一种无线断电报警装置的设计

汤栋生

厦门市妇幼保健院 运营管理部，福建 厦门 361003

引言

现行的很多医疗设备都需要长时间工作，甚至有些设备不允许夜间停机，一旦出现意外停机并没有及时处理，不仅会影响设备的使用寿命，还会影响临床科室的正常工作，甚至会产生医疗事故[1]。比如在磁共振系统中的氦压机一旦断电停机，磁共振的冷头制冷效果就会变差，进而会导致磁体压力偏高，此时医务人员长时间扫描会导致液氦汽化而溢出，进而导致液氦面下降，这样增加磁共振的加液氦频率和失超风险，因此，实时监测氦压机是否正常工作至关重要。在病理科中，组织脱水要十几个小时，在半夜脱水过程中，如果脱水机意外断电，就会严重影响第二天医务人员的标本制作，影响医生的诊断进度。因此，及时监测设备的供电情况并及时采取措施，对于医院的某些设备具有重要的意义[2]。

基于上述情况，本项目旨在设计一种无线断电报警系统，适用于各医院那些需长时间供电设备供电电压的异常监测。本系统采用HT66F489为主控制芯片，以HFLPT200为无线传输模块，设计电压比较器与市电进行比较，一旦发现市电异常，一方面报警装置马上蜂鸣器报警，另一方面以无线的形式发送给该设备的负责医务人员，以提示其尽快处理供电情况[3]。

1 系统设计路线

本设计由两部分组成：硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括电源电路、主控制电路、市电采集电路、无线传输电路、报警电路等。软件部分主要包括主程序、输入市电电压采集、通信及信号解调、电池电压采集、无线数据传输等[4]。

1.1 硬件设计

本系统采用的主控制芯片为HT66F489，该主芯片是一款8位具有高性能精简指令集的单片机，包含一个RAM数据存储器和一个可用于存储序号、校准数据等非易性数据的EEPROM存储器；该芯片包含一个多通道12位A/D转化器还带有多个使用灵活的定时器模块，可提供定时功能、脉冲生产功能及PWM产生等功能；内建完整的SPI和I2C功能，时基功能、I/O使用灵活等特征。通过对市电的采集和比较，进而判断市电是否异常。整个系统采用可充电锂电池供电，可通过市电进行自我充电。其系统框图，见图1。

图1 系统结构框图

（1）主控制电路设计。无线断电报警电路采用的主芯片是HT66F489，采用28SSOP封装，内置了时钟产生器、信号解调辅助电路、带死区保护的互补性PWM输出、过流保护等电路非常适合用于无线发射器的运用，同时还支持低电压复位等保护功能[5]。其主控制电路，见图2，主芯片的VDD脚接3.3 V，并采用C29进行滤波；系统的晶振连接在PB3脚和PB4脚；系统指示灯D15与电阻R44连接在PC5脚，D16与电阻R45连接在PC6脚；系统的PC4脚用于采集市电电压，PC3脚用于采集电池电压；PD1、PD2、PD3、PD4脚用于无线输出监测结果。

图2 主控电路图

（2）市电采集电路设计。市电采集电路通过变压器进行降压再进行整流为12 V，最后进行分压作为采集电压数据，从电路图（图3）可知，市电经过熔断器F2后，经过R39、C17滤波后进行变压出交流电压12 V,再经过D10、D11、D12、D13进行整流后，最后通过R37、R40、R41进行分压作为采集数据，与主芯片内置的比较器进行比较[6]。

（3）无线输出电路设计。本系统可以通过无线传输把市电监测结果发到医务人员的手机或者APP软件上，便于及时采集措施。为了无线传输模块的稳定供电和提供系统的稳定性，采用电源管理芯片HT7463A进行稳压，输入电压通过C2、C27进行滤波输入HT7463A的VIN脚，输出SW脚再通过L1、C25、C24进行滤波输出3.3 V给无线传输模块供电，见图4。

图3 市电采集电路图

图4 无线传输电源电路

HT7463A的EN脚连接主控制芯片的PD5脚，达到监测的目的[7-9]。本系统采用的无线传输模块为HF-LPT200，该模块具有低功耗、输出速度快等优点。HF-LPT200的DVDD脚连接3.3 V电压，见图5；数据传输通过TX脚、RX脚连接主控制芯片的PB6脚、PB7脚[10-11]。

图5 无线传输电路

（4）电源供电电路与充电电路设计。本系统采用5节1.5 V的可充电电池供电，电池通过CMOS管Q5的源级连接主芯片的PC0脚，栅级连接PC4脚，进而对电池电量进行监测。当电量小于预设置时，前端输出的12 V经过D8、D9给电池充电[12-13]，见图6。不管电源供电还是电池供电，经过D8、D9后再经过稳压芯片HT7533，再经过C22、C23滤波后输出3.3 V，供给主控制电路、无线模块模块等供电[14]，见图7。

1.2 软件设计

断电报警装置的主控制芯片上电后，先执行包含I/O、寄存器、变量等系统初始化子程序，或者判断复位电平是否为“1”而决定是否复位初始化[15]。程序主循环定时执电池电压采集子程序并实时监测市电电压是否异常，当市电电压异常时，系统进入报警子程序和无线数据传输子程序，用于提示医务人员市电异常，应尽快采取相关措施，见图8。

图6 电压及电流耦合信号解调电路

图7 主控制电源电路

图8 主程序框图

2 无线断电报警装置的临床测试

本次设计的无线断电报警装置结构简单，使用方便，只需将要监测的医疗设备的电源连接到断电报警器的电源监测接口，就可以对其进行供电监测，见图9。

图9 无线断电报警装置结构示意图

本次设计的无线断电报警装置对磁共振氦压机系统、病理科脱水机、中心制氧机等设备进行断电监测，能够及时监测设备的供电情况，进而通过报警方式或者无线传输的方式通过相关人员及时设备的运行情况，确保设备的持续工作状态。整个系统运行稳定，监测准确，能够满足各种医用设备的无线断电监测[12]，见图10。

3 结论与讨论

针对目前医院某些设备需要长时间工作而可能遇到供电异常的状况，本项目设计一种无线断电报警装置，可以以外接的方式连接在所需断电监测的设备，比如中心制氧机、磁共振的氦压机、脱水机等，当设备供电异常时，一方面报警器报警，另一方面以无线的形式将断电信息发给相关负责人员，达到实时关注设备的供电情况。该装置使用简单，操作方便，稳定性高不仅提高了设备的使用率和安全性，而且能够第一时间把供电状况告知相关人员，把可能造成的影响降到最低，缩短了临床科室医务人员等待的时间，大大提高了服务临床的效率，对提高临床服务质量、加快检测流程等具有较大的社会意义[16-17]。

图10 断电报警装置临床使用图