车载血库温度监控系统的研究及实现

摘要：为了有效控制车载血库的温度，使血库内的温度保持在(5±1)℃，设计了一套用于车载血库的温度监控和报警系统。该系统利用DSl 8B20数字温度传感器测量血库内外温度，当血库内温度超过上限时，单片机启动制冷压缩机降温，当低于下限时，关闭制冷压缩机，从而控制血库内的温度。与传统温度监控系统相比，该系统在血库外增加了一个温度传感器，解决了外界温度对血库内的温度控制的影响，提高了精度；此外，该系统还增加了打印和无线短信模块，能够打印时间和温度，便于工作人员的观察和记录。实验表明，在室外不同温度范围时，该系统能使单片机在血库内相应的温度时控制报警系统和制冷压缩机的开关，使血库温度保持在有效范围内。
关键词：单片机；DSl8B20；LCD；打印机；无线

    在现代日常生活中，车载血库是医院采集和运输血液的重要设备，除此之外，它在现代战争中也发挥着极其重要的作用。但是血液是抢救危重病人的特殊药品，运输和贮存都对温度有严格的要求。中华人民共和国医药行业标准规定血液冷藏箱的箱内温度为(5±1)℃。因此，为了提高移动采血的质量，更有效地管理和集中采集到的血液，使血液在输送过程中更好保存，就需要一个车载血库温度监控系统，对血库内的温度进行严格控制。
    我国目前市场上温度监控系统种类很多，虽然价格便宜，但是分辨率和精度较低，温度监控效果不是很理想，并且用于车载的温度监控系统还较少。国外的车载温度监控系统分辨率和精度较高，虽然性能好，但是价格昂贵，使用成本很高。本文设计的车载血库温度监控和报警系统由较小的单片机系统、温度传感器、LCD(或LED)，打印机，无线报警系统等硬件构成。可实现对血库内温度的有效控制，同时具有实
时显示，打印和报警等功能，通过在血库外增加温度传感器，大大提高了控制温度的精度。

1 系统原理及硬件设计
    中华人民共和国医药行业标准YY 0168-94规定血液冷藏箱的主要技术要求有：箱内温度为(5±1)℃；环境温度，亚温带型(SN)、温带型(N)：10～32℃，亚热带型(ST)：18～38℃，热带型(T)：18～43℃。对性能的要求是：冷藏箱达到运行状态后，箱内温度不得偏离4～6℃范围；箱内上限温度在7～8℃，下限温度在2～3℃时应分别发出报警。

    根据该行业标准，本文设计的系统总体结构框图如图l所示。该车载血库温度监控系统主要由单片机PICl6F877A、数字温度传感器DSl8B 20、液晶显示器OCMl2864、时钟芯片DSl302、打印机，无线短信模块等组成。由于外界环境温度在不同温度范围时，开关制冷压缩机时的内部温度是不同的，所以要用2片DSl8B20分别检测外部和内部的温度。而外界温度和内部温度是存在一定关系的，因此当外界温度达到某一范围，内部温度超过预设值时，利用单片机控制制冷压缩机的开关，以达到控制血库温度的目的。报警系统采用声光报警和无线短信报警2种方法。 [p]
1．1 PICl6F877A单片机
    美国Microchip公司生产的PIC系列单片机具有价格低、速度快、功耗低、体积小等特点，并率先采用RISC技术。若用MCS-51系列单片机，必须外加A／D转换的硬件电路及相应软件编程。而PIC单片机有内置的A／D转换功能，故本系统选择PIC系列单片机的PICl6F877A。此器件内部有E2PROM，可以使温度值方便写入和读出，若除此之外，PICl6F877还可实现在线调试和编程，并且PICl6F87X系列单片机还具有一套小巧廉价的在线调试工具套件，借助这套在线调试工具，既可以硬件仿真，又可以程序烧写，还保留了一块可以随意焊接自选元器件的布满焊孔的电路板。总之，选择PICl6F877可以大大简化硬件电路和软件编程，又便于在线调试和编程。单片机与按键的接口电路如图2所示。

    按下S1键进入温度设置状态。按S2和S3键可对设置温度进行加减，温度设置好后可按S1键返回。
1．2 DSl8B20数字温度传感器
    DSl8B20是DALLAS公司推出的数字式温度传感器，该传感器是一种改进型的智能温度传感器，采用"1-Wire"结构，只需占用单片机的一个I／O口线，测量温度范围为-55～+125℃。可编程为9～12位A／D转换精度，且当温度在-1O～+85℃之间时测量误差仅为0．5℃，自身带有非易失性的、用户可编程的高低温报警触发器。DSl8B20可以将检测到的温度信号直接转换为数字信号，因此可以直接和单片机相连，省去了放大电路、A／D转换电路或恒流源。因此其外围电路也比较简单。 [p]
    与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.7 5 μms和750 μms内完成9位和12位的数字量，并且从DSl8B20读出的信息或写入DSl8B20的信息仅需要1根口线(单线接口)读写。温度采集电路如图3所示。

1．3 LCD液晶显示
    OCMl2864液晶显示模块是128x64点阵型液晶显示模块，该模块具有如下特点：显示数字、字母和图形等；可与MCU直接接口，具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线；单电源供电，供电电源为+3．3～+5 V；配置对比度可调的LED背光；具有光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等功能。
1．4 时钟DSl302
    DSl302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2．5～5．5 V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。其主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且关闭充电功能。采用普通32．768 kHz晶振。

2 系统软件设计
    本系统软件设计采用了模块化的设计方法，将监控系统要完成的功能分别编写和调试，所有模块调试成功以后，将各个模块连接，构成单片机软件系统。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于调试、维护和功能扩展。
    该系统软件主要包括系统初始化程序，按键扫描子程序，DSl8B20温度采集子程序，LCD显示子程序及报警子程序等。在主程序中首先进行初始化，然后调用显示子程序和打印子程序，显示和打印当前温度采集值，接着调用比较子程序，对实际温度值和设置的温度值进行比较，当温度超过设置值时，调用报警子程序。系统主程序流程如图4所示。

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    系统初始化编程：
   

3 试验结果
    在不同的库外环境温度下，开关压缩机时的库内温度是不同的，所测得的试验结果如表l所示。

    由上述试验数据所知，开关压缩机时的库内温度受库外环境温度的影响，库外环境温度越高，开关压缩机的库内温度越低；反之，开关压缩机的库内温度越高。

4 结束语
    该温度监控系统利用两片DSl8B20数字温度传感器，分别测量外界和内部温度，并对内外温度进行比较，通过软件编程，利用单片机PI-Cl6F877A控制制冷压缩机的开关，有效实现了血库温度的控制。与以往温度监控系统相比，在外部增加了温度传感器，考虑了外界环境温度对血库内温度的影响，大大提高了温度控制的精度，同时增加了打印机和无线短信模块，能够实时打印时间和温度值，便于记录和保存信息。该系统扩展后可应用于其他对温度有要求的各种场合。