熊剛，朱俊義，孫磊，宋旭，樊錚

濰坊醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 條件保障部，山東 濰坊 261031

引言

大型醫(yī)用設(shè)備多涵蓋現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、放射技術(shù)、核技術(shù)、磁技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和影像處理技術(shù)等，其系統(tǒng)龐大，設(shè)計(jì)復(fù)雜，往往需要獨(dú)立的設(shè)備控制柜機(jī)房（以下簡稱設(shè)備間）。設(shè)備安裝驗(yàn)收使用后，除了常規(guī)的巡檢維護(hù)，設(shè)備間一般無人監(jiān)管，而由于設(shè)備間環(huán)境溫濕度異常、地面積水、散熱不良以及24小時(shí)運(yùn)行部件停機(jī)等未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理而造成的大型設(shè)備（特別是磁共振成像系統(tǒng)）系統(tǒng)故障停機(jī)，不僅增加維修費(fèi)用，而且給醫(yī)療安全帶來隱患。“十三五”規(guī)劃綱要提出，要深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革，要求降低運(yùn)營成本，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，保障醫(yī)療安全，這些都對(duì)大型醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)營保障提出了新的要求。

如果研究開發(fā)一款大型醫(yī)用設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，來監(jiān)測(cè)大型醫(yī)用設(shè)備系統(tǒng)的機(jī)房溫濕度、漏水、散熱及各部分運(yùn)行情況，一旦監(jiān)測(cè)運(yùn)行異常，第一時(shí)間通過GSM無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出相關(guān)報(bào)警信息給設(shè)備主管維護(hù)責(zé)任人，以便及時(shí)做好預(yù)防性維護(hù)處理，從而最大限度減少故障安全隱患，降低設(shè)備故障率，提高使用效率，延長設(shè)備使用壽命[1-7]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成原理

大型設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由STM32單片機(jī)模塊、GSM模塊、傳統(tǒng)揚(yáng)聲器模塊、溫度控制器模塊、濕度控制器模塊、漏水探查模塊、電流感應(yīng)模塊、風(fēng)感器開關(guān)及12 V電源模塊組成。首先，當(dāng)溫度控制模塊、濕度控制模塊、漏水探測(cè)模塊、電流感應(yīng)模塊及風(fēng)感開關(guān)檢測(cè)探查到機(jī)房溫度、濕度、漏水、機(jī)柜散熱風(fēng)扇異常或者24小時(shí)運(yùn)行部件停機(jī)，通過模塊放大處理，輸出啟動(dòng)報(bào)警繼電器，將相應(yīng)的開關(guān)量信號(hào)傳輸給STM32單片機(jī)。單片機(jī)判斷各檢測(cè)模塊送來的開關(guān)量數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送一個(gè)高電平給GSM模塊，使GSM模塊發(fā)送短信到設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，及時(shí)通知相關(guān)設(shè)備管理維護(hù)責(zé)任人，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)警功能。同時(shí)，如果設(shè)備維護(hù)責(zé)任人想臨時(shí)關(guān)閉某項(xiàng)預(yù)警功能時(shí)，可以通過手機(jī)發(fā)送特定短信至GSM模塊的方式進(jìn)行關(guān)閉[8-10]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM單片機(jī)

STM32F03是ARM Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式單片機(jī)。預(yù)警系統(tǒng)既使用4線JTAG接口（TMS測(cè)試模式選擇、TCK時(shí)鐘、TDI數(shù)據(jù)輸入、TDO數(shù)據(jù)輸出），又采用通常20針接口，可通過仿真器連接PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線仿真。

圖1 大型設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)框圖

圖2 溫濕度控制模塊電路圖

2.2 GSM模塊

GSM通信采用SIM900A（由SIMCom公司生產(chǎn)）ARM926EJ-S架構(gòu)的GSM/GPRS模塊，支持AT指令。STM32單片機(jī)與GSM模塊通信采用UART接口，速度可變，一般采用19200 bps。

2.3 溫濕度控制器模塊

本溫濕度控制模塊采用STC12C5608AD單片機(jī)，如圖2所示。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，可直接進(jìn)行溫濕度采集顯示、報(bào)警，包括傳感器數(shù)據(jù)采集、溫濕度顯示、上下限報(bào)警調(diào)整及單片主機(jī)電路。利用溫濕度電阻電容傳感器直接測(cè)量被測(cè)溫濕度，該模擬溫濕度值經(jīng)過單片機(jī)處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中與設(shè)置的溫濕度報(bào)警閾值比較，超過報(bào)警閾值啟動(dòng)繼電器，常開接點(diǎn)閉合，其開關(guān)信號(hào)送入GSM報(bào)警系統(tǒng)，比如“3T磁共振機(jī)房濕度異常，請(qǐng)及時(shí)處理”。

2.4 積水探查模塊

積水探查模塊電路圖，如圖3所示。其工作原理非常簡單，當(dāng)漏水傳感器S接觸到水時(shí)，其相當(dāng)于一個(gè)10 Ω電阻，三極管T1導(dǎo)通，+12 V通過偏置電阻R2加到T2基極，T2導(dǎo)通，繼電器J得電吸合，其常開接點(diǎn)閉合，開關(guān)信號(hào)送GSM短信報(bào)警器，發(fā)出機(jī)房漏水報(bào)警短信，比如“3T磁共振機(jī)房跑水，緊急處理”。

圖3 積水探測(cè)模塊電路圖

2.5 電流感應(yīng)模塊

電流感應(yīng)模塊可檢測(cè)交流電流，如圖4所示。通過互感線圈LH感應(yīng)電流，經(jīng)變壓器B耦合，驅(qū)動(dòng)繼電器J動(dòng)作吸合，用于檢測(cè)24小時(shí)運(yùn)行部件運(yùn)行狀態(tài)。一旦24小時(shí)運(yùn)行部件停機(jī)，互感線圈LH無法感應(yīng)電流，繼電器J斷開，其常閉觸點(diǎn)開關(guān)信號(hào)送GSM報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)出相關(guān)故障停機(jī)報(bào)警短信，比如“冷頭故障停機(jī)，及時(shí)處理”。

圖4 電流感應(yīng)模塊電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖5是本系統(tǒng)程序流程圖，首先初始化，然后檢測(cè)設(shè)防是否成立。STM32單片機(jī)使用串口發(fā)送AT指令控制GSM模塊傳送數(shù)據(jù)。此模塊的“設(shè)防”“撤防”可以通過以下方式：發(fā)送命令“AT+CFUN=0”設(shè)置成最小功能模式，則關(guān)閉RF功能和SIM卡的功能，此時(shí)，串口可繼續(xù)使用，但是和RF功能及SIM卡功能相關(guān)的AT命令禁止使用，此時(shí)為撤防狀態(tài)。發(fā)送命令“AT+CFUN=0”設(shè)置為最小功能，模塊可以通過“AT+CFUN=1”命令返回全功能模式。此時(shí)為設(shè)防狀態(tài)。一旦“設(shè)防”之后，系統(tǒng)正常工作。此時(shí)若熱釋電模塊檢測(cè)到有人進(jìn)入，立即通過串口發(fā)送一個(gè)高電平到GSM模塊，命令模塊發(fā)送報(bào)警短信，同時(shí)揚(yáng)聲器報(bào)警[11-14]。

圖5 系統(tǒng)程序流程圖

4 應(yīng)用結(jié)果

該監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試穩(wěn)定后，安裝應(yīng)用于我院飛利浦1.5 T磁共振和GE 3.0 T磁共振的運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，監(jiān)測(cè)參數(shù)指標(biāo)有設(shè)備間溫度、地面積水、水冷機(jī)水溫、梯度冷卻水溫、冷頭運(yùn)行等六個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用時(shí)間約1年（2017年6月至2018年6月），具體結(jié)果，見圖6～8。

圖中結(jié)果顯示，該預(yù)警系統(tǒng)對(duì)2臺(tái)磁共振及1臺(tái)DSA運(yùn)行實(shí)行監(jiān)測(cè)預(yù)警1年，預(yù)警準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定，報(bào)警符合率100%，無誤報(bào)，無錯(cuò)報(bào)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)[15-16]。

5 討論

我們?cè)O(shè)計(jì)制作的這款大型設(shè)備監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要用于大型醫(yī)用設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測(cè)，比如應(yīng)用于磁共振成像設(shè)備，主要監(jiān)測(cè)設(shè)備間溫度、濕度、地面漏水、水冷機(jī)冷卻水溫、梯度放大器冷卻水溫、散熱風(fēng)扇、冷頭運(yùn)行（冷頭為24小時(shí)運(yùn)行），包括三個(gè)溫度控制器模塊、一個(gè)濕度控制器模塊、一個(gè)漏水探查模塊、一個(gè)電流感應(yīng)模塊、風(fēng)感器開關(guān)等；如應(yīng)用于DSA設(shè)備，主要監(jiān)測(cè)設(shè)備間溫濕度、操作間溫濕度等，包括兩個(gè)溫濕度模塊即可；如應(yīng)用于CT、LA等其他設(shè)備的監(jiān)測(cè)，可根據(jù)相關(guān)設(shè)備具體情況和需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)，選擇不同的監(jiān)測(cè)模塊或模塊組合。

圖6 飛利浦1.5 T磁共振運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警短信報(bào)警發(fā)送統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖7 GE 3.0 T磁共振運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警短信報(bào)警發(fā)送統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖8 飛利浦DSA運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警短信報(bào)警發(fā)送統(tǒng)計(jì)結(jié)果

6 結(jié)論和展望

該系統(tǒng)的應(yīng)用主要是及時(shí)發(fā)現(xiàn)大型設(shè)備運(yùn)行的異常情況，比如溫濕度異常、機(jī)房漏水、風(fēng)扇散熱不良及24小時(shí)運(yùn)行部件停機(jī)等，能第一時(shí)間發(fā)出相關(guān)預(yù)警短信，從而及時(shí)處理，對(duì)于降低大型設(shè)備故障率，提高其使用效率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

該系統(tǒng)目前的設(shè)計(jì)與應(yīng)用僅限于短信報(bào)警通知，如需實(shí)時(shí)顯示或?qū)崟r(shí)查看監(jiān)測(cè)參數(shù)及24小時(shí)結(jié)果曲線，可升級(jí)手機(jī)APP，也可通過網(wǎng)絡(luò)連接到云平臺(tái)，保存數(shù)據(jù)、導(dǎo)出數(shù)據(jù)及查看數(shù)據(jù)等。