冷藏温度

2024-12-16

冷藏温度（通用4篇）

冷藏温度篇1

摘要：目的:研制开发一种适用于医院网络环境下的检验科、医学实验室、药库等各种冷藏设备的温度监控系统,以保障各种冷藏物资安全存放。方法:综合运用有线、无线串口通讯、串口与网络信号转换、WINSOCK编程、短信报警平台等多种技术手段,实现对检验科分散在3个楼层共30多个冷藏设备的温度采集、监控及多层次报警防护系统,以确保安全存放生物制剂万无一失。结果:实现了各种冷藏设备的温度实时自动采集、监控和报警功能,为检验科室节约了大量的人力、财力。结论:利用局域网和串口服务器可方便地构建对分散的冷藏设备进行集中式实时自动监控管理的硬件网络平台。

关键词：温度传感器,RS-485总线,串口服务器,WINSOCK编程,内存表

1 引言

检验科、医学实验室中有大量的试剂和标本需要严格控制在低温(4～8℃)存放,有的甚至需要在-20℃以下冷冻存放。为了确保这些试剂和标本的安全存放,需要定时监测冷藏设备的温度。目前,这项工作都是以人工方式进行,不但工作量大,而且无法做到24 h监测以及发生存放失效事故后的责任认定。近两年,也有一些国内外大的生产制造商和专业公司如海尔、浩洋圣杰等考虑到这部分需求而推出了自己相应的软、硬件产品,但大都处于完善、推广阶段且价格昂贵。为此,我们利用自身技术力量研制、开发出一种集中式的自动温控系统,可24 h实时监测记录各冷藏设备的温度,同时具有多种报警功能,并能根据历史记录进行责任认定。

2 设计思想

首先,要使温控点的数据被计算机接受,必须选用一个数字化的温度探头。该探头还必须兼具体积小巧、测温范围符合应用要求、能长期在湿冷的冰箱内工作的特点;其次,为达到集中监控的效果,需要考虑将所有采集点组网,而组网的方式在传输稳定的前提下力求简洁、尽量不影响原有布局、尽量控制成本;再有,为了避免因监控人员暂时不在现场而导致的报警疏漏,还可考虑像短信报警及电话报警这样的多层次防护。

针对前2个环节,鉴于医院目前的局域网已四通八达,贯穿到各个应用场所,我们决定温控点前端设备采用带RS-485输出的小型温控器,用双面胶固定于冰箱内温度采样点,将4根电源、数据线(RS485-A/B信号、电源、地)以细排线的方式引接至冰箱外部并以有线或无线的方式将RS-485信号接入串口服务器,通过串口服务器将RS-485信号转换成网络IP数据包或UDP数据包汇聚到医院内网的数据流中,远地的联网终端通过我们自编写的集成了WINSOCK网络编程[1]的客户端软件直接将现场数据采集并展现到桌面。再结合短信自动发送平台,形成一个多级防护报警系统解决方案。

3 系统硬件实现

3.1 温控器硬件实现

前端设备温控器因为是长期放置在冰箱内部,所以必须具备小型、轻便、耐湿、耐寒的特性,市面上带RS-485输出的温控器很难达到以上要求,并且价格昂贵,所以我们决定采用DS18B20温控探头自行设计电路。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器,具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、可组网等优点,DS18B20的测温分辨率较高,为12位,即温度分辨率可以达到0.062 5℃,在0～85℃温度范围内误差仅0.5℃,适合绝大部分生物制剂温控需求。DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号,读取或写入DS18B20的信息仅需一根总线,总线本身可以向所有挂接的DS18B20芯片提供电源,而不需额外的电源[2]。由于DS18B20的这一特点,所以特别适合和单片机配合使用,硬件结构简单,方便联网。目前DS18B20数字温度传感器已经广泛应用于恒温室、粮库、计算机机房温度监控及其他各种温度测控系统中。

由DS18B20与单片机、RS-485信号转换器MAX1487等元件组成的温控器原理框图如图1所示[3]。为了尽量降低成本,我们选用了AVR 8位单片机ATMEGA8L;为做到产品小巧轻便,大部分元件都采用贴片式封装。4位数码管采用0.28 in市面上最小尺寸。温控器电路图主体部分如图2所示。

3.2 温控器转网络硬件实现

将温控器输出的RS-485信号转换为网络信号可直接选用串口服务器实现。串口服务器[4]是为RS-232/485/422串口到TCP/IP网络之间完成数据转换的通讯接口转换器。它提供RS-232/485/422终端串口与TCP/IP网络的数据双向透明传输,提供串口转网络功能,RS-232/485/422转网络的解决方案可以让串口设备立即联接网络。其内部集成ARP、IP、TCP、HTTP、ICMP、SOCK5、UDP、DNS等协议。RS-485/422串口转换提供数据自动控制。其通讯模式分为点对点通讯模式、使用虚拟串口通讯模式、基于网络(TCP/IP、UDP)等多种通讯模式。其中,在基于网络模式下,应用程序可基于SOCKET协议编写通讯程序,在串口服务器设置上直接选择支持SOCKET协议即可。

根据实际情况,由温控器输出的RS-485信号传送到网络采用有线、无线2种方式。有线方式下,采用一对总线将一个或相邻几个温控器的RS-485输出信号(A、B)串联的方式引接到一台串口服务器的RS-485输入端,即可实现一个或一组温控点的数据转换,转换出的IP数据包或UDP数据包通过该串口服务器的网络口直接输出到院内局域网的预留网络口上。该方式具有网络布局简洁、传输稳定可靠、设备利用率高、造价低廉的优点,所以在条件许可的前提下应尽可能采用。但在很多情况下,温控点与网络接口之间的连接由于受美观、暴露、阻隔、安全等各种条件的制约无法实现布线,只能通过无线方式解决,其原理相当于利用一对无线设备将RS-485信号从一端传送到另一端。无线传输方案有多种,按技术领域划分可分为GPRS(general packet radio service)、微波通讯、蓝牙技术(Bluetooth)、红外IrDA(infrared data association)技术等[5],其中GPRS方案传输距离最远,基本摆脱地域限制,但因为编程复杂、设备造价昂贵、按通讯量产生费用等多种不利因素,所以在万不得已的情况下暂时不予考虑。其余技术在不同的通讯距离要求和环境下都可以选择性加以应用。

基于成本、通讯质量、组网方式等多方面因素的考虑,对于大多数无线对接,我们选用了一款小功率(<500 mW)的、采用Zigbee[6]通讯协议的无线透传模块。Zigbee是一个由可多达65 000个无线数传模块组成的高可靠性的无线数传网络平台,类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站,通讯距离从标准的75 m到几百米、几公里,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75 m无限扩展。利用这一特性,我们可以在一个楼层设立一个中心节点,该楼层其余设备作为终端节点与之联网,所有终端节点的数据汇入中心节点再接入院局域网。

3.3 系统硬件结构框架图

图3为带短信发送平台的整个温控系统硬件组成示意图。由带DS18B20的温控器将前端温控点采样的数字温度信号转换成RS-485信号,通过有线、无线方式汇聚到串口服务器的RS-485端,经串口服务器转换成网络UDP数据包发送到院内网络上。温控服务器定时对各温控点数据进行轮询采集,形成最新温度表供终端访问,并定时记入数据库。监控报警终端对所选监控设备从服务器端提取最新温度值并实时展现,对超过预设定温度范围的设备进行语音报警,若值班人员在设定时间内不清除报警,则向监控服务器发送短信请求,由监控服务器启动短信平台[7]发送报警短信到指定的接收手机上,达到多层防护的目的。

4 系统软件设计

软件按不同应用目的可分为前台实时数据采集与超限报警、后台轮询采集与定时记录等2个部分。为避免后台轮询温度采集与前台实时温度采集对温控设备访问的冲突,同时为避免后台数据库频繁的写硬盘操作导致硬盘加快磨损以及占用系统开销,我们对后台ORACLE数据库启用了内存表[8]的机制来不断记录更新轮询时发生的采样数据,而前台监控终端的实时温度采集实际上是对该内存表中最新数据的访问。

ORALCE内存表实际上是以包(package)的方式定义的PL/SQL表,相当于在ORACLE数据buffer中开辟的一个类似于C语言中的数组,所以对该表的存取是直接在内存中进行的。对于内存表的启用分为:声明内存表、定义表类型、对表类型的引用等几个步骤完成。

基于上述实时数据更新、访问机制的前台实时监控、报警系统的软件流程图如图4所示。

网络通讯使用Windows Sockets编程接口来实现。通讯协议选用面向数据包的UDP方式,开发工具采用Microsoft.Ne Framework 2.0 SDK,开发语言为C#[9],开发环境为Microsof Visual Studio 2008。其中,前台实时数据采集与超限报警软件创建成WinForm形式的Application,便于展现数据,而后台轮询采集与定时记录软件创建成Windows Service,并作为启动项放置于监控服务器上,以保障各温控点数据24×7 h不间断更新,供用户访问,并定时(间隔5 min)做一次有时间戳的温度记录写入数据库。

4 结束语

本文实现了一种适用于医院内网环境下实验室冷藏设备的温控系统的设计,在设计时充分结合了医院现有网络资源的特点,部分设备属自主独立研发,具有设备轻巧、简洁、布局美观、成本低、准确度可信的优点。

该系统的设计核心是通过利用串口服务器将分散的设备及数据汇合到医院局域网中。这一设备接口模式具有网络布局简洁清晰、通讯设备利用率高、节省投资等优点,可广泛应用于临床的心电监护管理、手术麻醉信息采集、血透设备数据集中采集、医院水电气表采集与管理等多种应用场合,具有很广阔的应用空间和发展前景。

参考文献

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[2]电子驿站.DS1820中文技术手册[M/OL].(2007-06-08)[2009-05-25].http://www.ourmpu.com.

[3]电子驿站.基于DS1820数字温度传感器的实时温度监控系统[CP/OL].(2007-06-08)[2009-05-25].http://www.ourmpu.com/mcujx/tempjk.htm.

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[8]Matthew Hart.Scott Jesse Oracle Database10g高可用性实现方案[M].北京:清华大学出版社,2005.

[9]Christian Nagel,Bill Evjen,Jay Glynn.C#高级编程[M].北京:清华大学出版社,2006.

冷藏温度篇2

1 材料与方法

1.1 系统组成

包括数字温度计 (经计量部门标定) 50台、系统总线网络、集汇器、信息自动采集和处理软件、管理计算机。

1.2 系统工作方法

50台血液冷藏设备每台配备一数字温度计自动采集温度, 通过通讯总线网络将温度信息传送至集汇器, 集汇器将温度信息集中发送给管理计算机, 按设定的时间间隔发送, 间隔时间根据需要设定, 并可随时修改。管理计算机中的信息自动采集和处理软件将集汇器发送的温度信息进行保存、显示和绘制曲线等处理, 对温度超过设定值的冷藏设备进行报警提示。

1.3 温度质量监控的方法和管理人员的操作权限

血库和质量管理部门各配备1台管理计算机, 质量管理部门负责上午8点到下午5点监控, 质量管理科工作人员除了可查看、解除报警外, 还可以修改设定冷藏设备的温度范围, 并和操作人员共同调查系统每一次报警的原因, 采取纠正和预防措施, 并进行详细记录。血库工作人员负责其他时间监控, 操作权限为查看、解除报警, 并负责通知失控冰箱所在的科室负责人。

2 结果

2.1 本中心50台冷藏设备中血液冷藏设备7台, 冷冻设备9台, 血小板孵箱1台, 试剂、标本冷藏设备16台, 低温冰箱17台。从2003年10月1日至2004年11月30日, 采用本系统对50台冷藏设备的温度进行24h监测, 效果良好。其间系统因所监控的冷藏设备温度超过设定范围而报警405次, 经调查主要与冷藏设备开门时间太长, 大量血液放入和人工化霜等原因引起温度高于设定值有关, 另外, 冰箱门未关紧引起报警1次。数字温度计探头故障也可使显示温度异常而引起系统报警 (表1) 。

2.2 预检库因温度超过设定上限而报警的次数较成品库多, 其温度高于设定温度的主要原因是放人大量未经预冷的血液, 成品库温度升高主要与开门时间较长有关, 脐血库和冰冻红细胞库温度超过上限报警均由于开门时间较长引起 (表2) 。

2.3 在使用初期 (2003年10月1日至12月31日) 对本系统的准确性进行验证, 每个工作日由质量控制部门采用温差电偶温度计检测冷藏设备的温度, 和冰箱显示温度以及本系统保存的温度数据进行核对, 结果三者之间的温度误差≤1℃, 符合《中国输血技术操作规程》的要求。

3 讨论

全血、成分血和许多生化免疫试剂对保存温度有严格的要求, 《血站操作规程》对贮血冰箱和低温冰箱温度的监控有明确的规定, 血库工作人员4次/d查看、记录温度, 每周再由质控人员进行测量。本中心共有各种冷藏设备50台, 手工方法检测的间隔时间较长, 不能及时发现冰箱温度失控情况。采用此系统后, 管理人员可以立即找出报警的设备, 及时处理。

本次研究发现, 冷藏设备温度超出设定范围 (均为超过上限) , 主要由血液大量入库和开门时间较长引起冰箱温度升高所致。为此, 采取专用冰箱预降温, 血液成分达到要求的保存温度才人库的方法, 避免影响其他库存血液成分的正常温度环境。系统设置了延时报警功能, 允许正常的开门操作, 质量管理科工作人员负责对每次开门时间过长引起的报警进行现场调查, 要求操作人员做好血液试剂、标本的分类存放, 尽量缩短开门操作的时间, 3个月 (2003年10月1日至12月30日) 试用期后, 开门的报警次数明显减少。低温脐血库和冰冻红细胞库以及冰冻血浆库的温度和外环境相差很大, 因此, 将这两个冷藏设备的数字温度计的探头置于冰点较低的无水乙醇 (-117℃) 中, 避免因正常的开门操作引起系统报警。人工化霜和故障停用时可在操作系统中标注, 暂停报警, 待化霜和故障结束后再恢复。以上措施使系统报警次数明显下降, 每次报警均能起到更好的效果。表2中因冰箱门未关紧引起系统报警1次, 由于发生在非工作时间, 血库值班人员立即电话通知所在科室的负责人回来处理, 避免了存放的试剂和标本失效。

采用本系统后, 质量管理人员通过对贮血冷藏设备温度的分析, 可了解冷藏设备定期化霜、血液成分保存冷链的整个过程等信息, 更好地进行全程质量监控。

除冷藏设备外, 还可将检验用的恒温孵箱、成分分离的低温离心机等联人本系统, 对血液保存、检验、成分制备等重要环节的温度进行严格的计算机监控。如将该系统联入整个血液中心信息化管理系统, 则能实现血液制备、保存和检验过程中温度的远程监测与管理。通过本系统在浙江省血液中心的安装和使用, 笔者认为本系统能确保血站冷藏设备温度在规定的范围内, 有利于提高临床用血的安全性和有效性。

摘要：目的探讨冷藏设备温度自动监测系统在血站冷藏设备的温度监控中的作用。方法管理计算机的信息自动采集和处理软件将数字温度计和集汇器发送的温度信息进行保存、显示和绘制曲线等处理, 对温度超过设定值的冷藏设备报警提示。结果采用本系统对50台冷藏设备的温度进行24h监测, 系统报警共405次。结论本系统能及时发现冷藏设备故障, 减少工作人员开冰箱门的次数和时间, 监督冷藏设备定期人工化霜, 确保冷藏设备温度在规定的范围内, 更有利于提高临床用血的安全性和有效性。

冷藏温度篇3

关键词：LPC2109,CAN,DS18B20,温度采集,节点

引言

在当前的汽车产业中, 出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求, 各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同, 由多条总线构成的情况很多, 线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN, 进行大量数据的高速通信”的需要, 1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN (Controller Area Network) 通信协议。此后, CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化, 现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN即控制器局域网, 它能有效支持高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广, 从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN。本文通过微控制器LPC2109的CAN功能接口, 实现冷藏车温度数据在CAN总线上的传输。

CAN总线的基本特征

CAN总线有如下基本特点:

废除传统的站地址编码, 代之以对通信数据块进行编码, 可以多主方式工作;采用非破坏性仲裁技术, 当两个节点同时向网络上传送数据时, 优先级低的节点主动停止数据发送, 而优先级高的节点可不受影响继续传输数据, 有效避免了总线冲突;采用短帧结构, 每一帧的有效字节数为8个, 数据传输时间短, 受干扰的概率低, 重新发送的时间短;每帧数据都有CRC校验及其他检错措施, 保证了数据传输的高可靠性, 适于在高干扰环境下使用;节点在错误严重的情况下, 具有自动关闭总线的功能, 切断它与总线的联系, 以使总线上其他操作不受影响;可以点对点, 一对多及广播集中方式传送和接受数据。

CAN总线的优点:

具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;采用双线串行通信方式, 检错能力强, 可在高噪声干扰环境中工作;具有优先权和仲裁功能, 多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上, 形成多主机局部网络;可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;可靠的错误处理和检错机制;发送的信息遭到破坏后, 可自动重发;节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;报文不包含源地址或目标地址, 仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

硬件电路的设计方案

CAN总线接口芯片的选择

目前广泛流行的CAN总线器件有两大类:一类是独立的CAN控制器, 如PCA82C200、SJAl000及等, 另一类是带有片上CAN的微控制器, 如STM32F103、LPC2109等。设计选用PHILIPS (飞利浦) 公司的LPC2109微控制器以及PCA82C250总线收发器。

LPC2109有8K的RAM空间和64K的Flash空间, 足以烧写和运行CAN通讯代码, 工作温度-40℃～+85℃, 适合冷藏车的工作环境。因为LPC2109自带高性能CAN通讯接口, 省去了使用独立CAN控制器的开销。而且, 相对于独立的C A N控制器而言, LPC2109的CAN接口更加完善。在传统的独立CAN控制器SJA1000中, 接收过滤只能满足一些规律性较高的ID筛选过滤, 或个数较少的ID (一般小于10～15个) 进行任意筛选过滤, 难以实现更复杂的任意ID进行筛选过滤, 这无疑增加了系统软件设计及运行时负担。LPC2109微控制器中为自身CAN控制器提供了全局的接收标识符查询功能。它包含一个512×32 (2k字节) 的RAM, 通过软件处理, 可在RAM中存放1～5个标识符表格。整个AF M可容纳1024个标准标识符或512个扩展标识符, 或两种类型混合的标识符。由于允许的表格范围有2k字节, 所以能容易地满足设计复杂ID接收过滤的要求。

总线收发器P C A 8 2 C 2 5 0是LPC2109微控制器和物理传输线路之间的接口, 它们可以用高达1Mbit/s的位速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据。最低-40℃的工作温度决定它可以稳定地工作在冷藏车中。

温度采集芯片的选择

设计选用DALL AS (达拉斯) 公司的DS18B20温度传感器, 测温范围-55℃～+125℃, 固有测温分辨率0.5℃, 适合冷冻库等测温环境使用。DS18B20拥有独特的单线接口方式, DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

硬件设计原理框图

硬件设计原理框图参见图1。

软件设计方案

温度采集程序设计

D S 1 8 B 2 0在使用前需要初始化, 根据芯片的时序特点, 通过复位和置位芯片引脚, 编写初始化函数Init_DS18B20 () , 读函数unsigned c h a r R e a d O n e C h a r () 以及写函数WriteOneChar (unsigned char dat) 。

在初始化完成后, 微控制器向温度传感器DS18B20发送启动温度转换命令0x44可以启动温度采集, 再通过读取温度寄存器命令0xBE, 分别读出温度的高位和低位。演示代码如下所示。

CAN节点模块的软件设计

CAN节点模块的软件设计主要包括三部分, LPC2109CAN功能的初始化、数据的发送和接收。这三部分程序是CAN模块进行数据通讯的基本部分。了解了这三部分就能编写出利用CAN总线进行数据通讯的一般应用程序。下面就这三部分程序设计进行一个描述。

CAN功能的初始化

通过对相关寄存器的访问和修改, 设置CAN通讯波特率, CAN验收滤波方式, 错误警告边界以及CAN电阻值和电容值可以手动计算。为了简化设计过程, 采用AD公司的软件ADIsimPLL来计算。在软件界面中输入所需的参数, 就会自动计算出元件值。经过适当调整环路带宽和相位裕量, 锁相环电路就会锁定。

微控制单元 (M C U) 采用的是P I C 1 6 F 6 4 8 A单片机。工作电压为+5V, 速度高达20MHz, 有两个8位的端口。它与ADF4106相连, 上电工作后向鉴相芯片发送数据, 来控制鉴相芯片内部的R计数器、N计数器以及功能锁存器, 使锁相环能够锁定。

压控振荡器输出的信号还要经过π型衰减器、放大器来调节输出的功率大小, 以满足系统要求。最后经过滤波器, 以抑制杂散, 使频谱更纯。

电磁兼容的考虑

要使一个系统有良好的性能, 对电磁兼容的考虑是很重要的。本设计从以下方面对电磁兼容进行了考虑。

为了匹配良好, 画PCB版图时信号线的特性阻抗为50Ω, 经过ADS计算, 其宽度为1.05mm。信号线与芯片管脚之间采用的是渐变的微带线连接, 这样可以减小信号的反射。电源通过穿心电容从外面接入, 可以防止外部的干扰信号进入电路。在画接地的焊盘时为保证接地良好, 尽量使过孔靠近焊盘。铺地很重要, 良好的接地可以有效减少杂散, 在PCB板空余地方要铺上地。铺地与信号线之间的距离要大于两倍的PCB板的厚度, 即大于1.016mm, 这样才对信号线的特性阻抗影响不大。铺地边沿均匀地打上过孔, 过孔的间距小于λg/20 (λg为该系统的信号最大频率对应的在介质中的波长) , 铺地的中间随机地打上过孔。这样既有很好的电磁兼容特性, 又增加了PCB板的机械强度。

测试结果

制作出来的实物如图4所示, 该实物结构紧凑, 体积小巧, 性能良好。

采用Agilent E4407B频谱仪分别对该频率源的功率、相位噪声和杂散进行了测量, 其结果如图5所示。

结论

本文给出了设计基于锁相环的L波段频率源的方法, 并制作出实物, 证明了方案的可行性。通过对电路的反复调试, 使性能达到最优。经过测量, 相位噪声为:-80.4dBc/Hz@1kHz, 杂散抑制优于-55dBc, 输出功率大于6dBm, 均满足指标要求。并且, 电路结构简单, 体积小巧, 性能优良, 能够用于实际电路中为某接收机提供本振。

参考文献

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