一種無線斷電報警裝置的設計

湯棟生

廈門市婦幼保健院 運營管理部，福建 廈門 361003

引言

現行的很多醫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，甚至會產生醫療事故[1]。比如在磁共振系統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，實時監測氦壓機是否正常工作至關重要。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務人員的標本制作，影響醫生的診斷進度。因此，及時監測設備的供電情況并及時采取措施，對于醫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，適用于各醫院那些需長時間供電設備供電電壓的異常監測。本系統采用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，一旦發現市電異常，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送給該設備的負責醫務人員，以提示其盡快處理供電情況[3]。

1 系統設計路線

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、電池電壓采集、無線數據傳輸等[4]。

1.1 硬件設計

本系統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數據存儲器和一個可用于存儲序號、校準數據等非易性數據的EEPROM存儲器；該芯片包含一個多通道12位A/D轉化器還帶有多個使用靈活的定時器模塊，可提供定時功能、脈沖生產功能及PWM產生等功能；內建完整的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。整個系統采用可充電鋰電池供電，可通過市電進行自我充電。其系統框圖，見圖1。

圖1 系統結構框圖

（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，內置了時鐘產生器、信號解調輔助電路、帶死區保護的互補性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；系統的晶振連接在PB3腳和PB4腳；系統指示燈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腳用于無線輸出監測結果。

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據，從電路圖（圖3）可知，市電經過熔斷器F2后，經過R39、C17濾波后進行變壓出交流電壓12 V,再經過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據，與主芯片內置的比較器進行比較[6]。

（3）無線輸出電路設計。本系統可以通過無線傳輸把市電監測結果發到醫務人員的手機或者APP軟件上，便于及時采集措施。為了無線傳輸模塊的穩定供電和提供系統的穩定性，采用電源管理芯片HT7463A進行穩壓，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，達到監測的目的[7-9]。本系統采用的無線傳輸模塊為HF-LPT200，該模塊具有低功耗、輸出速度快等優點。HF-LPT200的DVDD腳連接3.3 V電壓，見圖5；數據傳輸通過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。本系統采用5節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測。當電量小于預設置時，前端輸出的12 V經過D8、D9給電池充電[12-13]，見圖6。不管電源供電還是電池供電，經過D8、D9后再經過穩壓芯片HT7533，再經過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，先執行包含I/O、寄存器、變量等系統初始化子程序，或者判斷復位電平是否為“1”而決定是否復位初始化[15]。程序主循環定時執電池電壓采集子程序并實時監測市電電壓是否異常，當市電電壓異常時，系統進入報警子程序和無線數據傳輸子程序，用于提示醫務人員市電異常，應盡快采取相關措施，見圖8。

圖6 電壓及電流耦合信號解調電路

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構簡單，使用方便，只需將要監測的醫療設備的電源連接到斷電報警器的電源監測接口，就可以對其進行供電監測，見圖9。

圖9 無線斷電報警裝置結構示意圖

本次設計的無線斷電報警裝置對磁共振氦壓機系統、病理科脫水機、中心制氧機等設備進行斷電監測，能夠及時監測設備的供電情況，進而通過報警方式或者無線傳輸的方式通過相關人員及時設備的運行情況，確保設備的持續工作狀態。整個系統運行穩定，監測準確，能夠滿足各種醫用設備的無線斷電監測[12]，見圖10。

3 結論與討論

針對目前醫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給相關負責人員，達到實時關注設備的供電情況。該裝置使用簡單，操作方便，穩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人員，把可能造成的影響降到最低，縮短了臨床科室醫務人員等待的時間，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