一種手術方艙分區采集控制溫濕度的系統設計

宋永生 徐韶寧 宋嘉潤

摘 要：適宜的溫濕度在手術操作中具有重要意義，手術方艙因為工作地點不確定、環境復雜、氣候多變，在溫濕度控制方面難度更高。為更準確地實現手術方艙的溫濕度控制，以分區采控、重點突出的理念，研究并設計了一種以PIC24FJ64GA002單片機為核心，基于無線RS 485總線及溫濕度一體化傳感器的溫濕度采集系統。各分區溫濕度傳感器將溫濕度等數據通過無線485模塊發送給主控單元，主控單元對接收的溫濕度數據進行分析，依據預設閾值向溫濕度控制設備發出相應控制信號，并發送顯示信息、報警信息給觸摸液晶顯示屏，以精準控制手術方艙各分區的溫濕度，有效減少手術并發癥，有力提高手術的成功率。

關鍵詞：PIC24FJ64GA002;串口觸摸屏;無線RS 485;溫濕度;分區采集;智能調節

中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-00-03

0 引 言

手術方艙具有快速機動性、功能多樣性等特點，被廣泛應用于軍隊作戰、應急救援、衛勤保障、安全消防等方面。手術方艙特種車可以快速抵達傷病員位置，及時開展普外科、泌尿外科、肝膽胰外科、骨科、胸外科胸腔引流等早期緊急手術治療，為黃金救援期內展開救護爭取寶貴時間。

手術方艙內的手術環境溫濕度對手術的成功率具有至關重要的作用，手術室溫濕度必須控制在一定范圍內：溫度在22～25 ℃;相對濕度為45%～60%RH。因為氣候、晝夜、季節、地點的不同，手術方艙的環境溫濕度具有較大差異，手術方艙內的溫濕度控制必須具有更好的實時性和控制性。

本文采用Microchip 16 bit單片機PIC24FJ64GA002，基于無線RS 485總線設計了一款用于手術方艙的溫濕度控制系統，其主要特點是穩定可靠、通信實時、操作簡單。

1 系統構建

車載設備必須具備良好的抗干擾能力才能確保設備的穩定性。本系統采用485數據總線實現數據傳輸，保證通信穩定可靠傳輸。手術方艙的溫濕度控制要求重點區域突出管理、數據精準度高、控制反應靈敏，以確保手術方艙的溫濕度維持在合理范圍。

本系統設計時充分考慮了溫濕度的高精度采集與實時控制，將方艙劃分為4個區域，分別為1#藥品儲存區、2#檢查區、3#手術區、4#辦公區，實行區域獨立采集，綜合控制。

本系統主要由主控單元、溫濕度采集單元、觸摸液晶顯示器組成;主控單元主要實現溫濕度參數設置、溫濕度數據分析處理;顯示屏負責觸摸按鍵、界面顯示、報警提示;溫濕度采集單元由溫度傳感器、濕度傳感器及通信單元組成，實現溫濕度采集和數據上傳。

主控單元主要負責通過無線RS 485總線實時采集溫濕度數據，并進行區域溫濕度分析，利用RS 232串行接口向液晶屏發送溫濕度信息;主控單元在超溫或超濕情況下向液晶屏發出報警信號，并向車載溫濕度控制設備發出控制指令，實現溫濕度控制;此外，主控單元還可實時接收觸摸顯示屏的按鍵信號，實現系統參數的設置。液晶顯示屏負責顯示區域溫濕度、報警指示和參數設置人機界面。溫濕度采集單元主要實現區域溫濕度的采集，并通過無線RS 485總線將數據上傳到主控單元，結構如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 溫濕度傳感器

本系統采用SA-HT1壁掛式溫濕度變送器實現溫濕度的采集。系統采用瑞士SENSIRION溫濕度傳感器，該傳感器具有長期穩定性好、全量程溫度補償、傳感器工作溫度范圍寬（-40～100 ℃）等優點。濕度量程為0～100%RH，具有低漂移、響應速度快、安裝方便、性能穩定、抗干擾能力強、寬電壓供電、非線性修正、精度高、接線反向和過壓保護、限流保護適用現場、擁有RS 485通信接口等優點。

2.2 主控電路

本系統將Microchip 16位單片機PIC24FJ64GA002作為主芯片，其具有改進的哈佛架構，最高運行速度達16 MIPS，具有17×17位單周期硬件乘法器，32位/16位硬件除法器;具有豐富的外設端口，如8位并口，SPI，UART，外部中斷，PWM輸出等。該系統中，利用主芯片的2個串口分別與顯示屏、溫濕度進行數據通信，實現溫濕度顯示、報警和溫濕度數據采集功能;將8個I/O管腳作為溫濕度控制設備的控制信號，分別控制4個區域的溫濕度，電路如圖2所示。

2.3 主控板供電電路

系統采用12 V外部供電，經AMS1117-3.3直流電壓轉換芯片，輸出3.3 V電壓為主控板核心電路、串口電路供電，電路如圖3所示。

2.4 無線RS 485通信電路

HD-M805是高速率低功耗高性能無線模塊（以下統稱模塊），模塊設計采用高效ISM頻段射頻LoRa擴頻芯片，提供了多個頻道可選擇。模塊可在線修改串口速率、發射功率、射頻速率等參數。HD-M805模塊能夠透明傳輸數據，且模塊體積小，支持寬電壓運行;傳輸距離遠，可提供豐富便捷的軟件編程設置功能，應用領域廣泛。無線RS 485通信模塊如圖4所示。

2.5 觸摸液晶顯示器

DC80480F050_1011_0T是一款5.0寸分辨率為800×480的F系列電阻觸摸組態串口屏，工作電壓為5～15 V，具有串口TTL232通信接口， 采用32位處理器，支持JPEG圖片壓縮、MP3音頻，存儲容量為64 Mbit，支持JPEG，PNG（半透/全透）壓縮，支持任意大小圖片存儲，擁有按鈕、文本、下拉菜單、進度條、滑塊、儀表、動畫、二維碼、曲線、數據記錄、圓形進度條等組態控件，遵循工業級標準（ESD接觸4 kV、空氣8 kV、醫療EMI輻射CLASS B等級）。觸摸液晶顯示器如圖5所示。

3 軟件設計

當系統上電時，首先進行系統自檢，通過串口分別向顯示屏、溫濕度傳感器發送數據，根據返回的數據判斷各部件工作是否正常。若自檢未通過，則向顯示屏發送自檢錯誤信息，顯示屏顯示相應的提示信息;若通過自檢，則對4個區域的溫濕度進行巡檢，并判斷溫濕度是否正常，如果超過閾值，則向溫濕度設備發送相應的電平控制信號，并向顯示屏發送報警指令，顯示屏發出提示音，顯示預置畫面。軟件系統實時接收觸摸屏的觸摸按鍵信號，完成溫濕度閾值參數的設置。軟件流程如圖6所示。

為實現對重點區域進行重點監護，采用溫濕度區域化管理方案對4個區域的溫濕度進行閾值設置，初始默認設置見表1所列。

4 結 語

本系統通過對方艙內的溫濕度進行分區采集與控制，確保溫濕度滿足手術的環境要求，實現了重點區域溫度的精準控制，提高了患者的舒適度，方便醫生更好發揮技術水平，減少細菌滋長，降低手術并發癥，大大提高手術的成功率。

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