頂層通風裝置，實現管道內投物過程中氣壓穩定和空氣清新；

（5）管道清新裝置，定期對管道進行清洗消毒，避免管道污染被服；

（6）樓層投物門，為自動升降門，配有觸摸顯示屏、讀卡器、指示燈和防夾保護探頭，實現投物門的開閉管控；

（7）系統主控制器，安裝于底層控制箱內，實現對被服系統中各單元的數據采集、參數配置、投物門操作控制，保證被服系統的正常運行。

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實現與各樓層投物門、清洗機、風機單元進行通訊，接收投物門開啟申請和狀態信息，處理清洗機狀態信息和控制風機運行；1路RS485操控觸摸屏，實現各投物門、清洗機、風機、密閉門狀態顯示以及運行參數設置；1路RS485實現與密閉門通訊交互，完成密閉門操作與狀態獲取。主控制器提供多路AI、DO接口，實現與外部各類型設備的交互和控制。同時提供了語音模塊，實現語音信息的播報。被服收集系統主控制器的總體設計框架結構如圖2所示。

圖2

3 系統硬件設計

本主控制器硬件設計采用雙層單板PCB設計, 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指示燈驅動電路，1路3A繼電器驅動電路，同時主控制器內部集成了高性能DC24V轉DC12V電路，提供輸出接口。

3.1 主控芯片

主控芯片電路設計如圖3所示。本設計采用上海中穎電子SH79F7012作為核心控制芯片。SH79F7012是一顆低功耗高性能8位加強8051單片機，LQFP80引腳，內嵌加強8051核，具有高速高效率特性。具有128k字節Flash，3840字節RAΜ，同時集成了豐富外設，4個16位定時器，4通道EUART，RTC實時時鐘，溫度傳感器，看門狗定時器，低壓復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，運行可靠，調試簡單的特點，主控制器提供了3路RS485接口，分別與樓層模塊、清洗設備、觸摸屏、密閉門裝置完成數據交換與信息控制。電路如圖4所示，RS485電路采用了熱敏電阻與TVS放電管雙重保護電路，使用上海貝嶺BL3085B轉換芯片。

圖4

3.3 AD轉換電路

使用運放LΜ358對輸入的電壓信號進行采樣放大后，由主芯片SH79F7012內部AD轉換，完成對外部模擬信號處理（圖5）。本系統外部信號是由紅外激光測距傳感器發出，處理被服收集箱內被服是否已滿。

圖5

3.4 DI數字輸入接口

電路如圖6所示，使用光耦隔離采樣，快速準備獲取外部輸入信號狀態。

圖6

3.5 指示燈驅動電路

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

圖7

3.6 電源電路

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

圖8

4 系統軟件設計

本控制器需要被服收集系統中的樓層單元、清洗機裝置、風機裝置、密閉門裝置、收集箱裝置、觸摸屏、指示燈、語音模塊、AGV小車完成數據交互和信息交換。具體軟件流程進入圖9所示。

圖9

主控制器程序主要實現各樓層投物門開門請求處理，當同一時間作業時，只允許單一投遞口打開；獲取各樓層投物門狀態，在觸摸屏上進行狀態顯示；處理清洗機裝置工作請求，在清洗機工作期間不允許投物門打開，清洗期間觸摸屏提示清洗機工作信息：工作時長、當前位置、清洗狀態，同時清洗期間底層收集桶需要自動更換為清洗機收集桶，底層密閉門需要打開；在有投物門打開或是風機工作時，頂層風機需要同步開啟，延遲關閉；在底層被服收集箱將要溢滿或者溢滿時，可以通過遠程報警提醒更換收集箱，同時鎖定各樓層投物門。各類報警信息也可本地進行語音提示。提供與被服收集AGV小車交互功能，收集箱滿時鎖定系統，同時通知AGV小車可以進行收集箱更換。

軟件采用C語言編寫，開發了底層boot功能，支持遠程軟件更新，極大方便后期被服系統功能的擴展。

5 運行與測試

本設計主控制器已安裝在醫院現場，調試效果滿足功能需求；已試運行1個月左右。

圖10

6 總結

本設計采用單片機作為主控芯片，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，具有以下優勢：

（1）現場布線更加簡潔，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，每個樓層通過RS485總線手拉手串接即可，極大節省了布線工作量；（2）接口更加豐富，后期可根據現場應用需求的增加，擴展應用功能，同時支持遠程程序更新，極大方便系統維護；（3）配置遠程物聯網通訊模塊，系統運行狀態和報警信息可通過互聯網傳遞，也可將運行數據在云端存儲。