基于LabVIEW的醫(yī)院制氧設備監(jiān)測報警系統(tǒng)的設計

李傳莉，高磊

青島市婦女兒童醫(yī)院 器械科，山東青島 266034

基于LabVIEW的醫(yī)院制氧設備監(jiān)測報警系統(tǒng)的設計

李傳莉，高磊

青島市婦女兒童醫(yī)院 器械科，山東青島 266034

目的設計一種醫(yī)院制氧設備監(jiān)測報警系統(tǒng)，通過向手機發(fā)送短信實現(xiàn)遠程巡檢和報警功能，對制氧設備及機房進行監(jiān)測。方法運用傳感器和單片機技術，對制氧機管路中的各種信號進行采集和處理，并連接GSM通訊模塊實現(xiàn)短信報警。同時，運用LabVIEW語言編寫上位機軟件，對采集到的信號進行監(jiān)測和報警功能。結果系統(tǒng)實現(xiàn)了對醫(yī)院制氧設備的狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)顯示、存儲和報警。結論系統(tǒng)的應用能夠?qū)︶t(yī)院制氧設備進行遠程監(jiān)測和報警，進而實現(xiàn)機房的無人值守，具有一定的實用性。

醫(yī)院制氧設備檢測系統(tǒng)；LabVIEW；制氧設備；空壓機；干冷機；遠程監(jiān)測

引言

在當今醫(yī)療科技發(fā)達的大環(huán)境下，醫(yī)用制氧設備是現(xiàn)代必不可少的配備，所制得的氧氣主要用于臨床和保健，在醫(yī)療過程中起著非常重要的作用。而醫(yī)用分子篩制氧設備可在常溫、低壓的工況下運行，憑其安全性、方便性、經(jīng)濟性和可控制性，在大型醫(yī)院中得到廣泛的使用[1]。制氧設備需要24 h時監(jiān)測，實時關注制氧濃度和壓力，以保證醫(yī)院全天不間斷用氧需求。本文針對我院當前的供氧設備運行狀況，利用LabVIEW編程軟件，設計了一種計算機遠程監(jiān)控制氧設備的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了無人值守和遠程控制。

1 LabVIEW的應用

LabVIEW是美國國家儀器公司推出的虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）開發(fā)平臺，其圖形化的編程方式簡明、直觀、易用，編程過程十分簡便，并以流程圖或程序框圖的形式將各種功能連接起來，特別適用于實驗室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設備參數(shù)和功能的場合，以及對信號進行分析、研究、傳輸?shù)拳h(huán)境[2]。用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要利用LabVIEW重新構建新的儀器系統(tǒng)，例如，用戶可以將帶有RS-232接口的儀器或通用接口總線儀器通過計算機連接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機進行統(tǒng)一管理和操作[3]。本文介紹的制氧設備監(jiān)測報警系統(tǒng)就是利用LabVIEW設置串口，并通過計算機與帶有RS-232接口的儀器連接，完成數(shù)據(jù)采集、處理、記錄和顯示，實現(xiàn)了制氧設備24 h無人監(jiān)測管理。

2 系統(tǒng)總體結構和組成原理

系統(tǒng)包括信號采集處理模塊、GSM模塊和PC上位機3部分。系統(tǒng)結構原理圖，見圖1。

圖1 系統(tǒng)結構原理圖

（1）信號采集處理模塊。負責信號的采集和處理，是系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)中的各傳感器分別安裝在空壓機、冷干機和制氧機的傳輸管路中，用來采集管路中儲氣罐中空氣壓力、冷干機輸出管道中壓縮氣的溫濕度以及最終氧氣的壓力、濃度、流量等信號參數(shù)。采集的信號再經(jīng)變送器傳輸給單片機。單片機對采集信號進行處理（主要包括濾波、放大、A/D 轉(zhuǎn)換、存儲），并將數(shù)據(jù)通過串口傳遞給上位機和發(fā)送報警信號給GSM模塊[4]。

（2）GSM模塊。與信號處理模塊相連，以西門子TC35i[5-6]為核心處理GSM高頻信號，負責將報警信號發(fā)送給用戶手機和上位機GSM模塊[7]。

（3）PC上位機。與信號采集處理模塊連接，同時連接上位機端GSM模塊，用來接收設備端GSM模塊發(fā)送的信息。上位機軟件采用LabVIEW語言設計，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示、記錄和存儲，以及數(shù)據(jù)不正常時的報警，同時可以接入Internet，用于網(wǎng)絡遠程監(jiān)控。

3 PC下位機程序設計

下位機程序在KEIL C編譯環(huán)境下編譯，使用C語言編寫模塊化程序。寫好的程序經(jīng)過編譯后生成.hex文件，通過串口傳送給單片機。模塊化程序設計的功能包括信號采集、串口通信、短信發(fā)送等[8]。下位機主程序流程圖，見圖2。

圖2 下位機主程序流程圖

4 上位機 LabVIEW程序設計

4.1 前面板設計

前面板的設計是指在前面板界面上顯示的內(nèi)容，包括氧氣輸送過程中的各參數(shù)實時顯示狀態(tài)，以及報警狀態(tài)中顯示發(fā)送的短信內(nèi)容。根據(jù)實際需要可添加儀表控件、標簽、數(shù)值顯示控件以及對應的控制按鈕。

系統(tǒng)功能劃分為：顯示部分的內(nèi)容包括制氧機所制氧氣的壓力、濃度、瞬時流量和總流量，以及經(jīng)冷干機的壓縮氣體的壓力、溫度和濕度；報警設置和顯示部分運用數(shù)值輸入、布爾控件，時間顯示標簽，用于設置各顯示數(shù)據(jù)的上下限、報警指示燈和報警時間；在短信顯示和控制部分添加字符輸入和顯示控件，用于顯示收到和發(fā)送短信內(nèi)容。為了獲得串行端口號，在程序中添加兩個串口資源監(jiān)測控件、一個停止按鈕控件，用于執(zhí)行關閉程序命令。

4.2 程序框圖設計

主程序通過讀取下位機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理在前面板上顯示出來，即根據(jù)實際需要連接各功能程序?qū)崿F(xiàn)在前面板顯示的功能。利用VISA節(jié)點對串口參數(shù)進行配置，如配置波特率、奇偶校驗、停止位等相關參數(shù)，即對串口進行初始化，通過配置串口緩沖區(qū)讀取節(jié)點，讀取下位機發(fā)送到串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)[9]。然后根據(jù)下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的格式對數(shù)據(jù)進行解碼，將讀取的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，再對數(shù)組里的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)幀解析，得到相應采集通道的數(shù)據(jù)[10]。數(shù)據(jù)文件的存儲主要通過寫入文本文件和讀取文本文件兩個節(jié)點來完成，數(shù)據(jù)以excel或txt格式存儲，便于數(shù)據(jù)進一步分析和打印。點擊讀取數(shù)據(jù)可以顯示歷史數(shù)據(jù)，包括采集時間和各個傳感器采集的數(shù)值。判斷數(shù)據(jù)是否超出給定的范圍，超出限值時系統(tǒng)在顯示界面發(fā)出報警信號，并向用戶發(fā)送報警信息[11]。程序流程圖，見圖3。

4.3 網(wǎng)絡遠程監(jiān)控

（1）配置服務器[12]。配置服務器包括3個部分：服務器目錄與日志配置、客戶端可見VI配置、客戶端訪問權限。在LabVIEW程序框圖或前面板窗口中選擇菜單命令“工具”—＞“選項”，打開選項對話框左側(cè)最下方配置3部分分別配置。配置完成后，便可以用遠程面板 訪問操作服務器。

圖3 LabVIEW程序流程圖

（2）瀏覽器訪問[13-14]。瀏覽器訪問，需要具備兩個條件：① 在服務器端發(fā)布網(wǎng)頁；② 需要在客戶端安裝LabVIEW，或者安裝插件“LabVIEW運行-Time Engine”或者“LabVIEW press”。具備以上兩個條件后，還要在客戶端和服務器上完成相應操作：在LabVIEW程序框圖或前面板窗口中選擇菜單命令“工具”—＞“Web發(fā)布工作……”命令，添加VI程序名，選用“監(jiān)視器”查看模式，并設定兩次更新時間間隔為10 s，保存設置；在客戶端瀏覽器地址欄輸入服務器頁面地址，運行程序就可以在網(wǎng)絡端查看服務器運行情況。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

程序設計完成后，可使用串口調(diào)試助手軟件與下位機進行通信，用來測試下位機的串口發(fā)送程序是否正確，如能正確接收數(shù)據(jù)，說明串口程序無誤。然后在上位機LabVIEW程序上選擇串口號、串口相關參數(shù)、采集速率和報警上下限等設置。按下開機按鈕，便可以實現(xiàn)對制氧機5路信號的采集和顯示。上位機LabVIEW的程序界面，見圖4。圖中的空氣壓力表和兩個溫度表用來顯示壓縮空氣的壓力和溫度，從而監(jiān)測空壓機和冷干機的狀態(tài)；圖表用來實時顯示氧氣的流量，可以直觀的了解醫(yī)院的用氧量[15]。點擊報警設置按鈕可以更改各通道的報警上下限，點擊歷史紀錄按鈕可以打開以往的數(shù)據(jù)記錄。如果采集到的數(shù)據(jù)達到設置的上下限，報警燈就點亮報警，并顯示報警信息，同時短信欄可以接收到設備端GSM模塊發(fā)送的短信報警信息；如果沒有接受到短信報警信息，說明設備端GSM模塊可能出現(xiàn)故障，可以通過短信發(fā)送欄向有關人員發(fā)送短信通知。另外可以通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問服務器發(fā)布的頁面。在瀏覽器地址欄輸入服務器頁面地址并連接，如http://220.212.256.55:85/ zhiyangTEST.vi，彈出zhiyangTEST.vi打開和保存對話框，運行程序便可從網(wǎng)絡端可看到系統(tǒng)運行情況。

圖4 上位機LabVIEW的程序界面

6 結束語

本系統(tǒng)利用了LabVIEW軟件的靈活性特點，將計算機、單片機和GSM通訊模塊有機地結合起來，構建了醫(yī)院制氧設備監(jiān)測報警系統(tǒng)，可成功采集制氧設備在制氧過程中的濃度、溫濕度數(shù)值，實現(xiàn)了醫(yī)院制氧設備機房的無人檢測、參數(shù)記錄及報警。實際應用中，有較好的實用性和可靠性。

系統(tǒng)已實現(xiàn)遠程監(jiān)測，而遠程控制是我們進一步研究的內(nèi)容，如對制氧檢測系統(tǒng)基于安卓手機端的控制[16]，就可用手機客戶端完成對系統(tǒng)的控制操作。

[1] 王勤修.分子篩制氧設備在醫(yī)院的應用[J].中國醫(yī)院建設與裝備,2010,(1):62-64.

[2] 張桐,陳國順,王正林.精通 LabVIEW 程序設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[3] 張磊,龔成龍.基于LabVIEW的樓宇照明集中控制系統(tǒng)設計及其應用[J].工業(yè)控制計算機,2012,25(12):17-18.

[4] 顧昕元,高磊,李傳莉.基于GSM短信的醫(yī)院制氧設備遠程報警系統(tǒng)設計[J].中國醫(yī)療設備,2013,28(6):50-51.

[5] 韓劍,莫德清,李長俊.基于GSM和LabVIEW的溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機測量與控制,2015,23(4):1087-1089.

[6] 楊旭東,徐海亭,王俊.基于LabVIEW被動接收型串口通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].計算機與現(xiàn)代化,2013,(11):100-103.

[7] 賈鵬,張侃健,方仕雄,等.基于LabVIEW的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機,2015,28(4):79-80,136.

[8] 李江全,任玲,廖結安,等.LabVIEW虛擬儀器從入門到測控應用130例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

[9] 劉其和.LabVIEW虛擬儀器程序設計與應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2011.

[10] 林靜.LabVIEW虛擬儀器程序設計從入門到精通[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[11] 賈芳芳,俞阿龍,楊維衛(wèi).嵌入式工廠廢水遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].傳感器與微系統(tǒng),2013,32(9):108-110,114.

[12] 李江全,任玲,廖結安,等.LabVIEW虛擬儀器從入門到測控應用130例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

[13] 侯啟真,史秉鑫,李琪.機場安檢門遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制,2014,22(12):3976-3979.

[14] 宋敦波.基于LabVIEW的工業(yè)現(xiàn)場測控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制,2010,18(7):1528-1530.

[15] 王淼.基于PLC的光柵刻劃機控制系統(tǒng)研究[J].制造自動化,2014,36(9):146-148.

[16] 李光明,孫英爽,黨小娟.基于安卓的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計,2016,37(2):556-561.

本文編輯 韓淑英

Design of a Medical Oxygenerator Equipment Monitoring and Alarm System Based on LabVIEW

LI Chuan-li, GAO Lei
Department of Medical Devices, Qingdao Women and Children’s Hospital, Qingdao Shandong 266034, China

ObjectiveTo design a type of medical oxygenerator monitoring and alarm system based on LabVIEW, to realize the remote surveillance and alarm functions through short messages service (SMS) so as to monitor the medical oxygen equipment and the motor room.MethodsThe appropriate variety of sensors were placed in the pipeline of oxygenerator to collect all kinds of signals. And the micro-controller unit (MCU) technology was applied to judge such collected signals, then to achieve SMS alarm via GSM communication model, which was connected with MCU. Meanwhile, the LabVIEW was used for programming master computer software to monitor the collected signals and give SMS alarms through global system for mobile (GSM) model as well.ResultsThe designed system could monitor the status of medical oxygen equipment, display and store the corresponding data. When accrued exception, the system could alarm via SMS.ConclusionApplication of the system could remotely monitor the medical oxygen equipment station, give alarms in the event of exception, thus realizing the engine room unattended, which had some certain practicality.

medical oxygen equipment monitoring system; LabVIEW; oxygenerator; air compressor; refrigerant dryer; remote monitoring

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.02.013

1674-1633(2017)02-0050-03

2016-07-15

2016-12-10

作者郵箱：li2009chuanli@163.com