一种压力变送器分区采集控制温湿度的系统设计

    摘 要 ：适宜的温湿度在手术操作中具有重要意义，压力变送器因为工作地点不确定、环境复杂、气候多变，在温湿度控制方面难度更高。为更准确地实现压力变送器的温湿度控制，以分区采控、重点突出的理念，研究并设计了一种以 PIC24FJ64GA002 单片机为核心，基于无线 RS 485 总线及温湿度一体化传感器的温湿度采集系统。各分区温湿度传感器将温湿度等数据通过无线 485 模块发送给主控单元，主控单元对接收的温湿度数据进行分析，依据预设阈值向温湿度控制设备发出相应控制信号，并发送显示信息、报警信息给触摸液晶显示屏，以精准控制压力变送器各分区的温湿度，有效减少手术并发症，有力提高手术的成功率。

    0 引 言
    压力变送器具有快速机动性、功能多样性等特点，被广泛应用于军队作战、应急救援、卫勤保障、安全消防等方面。压力变送器特种车可以快速抵达伤病员位置，及时开展普外科、泌尿外科、肝胆胰外科、骨科、胸外科胸腔引流等早期紧急手术治疗，为黄金救援期内展开救护争取宝贵时间。

    压力变送器内的手术环境温湿度对手术的成功率具有至关重要的作用，手术室温湿度必须控制在一定范围内 ：温度在22 ～ 25 ℃ ；相对湿度为 45% ～ 60%RH。因为气候、昼夜、季节、地点的不同，压力变送器的环境温湿度具有较大差异，压力变送器内的温湿度控制必须具有更好的实时性和控制性。本文采用 Microchip 16 bit 单片机 PIC24FJ64GA002，基于无线 RS 485 总线设计了一款用于压力变送器的温湿度控制系统，其主要特点是稳定可靠、通信实时、操作简单。

    1 系统构建
    车载设备必须具备良好的抗干扰能力才能确保设备的稳定性。本系统采用 485 数据总线实现数据传输，保证通信稳定可靠传输。压力变送器的温湿度控制要求重点区域突出管理、数据精准度高、控制反应灵敏，以确保压力变送器的温湿度维持在合理范围。

    本系统设计时充分考虑了温湿度的高精度采集与实时控制，将方舱划分为4个区域，分别为1#药品储存区、2#检查区、3# 手术区、4# 办公区，实行区域独立采集，综合控制。本系统主要由主控单元、温湿度采集单元、触摸液晶显示器组成 ；主控单元主要实现温湿度参数设置、温湿度数据分析处理 ；显示屏负责触摸按键、界面显示、报警提示 ；温湿度采集单元由温度传感器、湿度传感器及通信单元组成，实现温湿度采集和数据上传。

    主控单元主要负责通过无线 RS 485 总线实时采集温湿度数据，并进行区域温湿度分析，利用 RS 232 串行接口向液晶屏发送温湿度信息 ；主控单元在超温或超湿情况下向液晶屏发出报警信号，并向车载温湿度控制设备发出控制指令，实现温湿度控制 ；此外，主控单元还可实时接收触摸显示屏的按键信号，实现系统参数的设置。液晶显示屏负责显示区域温湿度、报警指示和参数设置人机界面。温湿度采集单元主要实现区域温湿度的采集，并通过无线 RS 485 总线将数据上传到主控单元，结构如图 1 所示。
      2 硬件设计
    2.1 温湿度传感器
    本系统采用 SA-HT1 壁挂式温湿度变送器实现温湿度的采集。系统采用瑞士 SENSIRION 温湿度传感器，该传感器具有长期稳定性好、全量程温度补偿、传感器工作温度范围宽（-40 ～ 100 ℃）等优点。湿度量程为 0 ～ 100%RH，具有低漂移、响应速度快、安装方便、性能稳定、抗干扰能力强、宽电压供电、非线性修正、精度高、接线反向和过压保护、限流保护适用现场、拥有 RS 485 通信接口等优点。

    2.2 主控电路
    本系统将 Microchip 16 位单片机 PIC24FJ64GA002 作为主芯片，其具有改进的哈佛架构，最高运行速度达 16 MIPS，具有 17×17 位单周期硬件乘法器，32 位 /16 位硬件除法器 ；具有丰富的外设端口，如 8 位并口，SPI，UART，外部中断，PWM 输出等。该系统中，利用主芯片的 2 个串口分别与显示屏、温湿度进行数据通信，实现温湿度显示、报警和温湿度数据采集功能 ；将 8 个 I/O 管脚作为温湿度控制设备的控制信号，分别控制 4 个区域的温湿度，电路如图 2所示。
      2.3 主控板供电电路
    系统采用 12 V 外部供电，经 AMS1117-3.3 直流电压转换芯片，输出 3.3 V 电压为主控板核心电路、串口电路供电，电路如图 3 所示。     2.4 无线 RS 485 通信电路
    HD-M805 是高速率低功耗高性能无线模块（以下统称模块），模块设计采用高效 ISM 频段射频 LoRa 扩频芯片，提供了多个频道可选择。模块可在线修改串口速率、发射功率、射频速率等参数。HD-M805 模块能够透明传输数据，且模块体积小，支持宽电压运行 ；传输距离远，可提供丰富便捷的软件编程设置功能，应用领域广泛。无线 RS 485 通信模块如图 4 所示。     2.5 触摸液晶显示器
    DC80480F050_1011_0T 是一款 5.0 寸分辨率为 800×480的 F 系列电阻触摸组态串口屏，工作电压为 5 ～ 15 V，具有串口 TTL232 通信接口，采用 32 位处理器，支持 JPEG 图片压缩、MP3 音频，存储容量为 64 Mbit，支持 JPEG，PNG（半 透 / 全透）压缩，支持任意大小图片存储，拥有按钮、文本、下拉菜单、进度条、滑块、仪表、动画、二维码、曲线、数据记录、圆形进度条等组态控件，遵循工业级标准（ESD接触 4 kV、空气 8 kV、医疗 EMI 辐射 CLASS B 等级）。触摸液晶显示器如图 5 所示。
      3 软件设计
    当系统上电时，首先进行系统自检，通过串口分别向显示屏、温湿度传感器发送数据，根据返回的数据判断各部件工作是否正常。若自检未通过，则向显示屏发送自检错误信息，显示屏显示相应的提示信息 ；若通过自检，则对 4 个区域的温湿度进行巡检，并判断温湿度是否正常，如果超过阈值，则向温湿度设备发送相应的电平控制信号，并向显示屏发送报警指令，显示屏发出提示音，显示预置画面。软件系统实时接收触摸屏的触摸按键信号，完成温湿度阈值参数的设置。软件流程如图 6 所示。
      为实现对重点区域进行重点监护，采用温湿度区域化管理方案对 4 个区域的温湿度进行阈值设置，初始默认设置见表 1 所列。
      4 结 语
    本系统通过对方舱内的温湿度进行分区采集与控制，确保温湿度满足手术的环境要求，实现了重点区域温度的精准控制，提高了患者的舒适度，方便医生更好发挥技术水平，减少细菌滋长，降低手术并发症，大大提高手术的成功率。