靜態自稱重系統在醫療廢物轉運車上的應用

魏江 馮永業

豫西集團鄭州紅宇專用汽車有限責任公司 河南鄭州 451450

1 前言

醫療廢物轉運車又名醫療垃圾運輸車，主要功能是醫療廢物的收集和運輸。其每天的工作流程是，首先醫療機構將醫療廢物按類別集中收集后，再由醫療廢物處置公司通過醫療廢物轉運車轉運集中處置。每家醫療機構所收集的醫療廢物的多少都需通過現場過磅稱量后裝車，司機和醫療機構分別登記記錄。車輛每天需要往返多家醫療機構，收集稱重流程使得司機和醫療機構勞動繁瑣，更重要的是易使廢物產生二次污染。如果車輛具有自稱重系統，車輛到每家醫療機構只需往車上裝醫療廢物，裝完后車輛上的稱重系統便能自動稱出廢物的質量并記錄醫療機構名稱。現介紹一款車載靜態自稱重系統。

2 技術應用

靜態自稱重系統在車輛上的應用，是為了完善醫療廢物的管理和標準，使得醫療廢物合理處理，改變傳統的人工計量操作的模式，可減少直接接觸醫療廢物的次數；可大大提高作業效率；并可即時為客戶提供打印收據憑證等，大大方便了客戶；稱重系統可防止車輛超載，有利于車輛行駛安全；亦可減少車輛濫用及減少維修費用。稱重系統存儲的數據可為管理者進行科學的決策提供參考，進行更科學的安全管理和全局規劃，提高管理和行車的科學性及安全性。

基于物聯網技術與計量技術相結合的車載稱重系統，可實時掌握管轄區內所有醫療廢物轉運車輛裝運垃圾的質量及收集原始數據，并與垃圾處理廠計重設備聯網監管、協同運營。因此，車載稱重系統在醫療廢物轉運車輛的成功應用將對規范城市醫療廢物運輸車輛，提升公共衛生管理水平等方面具有極高的推廣價值。

3 技術方法

3.1 產品平臺

在某型醫療廢物轉運車的基礎上，增加貨物自稱重系統。該車主要由二類底盤、保溫廂體、分體式機組、清毒噴霧裝置、污水收集裝置及自稱重系統等組成。

自稱重系統主要包括：云物聯稱重控制器、應變式壓力傳感器、承重模塊、存儲打印控制、觸控屏一體、上下連接件及導線連接等。自稱重系統安裝位置如圖1所示。

圖1 自稱重系統安裝位置簡圖

3.2 系統框架

在傳統的醫療廢物轉運車基礎上增加一個靜態“車載稱重系統”。自稱重系統包括云物聯稱重控制器和安裝在底盤與上部車廂之間的應變式壓力傳感器。應變式壓力傳感器安裝在特制的承重模塊中；云物聯稱重控制器集云物聯稱重控制、存儲打印控制、觸控屏一體；承重模塊通過上下連接件把底盤和車廂連接，導線連接應變式壓力傳感器和云物聯稱重控制器；當車輛靜止時（駐車平穩后），由云物聯稱重控制器采集壓力傳感器信號經處理后將其在液晶屏上顯示單次質量、累計質量，同時并將數據無線上傳到異地數據中心，也可以通過手機上安裝APP軟件進行查詢。

3.3 系統設計

自稱重系統組成框圖如圖2所示。

圖2 稱重系統原理圖

4只應變式壓力傳感器用于采集貨物的質量信息，當車廂裝有貨物時，應變式壓力傳感器會發生變形，從而導致傳感器輸出電壓發生變化，云物聯稱重控制器采用WinCE嵌入式操作系統，通過檢測傳感器輸出電壓的變化可以間接地測量出車廂內貨物的質量。同時，云物聯稱重控制器將處理后結果即車廂內貨物的質量在液晶屏上顯示。打印機負責打印當前憑證，憑證信息包括單位編碼、時間、地點、質量等；內置大容量存儲器滿足可存儲數據30萬條；接口考慮有串口、并口、GPRS、單路開關、外接大屏接口、網口等；具有WiFi、GPRS、TCP/IP等通信協議，可以和后臺數據進行交換。

系統硬件設計中采用功率模塊、人機通信模塊、狀態量輸入模塊的結合構造出電子控制系統單元控制模塊，提高系統的可觀性和實效性。ARM芯片核心系統提供了LCD接口、串行通訊接口和以太網接口等，可以很好地解決用戶界面和網絡通訊的問題[1]。

圖3 系統硬件架構

如圖3所示，硬件設計以嵌入式微處理器32位M4核處理器為核心，輔以外圍設備觸摸屏、打印機控制電路、采集放大保持電路、GPRS電路、網絡芯片、通訊接口和CAN總線等。集監測、控制和通訊一體的多功能集成系統，可以方便日后系統的功能擴展和無縫集成。

軟件部分主要完成數據采集計算、數據處理、稱量結果顯示等功能。程序編寫采用結構化程序設計的C51語言編寫運行于 單 片機平臺，配置高速的CPU。

3.4 關鍵技術

稱重傳感器安裝在底盤與上部車廂之間，根據需要可選裝4或6個，甚至更多。而醫療廢物轉運車通常會在道路條件極差的狀況下行駛，還會經常遇到緊急剎車、碰撞等不利的情況，所以傳感器類型的選擇、安裝尤其重要。除考慮復雜的環境條件外，其他一些具體問題也需解決，如：如上部車廂和底盤之間的扭力產生的內部壓力；車架與副車架的應變和剛性連接是影響車輛行駛安全的重要因素，項目的重點是通過設計研究分析解決車架與副車架的應變。當車廂裝有貨物時，應變式壓力傳感器會發生變形，從而導致傳感器輸出電壓的變化，云物聯稱重控制器采用WinCE嵌入式操作系統，通過檢測傳感器輸出電壓的變化可以間接地測量出車廂內貨物的質量。

3.5 傳感器的選擇

云物聯稱重控制器通過檢測傳感器輸出電壓的變化可以間接地測量出車廂內貨物的質量，傳感器一方面承載著空車廂的壓力，另一方面當車廂裝有貨物時，應變式壓力傳感器會發生變形。在考慮傳感器方面選擇應變式壓力傳感器。應變式壓力傳感器是壓力傳感器中應用比較多的一種傳感器，它一般用于測量較大的壓力，廣泛應用于測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和導彈試驗中的脈動壓力，以及各種領域中的流體壓力等。選用應變式壓力傳感器，安裝在特制的承重模塊中，外觀形式采用雙懸臂式，因為雙懸臂式抗壓力能力強、承重能力大、抗側向沖擊能力強，并且易于安裝[2]。

3.6 傳感器的安裝位置

本方案中，若整車長度L＜6 000 mm，額定質量≤3 000 kg，在車輛底盤的周圍安裝4只壓力傳感器；若整車長度L≥6 000 mm，額定質量≤9 000 kg，則在車輛底盤的周圍安裝6只壓力傳感器。傳感器的安裝位置與方法如圖4 所示。

圖4 傳感器安裝位置示意圖

3.7 安裝結構件、加固結構件的設計

鋼結構件進行防腐蝕處理，如磷化、鍍鋅、噴漆、噴塑等； 緊固件都進行鍍鋅處理、氧化處理等。連接螺栓、螺母均不低于10.9級。

4 主要技術指標

靜態自稱重系統最大秤量分為5 000 kg和9 000 kg兩種規格，分別可以在整車長度小于6 m，額定質量不大于3 t和整車長度大于6 m，額定質量大于9 t的醫療廢物轉運車上進行安裝。系統稱載參數設置可通過后臺軟件進行調整，最小稱量可設置精確到1 kg、3 kg、5 kg、10 kg，設計稱重精度優于百分之一。采用人性化設計，客戶每稱一次數據都會記錄，內置大容量存儲器可存儲數據30萬條。每次稱重有效數據直接上傳至云服務器，手機和PC端可以清晰地管理所有數據。數據可以通過US B導出，格式為EXCEL。智能化接口豐富，有串口、并口、GPRS、單路開關、外接大屏接口、網口。工作環境溫度為-20～60℃，相對濕度10%～85%，不冷凝。主要技術指標如表1所示。

5 自稱重系統驗證

試驗對象分別在某公司生產的系列醫療廢物轉運車上進行，對整車長度L＜6 000 mm，額定質量≤3 000 kg的車輛，在車輛底盤的周圍安裝4只壓力傳感器；對整車長度L≥6 000 mm, 額定質量≤ 9000 kg的車輛，在車輛底盤的周圍安裝6只壓力傳感器。模擬裝載貨物時，第一次開機校核清零，依次裝載貨物測量，移動車輛后、駐車測量、制動后測量、道路模擬試驗后測量，依次將測試結果匯總分析。試驗用醫療廢物轉運車貨物自稱重系統試驗測試結果如表2所示。

表1 貨物自稱重系統主要技術指數

云物聯稱重控制器觸控操作一體軟件功能界面如圖5所示。

圖5 云物聯稱重控制器觸控操作一體界面

軟件設置分度值調整為5 kg，法碼為25 kg一個。從表2中可以看出，稱重系統基本上能夠滿足車載系統的要求，如果所需測量結果的精度要求較高，可以調整分度值，控制系統將顯示并保存每次的測量結果和累計測量結果，點擊主控界面“查詢”后進入查詢界面，會按順序顯示以往稱重日期、當前累計、單次質量及公司名稱等。

表2 醫療廢物轉運車貨物自稱重系統試驗測試結果 單位：kg

6 結語

本文針對醫療廢物轉運的特殊性，設計了一種車載靜態自稱重系統，可在任何時刻知曉醫療廢物垃圾的裝載量和裝載地點，車廂內裝載的垃圾質量可由車載控制器即時數字顯示，改變了傳統的人工計量操作效率低并減少了直接接觸醫療廢物導致污染的次數，大大提高了作業效率。此稱重系統結構可靠，操作方便，不僅適用于醫療廢物轉運車輛，也適用其他廂式類貨車安裝使用。