湯棟生

廈門市婦幼保健院 運營管理部，福建 廈門 361003

引言

現(xiàn)行的很多醫(yī)療設備都需要長時間工作，甚至有些設備不允許夜間停機，一旦出現(xiàn)意外停機并沒有及時處理，不僅會影響設備的使用壽命，還會影響臨床科室的正常工作，甚至會產(chǎn)生醫(yī)療事故[1]。比如在磁共振系統(tǒng)中的氦壓機一旦斷電停機，磁共振的冷頭制冷效果就會變差，進而會導致磁體壓力偏高，此時醫(yī)務人員長時間掃描會導致液氦汽化而溢出，進而導致液氦面下降，這樣增加磁共振的加液氦頻率和失超風險，因此，實時監(jiān)測氦壓機是否正常工作至關(guān)重要。在病理科中，組織脫水要十幾個小時，在半夜脫水過程中，如果脫水機意外斷電，就會嚴重影響第二天醫(yī)務人員的標本制作，影響醫(yī)生的診斷進度。因此，及時監(jiān)測設備的供電情況并及時采取措施，對于醫(yī)院的某些設備具有重要的意義[2]。

基于上述情況，本項目旨在設計一種無線斷電報警系統(tǒng)，適用于各醫(yī)院那些需長時間供電設備供電電壓的異常監(jiān)測。本系統(tǒng)采用HT66F489為主控制芯片，以HFLPT200為無線傳輸模塊，設計電壓比較器與市電進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)市電異常，一方面報警裝置馬上蜂鳴器報警，另一方面以無線的形式發(fā)送給該設備的負責醫(yī)務人員，以提示其盡快處理供電情況[3]。

1 系統(tǒng)設計路線

本設計由兩部分組成：硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括電源電路、主控制電路、市電采集電路、無線傳輸電路、報警電路等。軟件部分主要包括主程序、輸入市電電壓采集、通信及信號解調(diào)、電池電壓采集、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)萚4]。

1.1 硬件設計

本系統(tǒng)采用的主控制芯片為HT66F489，該主芯片是一款8位具有高性能精簡指令集的單片機，包含一個RAM數(shù)據(jù)存儲器和一個可用于存儲序號、校準數(shù)據(jù)等非易性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲器；該芯片包含一個多通道12位A/D轉(zhuǎn)化器還帶有多個使用靈活的定時器模塊，可提供定時功能、脈沖生產(chǎn)功能及PWM產(chǎn)生等功能；內(nèi)建完整的SPI和I2C功能，時基功能、I/O使用靈活等特征。通過對市電的采集和比較，進而判斷市電是否異常。整個系統(tǒng)采用可充電鋰電池供電，可通過市電進行自我充電。其系統(tǒng)框圖，見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（1）主控制電路設計。無線斷電報警電路采用的主芯片是HT66F489，采用28SSOP封裝，內(nèi)置了時鐘產(chǎn)生器、信號解調(diào)輔助電路、帶死區(qū)保護的互補性PWM輸出、過流保護等電路非常適合用于無線發(fā)射器的運用，同時還支持低電壓復位等保護功能[5]。其主控制電路，見圖2，主芯片的VDD腳接3.3 V，并采用C29進行濾波；系統(tǒng)的晶振連接在PB3腳和PB4腳；系統(tǒng)指示燈D15與電阻R44連接在PC5腳，D16與電阻R45連接在PC6腳；系統(tǒng)的PC4腳用于采集市電電壓，PC3腳用于采集電池電壓；PD1、PD2、PD3、PD4腳用于無線輸出監(jiān)測結(jié)果。

圖2 主控電路圖

（2）市電采集電路設計。市電采集電路通過變壓器進行降壓再進行整流為12 V，最后進行分壓作為采集電壓數(shù)據(jù)，從電路圖（圖3）可知，市電經(jīng)過熔斷器F2后，經(jīng)過R39、C17濾波后進行變壓出交流電壓12 V,再經(jīng)過D10、D11、D12、D13進行整流后，最后通過R37、R40、R41進行分壓作為采集數(shù)據(jù)，與主芯片內(nèi)置的比較器進行比較[6]。

（3）無線輸出電路設計。本系統(tǒng)可以通過無線傳輸把市電監(jiān)測結(jié)果發(fā)到醫(yī)務人員的手機或者APP軟件上，便于及時采集措施。為了無線傳輸模塊的穩(wěn)定供電和提供系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用電源管理芯片HT7463A進行穩(wěn)壓，輸入電壓通過C2、C27進行濾波輸入HT7463A的VIN腳，輸出SW腳再通過L1、C25、C24進行濾波輸出3.3 V給無線傳輸模塊供電，見圖4。

圖3 市電采集電路圖

圖4 無線傳輸電源電路

HT7463A的EN腳連接主控制芯片的PD5腳，達到監(jiān)測的目的[7-9]。本系統(tǒng)采用的無線傳輸模塊為HF-LPT200，該模塊具有低功耗、輸出速度快等優(yōu)點。HF-LPT200的DVDD腳連接3.3 V電壓，見圖5；數(shù)據(jù)傳輸通過TX腳、RX腳連接主控制芯片的PB6腳、PB7腳[10-11]。

圖5 無線傳輸電路

（4）電源供電電路與充電電路設計。本系統(tǒng)采用5節(jié)1.5 V的可充電電池供電，電池通過CMOS管Q5的源級連接主芯片的PC0腳，柵級連接PC4腳，進而對電池電量進行監(jiān)測。當電量小于預設置時，前端輸出的12 V經(jīng)過D8、D9給電池充電[12-13]，見圖6。不管電源供電還是電池供電，經(jīng)過D8、D9后再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片HT7533，再經(jīng)過C22、C23濾波后輸出3.3 V，供給主控制電路、無線模塊模塊等供電[14]，見圖7。

1.2 軟件設計

斷電報警裝置的主控制芯片上電后，先執(zhí)行包含I/O、寄存器、變量等系統(tǒng)初始化子程序，或者判斷復位電平是否為“1”而決定是否復位初始化[15]。程序主循環(huán)定時執(zhí)電池電壓采集子程序并實時監(jiān)測市電電壓是否異常，當市電電壓異常時，系統(tǒng)進入報警子程序和無線數(shù)據(jù)傳輸子程序，用于提示醫(yī)務人員市電異常，應盡快采取相關(guān)措施，見圖8。

圖6 電壓及電流耦合信號解調(diào)電路

圖7 主控制電源電路

圖8 主程序框圖

2 無線斷電報警裝置的臨床測試

本次設計的無線斷電報警裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，只需將要監(jiān)測的醫(yī)療設備的電源連接到斷電報警器的電源監(jiān)測接口，就可以對其進行供電監(jiān)測，見圖9。

圖9 無線斷電報警裝置結(jié)構(gòu)示意圖

本次設計的無線斷電報警裝置對磁共振氦壓機系統(tǒng)、病理科脫水機、中心制氧機等設備進行斷電監(jiān)測，能夠及時監(jiān)測設備的供電情況，進而通過報警方式或者無線傳輸?shù)姆绞酵ㄟ^相關(guān)人員及時設備的運行情況，確保設備的持續(xù)工作狀態(tài)。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，監(jiān)測準確，能夠滿足各種醫(yī)用設備的無線斷電監(jiān)測[12]，見圖10。

3 結(jié)論與討論

針對目前醫(yī)院某些設備需要長時間工作而可能遇到供電異常的狀況，本項目設計一種無線斷電報警裝置，可以以外接的方式連接在所需斷電監(jiān)測的設備，比如中心制氧機、磁共振的氦壓機、脫水機等，當設備供電異常時，一方面報警器報警，另一方面以無線的形式將斷電信息發(fā)給相關(guān)負責人員，達到實時關(guān)注設備的供電情況。該裝置使用簡單，操作方便，穩(wěn)定性高不僅提高了設備的使用率和安全性，而且能夠第一時間把供電狀況告知相關(guān)人員，把可能造成的影響降到最低，縮短了臨床科室醫(yī)務人員等待的時間，大大提高了服務臨床的效率，對提高臨床服務質(zhì)量、加快檢測流程等具有較大的社會意義[16-17]。

圖10 斷電報警裝置臨床使用圖