一種嬰兒培養(yǎng)箱中央溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

湯棟生

廈門市婦幼保健院 運營管理部，福建 廈門 361003

引言

嬰兒培養(yǎng)箱為低體重兒、病危兒、新生兒恒溫培養(yǎng)、新生兒體溫復(fù)蘇等營造一個空氣適宜、溫濕度適宜、溫暖舒適、類似母體子宮的優(yōu)良環(huán)境，從而對嬰兒進行培養(yǎng)和護理[1]。現(xiàn)存的嬰兒培養(yǎng)箱都具有溫度監(jiān)測和溫度報警裝置，用于對嬰兒培養(yǎng)箱箱體溫度的實時監(jiān)測。近年來各種低體重兒、病危兒等人數(shù)的增加，醫(yī)務(wù)人員在看護過程中不能每時每刻關(guān)注每一臺嬰兒培養(yǎng)箱的溫度情況，因此當設(shè)備發(fā)生故障時無法及時停止治療或者調(diào)整治療方案，導(dǎo)致新生兒在嬰兒培養(yǎng)箱治療過程中被燒傷的事件在不斷上升[2]。

基于上述情況，設(shè)計一種嬰兒培養(yǎng)箱中央溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用AT89C51為主控芯片，以DS18B20為傳感器采集箱體溫度，進而把監(jiān)測溫度顯示在中央溫度監(jiān)測軟件上，便于醫(yī)務(wù)人員對所有嬰兒培養(yǎng)箱箱體溫度的實時監(jiān)測。本系統(tǒng)對各種嬰兒培養(yǎng)箱的溫度監(jiān)測采用以外接的方式加入溫度監(jiān)測模塊，再通過數(shù)據(jù)線將監(jiān)測溫度傳輸?shù)奖O(jiān)測主機的采集卡，最后通過監(jiān)測軟件實時溫度[3]。

1 設(shè)計路線和實現(xiàn)

本系統(tǒng)首先設(shè)計嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測模塊，再設(shè)計中央溫度監(jiān)測模塊。每一個嬰兒培養(yǎng)箱可以內(nèi)置一個溫度監(jiān)測模塊，然后再把所以溫度監(jiān)測模塊采集的溫度集中顯示在中央監(jiān)測軟件上[4]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 中央溫度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用的主芯片為AT89C51，是一款低電壓、高性能CMOS的8位微處理器。內(nèi)置4 K可編程FLASH存儲器、32可編程I/O線、128×8位內(nèi)部RAM、兩個16位定時器/計數(shù)器、低功耗的閑置和掉電模式等，其電路部分包括電源電路、主控制電路、按鍵電路、溫度采集電路、數(shù)碼管顯示電路、數(shù)據(jù)傳輸電路[5]。其系統(tǒng)框圖，見圖2。

圖2 控制電路系統(tǒng)框圖

1.1.1 主控制電路

主控制電路采用AT89C51為主控制器，其VCC接+3 V給整個電路供電，X1接口、X2接口連接晶振電路，Y1晶振為單片機提供晶振頻率，C5、C6為濾波電容，提供晶振電路的穩(wěn)定性，PZ2用于接上拉電阻，一是提供端口驅(qū)動能力，二是防止端口懸空，提供系統(tǒng)穩(wěn)定性[6]。其電路圖，見圖3。

圖3 主控制電路

1.1.2 溫度采集電路

系統(tǒng)采用的溫度傳感器為DS18B20，其供電電壓范圍為+3.0～5 V，測溫范圍為-55°～+125°，可通過編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀書方式，用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值，具有接口簡單、精度高、抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點[7]。其電路圖，見圖4。

圖4 溫度采集電路

從圖中可知，溫度傳感器與主控制器只需一條線就可實現(xiàn)雙向通行。DS18B20的DQ端連接主控制器的P1.0端，VCC端連接輸入電壓，并通過R18連接信號通行線，GND連接地[8]。

1.1.3 數(shù)據(jù)輸出電路

系統(tǒng)采集的溫度數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)诫娔X主機的采集卡上，再通過中央監(jiān)測系統(tǒng)顯示監(jiān)測溫度。主控制器的串行接口是一個可編程的全雙工串行通訊接口，本系統(tǒng)采用異步通訊方式與串行傳送信息的采集卡相連接，進而實現(xiàn)采集溫度的數(shù)據(jù)傳輸。其電路，見圖5，芯片MAX232的T1.1端、R1.0端連接主控制器的P3.1端、P3.0端；T1.0端、R1.1端通過串口線連接計算機主機的采集卡。該電路通過C1+、C1-連接 C7；C2+、C2-連接 C8；VCC、V+連接C9；V-、GND連接C10，用于穩(wěn)定系統(tǒng)[9]。

圖5 數(shù)據(jù)傳輸電路

1.1.4 按鍵電路、顯示電路和報警電路

系統(tǒng)通過按鍵電路可以設(shè)定嬰兒培養(yǎng)箱的報警溫度和復(fù)位程序，系統(tǒng)把監(jiān)測的溫度顯示在數(shù)碼管上，當監(jiān)測的溫度與設(shè)定溫度相差超過2℃時，會啟動報警電路[10]。

1.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)開機會首先進行系統(tǒng)的初始化并掃描按鍵，在采集溫度數(shù)據(jù)之前先對溫度傳感器進行初始，接著進行溫度采集并進行顯示，當發(fā)現(xiàn)溫度異常時，報警電路進行報警，并把溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)接嬎銠C的采集卡上，通過中央監(jiān)測系統(tǒng)進行溫度顯示[11]。其主程序，見圖6。

圖6 主程序流程圖

2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計

嬰兒培養(yǎng)箱中央溫度監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)用戶自定義選擇監(jiān)測嬰兒培養(yǎng)箱的臺數(shù)，并可以在軟件上設(shè)定培養(yǎng)箱名稱、培養(yǎng)箱位置、監(jiān)測時間、溫度設(shè)定值、溫度采樣值等參數(shù)[12]。其臨床參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，見表1。

在嬰兒培養(yǎng)箱溫度監(jiān)測過程中，每一個需要監(jiān)測的培養(yǎng)箱連接到計算機的串口上，通過軟件設(shè)置培養(yǎng)箱的位置、監(jiān)測時間和培養(yǎng)箱本身設(shè)置的溫度值，進而開始對培養(yǎng)箱進行溫度采樣，當采樣的溫度值超出報警值時，溫度采樣值出現(xiàn)為紅色閃爍，提示工作人員溫度異常，盡快查看相應(yīng)嬰兒培養(yǎng)箱的運行情況[13-14]。本系統(tǒng)設(shè)定的中央監(jiān)測系統(tǒng)的最大溫度超過2℃時，會強行啟動報警，提示醫(yī)務(wù)人員設(shè)備運行異常；系統(tǒng)根據(jù)醫(yī)務(wù)人員的要求，可自行設(shè)定報警溫度的界限，從表1可知，本系統(tǒng)的采集的溫度跟設(shè)定值相比，溫差僅為0.2℃，符合設(shè)備的使用要求。

表1 嬰兒培養(yǎng)箱中央監(jiān)測系統(tǒng)臨床使用參數(shù)表

在嬰兒培養(yǎng)箱溫度的監(jiān)測上，傳統(tǒng)的培養(yǎng)箱都自帶有溫度監(jiān)測裝置，本系統(tǒng)設(shè)計的嬰兒培養(yǎng)箱中央溫度監(jiān)測系統(tǒng)與其自帶的溫度監(jiān)測進行對比，通過對四臺嬰兒培養(yǎng)箱的37℃溫度監(jiān)測對比，結(jié)果見表2。

表2 四臺嬰兒培養(yǎng)箱的37℃溫度監(jiān)測對比 (℃)

通過測試，本系統(tǒng)監(jiān)測的溫度值與嬰兒培養(yǎng)箱自帶的溫度監(jiān)測系統(tǒng)一樣精確。本系統(tǒng)可以把臨床科室所以的溫度監(jiān)測結(jié)果集中到護士站上，便于護士的實時觀察，進一步保證護士在臨床護理過程中及時關(guān)注設(shè)備的運行狀況，保證患者的使用安全。

3 討論

嬰兒培養(yǎng)箱通過計算機技術(shù)對箱體溫度實施伺服控，根據(jù)設(shè)置溫度與實測溫度進行比例加熱控制，進而為新生兒患者提供舒適的生存環(huán)境。本系統(tǒng)針對目前大部分嬰兒培養(yǎng)箱沒有進行中央溫度監(jiān)測，導(dǎo)致有些新生兒被燒傷的情況，設(shè)計一種中央溫度監(jiān)測系，只需以外接的方式采集嬰兒培養(yǎng)箱的箱體溫度，進而顯示在中央監(jiān)測軟件上，達到實時監(jiān)測的目的。該系統(tǒng)不僅讓醫(yī)務(wù)人員關(guān)注嬰兒培養(yǎng)箱的運行情況不受物理環(huán)境的影響，還進一步監(jiān)測嬰兒培養(yǎng)箱的溫度，可以降低臨床醫(yī)療風險。整個系統(tǒng)低功耗、使用方便、穩(wěn)定性高、便于攜帶，便于嬰兒培養(yǎng)箱的實時檢測[15]。

本系統(tǒng)采用串口的方式將監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)通過采集卡傳輸?shù)接嬎銠C上，由于每臺嬰兒培養(yǎng)箱需要連接串口線，導(dǎo)致房間的布線增多。因此，下一步可以采用無線的方式傳輸溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)到移動手機上，并設(shè)計開發(fā)溫度監(jiān)測APP軟件，讓嬰兒培養(yǎng)箱的溫度監(jiān)測更加真實有效[16]。

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