車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

摘要：為了有效控制車載血庫的溫度，使血庫內(nèi)的溫度保持在(5±1)℃，設計了一套用于車載血庫的溫度監(jiān)控和報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用DSl 8B20數(shù)字溫度傳感器測量血庫內(nèi)外溫度，當血庫內(nèi)溫度超過上限時，單片機啟動制冷壓縮機降溫，當?shù)陀谙孪迺r，關(guān)閉制冷壓縮機，從而控制血庫內(nèi)的溫度。與傳統(tǒng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在血庫外增加了一個溫度傳感器，解決了外界溫度對血庫內(nèi)的溫度控制的影響，提高了精度；此外，該系統(tǒng)還增加了打印和無線短信模塊，能夠打印時間和溫度，便于工作人員的觀察和記錄。實驗表明，在室外不同溫度范圍時，該系統(tǒng)能使單片機在血庫內(nèi)相應的溫度時控制報警系統(tǒng)和制冷壓縮機的開關(guān)，使血庫溫度保持在有效范圍內(nèi)。
關(guān)鍵詞：單片機；DSl8B20；LCD；打印機；無線

    在現(xiàn)代日常生活中，車載血庫是醫(yī)院采集和運輸血液的重要設備，除此之外，它在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中也發(fā)揮著極其重要的作用。但是血液是搶救危重病人的特殊藥品，運輸和貯存都對溫度有嚴格的要求。中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準規(guī)定血液冷藏箱的箱內(nèi)溫度為(5±1)℃。因此，為了提高移動采血的質(zhì)量，更有效地管理和集中采集到的血液，使血液在輸送過程中更好保存，就需要一個車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對血庫內(nèi)的溫度進行嚴格控制。
    我國目前市場上溫度監(jiān)控系統(tǒng)種類很多，雖然價格便宜，但是分辨率和精度較低，溫度監(jiān)控效果不是很理想，并且用于車載的溫度監(jiān)控系統(tǒng)還較少。國外的車載溫度監(jiān)控系統(tǒng)分辨率和精度較高，雖然性能好，但是價格昂貴，使用成本很高。本文設計的車載血庫溫度監(jiān)控和報警系統(tǒng)由較小的單片機系統(tǒng)、溫度傳感器、LCD(或LED)，打印機，無線報警系統(tǒng)等硬件構(gòu)成?？蓪崿F(xiàn)對血庫內(nèi)溫度的有效控制，同時具有實
時顯示，打印和報警等功能，通過在血庫外增加溫度傳感器，大大提高了控制溫度的精度。

1 系統(tǒng)原理及硬件設計
    中華人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標準YY 0168-94規(guī)定血液冷藏箱的主要技術(shù)要求有：箱內(nèi)溫度為(5±1)℃；環(huán)境溫度，亞溫帶型(SN)、溫帶型(N)：10～32℃，亞熱帶型(ST)：18～38℃，熱帶型(T)：18～43℃。對性能的要求是：冷藏箱達到運行狀態(tài)后，箱內(nèi)溫度不得偏離4～6℃范圍；箱內(nèi)上限溫度在7～8℃，下限溫度在2～3℃時應分別發(fā)出報警。

    根據(jù)該行業(yè)標準，本文設計的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。該車載血庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要由單片機PICl6F877A、數(shù)字溫度傳感器DSl8B 20、液晶顯示器OCMl2864、時鐘芯片DSl302、打印機，無線短信模塊等組成。由于外界環(huán)境溫度在不同溫度范圍時，開關(guān)制冷壓縮機時的內(nèi)部溫度是不同的，所以要用2片DSl8B20分別檢測外部和內(nèi)部的溫度。而外界溫度和內(nèi)部溫度是存在一定關(guān)系的，因此當外界溫度達到某一范圍，內(nèi)部溫度超過預設值時，利用單片機控制制冷壓縮機的開關(guān)，以達到控制血庫溫度的目的。報警系統(tǒng)采用聲光報警和無線短信報警2種方法。
1．1 PICl6F877A單片機
    美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機具有價格低、速度快、功耗低、體積小等特點，并率先采用RISC技術(shù)。若用MCS-51系列單片機，必須外加A／D轉(zhuǎn)換的硬件電路及相應軟件編程。而PIC單片機有內(nèi)置的A／D轉(zhuǎn)換功能，故本系統(tǒng)選擇PIC系列單片機的PICl6F877A。此器件內(nèi)部有E2PROM，可以使溫度值方便寫入和讀出，若除此之外，PICl6F877還可實現(xiàn)在線調(diào)試和編程，并且PICl6F87X系列單片機還具有一套小巧廉價的在線調(diào)試工具套件，借助這套在線調(diào)試工具，既可以硬件仿真，又可以程序燒寫，還保留了一塊可以隨意焊接自選元器件的布滿焊孔的電路板。總之，選擇PICl6F877可以大大簡化硬件電路和軟件編程，又便于在線調(diào)試和編程。單片機與按鍵的接口電路如圖2所示。

    按下S1鍵進入溫度設置狀態(tài)。按S2和S3鍵可對設置溫度進行加減，溫度設置好后可按S1鍵返回。
1．2 DSl8B20數(shù)字溫度傳感器
    DSl8B20是DALLAS公司推出的數(shù)字式溫度傳感器，該傳感器是一種改進型的智能溫度傳感器，采用"1-Wire"結(jié)構(gòu)，只需占用單片機的一個I／O口線，測量溫度范圍為-55～+125℃。可編程為9～12位A／D轉(zhuǎn)換精度，且當溫度在-1O～+85℃之間時測量誤差僅為0．5℃，自身帶有非易失性的、用戶可編程的高低溫報警觸發(fā)器。DSl8B20可以將檢測到的溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此可以直接和單片機相連，省去了放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路或恒流源。因此其外圍電路也比較簡單。
    與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.7 5 μms和750 μms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DSl8B20讀出的信息或?qū)懭隓Sl8B20的信息僅需要1根口線(單線接口)讀寫。溫度采集電路如圖3所示。

1．3 LCD液晶顯示
    OCMl2864液晶顯示模塊是128x64點陣型液晶顯示模塊，該模塊具有如下特點：顯示數(shù)字、字母和圖形等；可與MCU直接接口，具有8位標準數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線；單電源供電，供電電源為+3．3～+5 V；配置對比度可調(diào)的LED背光；具有光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等功能。
1．4 時鐘DSl302
    DSl302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2．5～5．5 V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。其主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且關(guān)閉充電功能。采用普通32．768 kHz晶振。

2 系統(tǒng)軟件設計
    本系統(tǒng)軟件設計采用了模塊化的設計方法，將監(jiān)控系統(tǒng)要完成的功能分別編寫和調(diào)試，所有模塊調(diào)試成功以后，將各個模塊連接，構(gòu)成單片機軟件系統(tǒng)。這樣的設計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于調(diào)試、維護和功能擴展。
    該系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)初始化程序，按鍵掃描子程序，DSl8B20溫度采集子程序，LCD顯示子程序及報警子程序等。在主程序中首先進行初始化，然后調(diào)用顯示子程序和打印子程序，顯示和打印當前溫度采集值，接著調(diào)用比較子程序，對實際溫度值和設置的溫度值進行比較，當溫度超過設置值時，調(diào)用報警子程序。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示。

    系統(tǒng)初始化編程：
   

3 試驗結(jié)果
    在不同的庫外環(huán)境溫度下，開關(guān)壓縮機時的庫內(nèi)溫度是不同的，所測得的試驗結(jié)果如表l所示。

    由上述試驗數(shù)據(jù)所知，開關(guān)壓縮機時的庫內(nèi)溫度受庫外環(huán)境溫度的影響，庫外環(huán)境溫度越高，開關(guān)壓縮機的庫內(nèi)溫度越低；反之，開關(guān)壓縮機的庫內(nèi)溫度越高。

4 結(jié)束語
    該溫度監(jiān)控系統(tǒng)利用兩片DSl8B20數(shù)字溫度傳感器，分別測量外界和內(nèi)部溫度，并對內(nèi)外溫度進行比較，通過軟件編程，利用單片機PI-Cl6F877A控制制冷壓縮機的開關(guān)，有效實現(xiàn)了血庫溫度的控制。與以往溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比，在外部增加了溫度傳感器，考慮了外界環(huán)境溫度對血庫內(nèi)溫度的影響，大大提高了溫度控制的精度，同時增加了打印機和無線短信模塊，能夠?qū)崟r打印時間和溫度值，便于記錄和保存信息。該系統(tǒng)擴展后可應用于其他對溫度有要求的各種場合。