医用冰箱及冷库无线报警系统的电路设计

胡洁泉

广东省疾病预防控制中心

质量技术部，广东 广州 510114

医用冰箱及冷库无线报警系统的电路设计

胡洁泉

广东省疾病预防控制中心

质量技术部，广东 广州 510114

在医院、血站和疾控系统中，各类菌株、试剂及疫苗等都需要用冰箱或冷库来贮存，因而医用冰箱及冷库的监控十分重要[1]。市场上现有的各类温度监控系统多数只能够监测温度，在温度高于设定值时报警，而对引起温度异常的各种故障如冰箱门未关紧、冰箱断电等却不能做到及时监测和报警，且结构往往较复杂，价格较高[2]。笔者设计了一种简易高效的医用冰箱及冷库无线报警系统，本文主要阐述其电路设计。的位置和故障类别，及时处理相关故障。

1 系统设计原理

冰箱及冷库无线报警系统分为分机和主机两部分，分机装置在各台制冷设备中，用于监测温度和各种故障，并将自身的地址和故障代码发射给主机；主机对各分机进行监控，对各分机的址址和故障代码进行分析。当冰箱及冷库出现以下故障：① 温度高于设定值；② 开门时间＞5 min；③ 供电中断；④ 分机电池能源过低时，分机和主机均会发出声光报警。工作人员可根据指示灯和显示的分机号判断分机

2 分机的电路设计

分机电路主要包括编码电路、发射电路、冰箱开门检测电路、超温检测电路、市电断电检测电路、电池低电量检测电路、声光报警电路。分机循环对磁控、断电、电池低电量的开关信号进行判别，对温度信号进行A/D转换，如有故障则发送地址和数据编号。分机整体电路图，见图1。

（1）编码电路由电阻R16、R17、R18、R19，拔码开关SW3，编码芯片U7构成。U7编码芯片PT2262是一种基于CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码器，常用于无线遥控发射电路[3]。拔码开关SW3与编码芯片U7后3位地址线相连，高3位地址则接低电平，通过拔码开关设置“0”或“1”来设置分机地址，主机通过地址来识别分机。分机电路中ATmega48单片机是Atmel公司基于自动电压调整器（Automatic Voltage Regulator，AVR）增强型精简指令集计算机（RISC）结构生产的低功耗8位CMOS微控制器，ATmega48单片机中PD0～PD3分别为超温、开门、断电、低电量警报信号输出脚，与编码芯片的数据端相连。当单片机检测到有警报事件时，相应PD0～PD3输出高电平，同时PD4变为低电平，触发编码芯片U7发送编码[4]。

图1 分机整体电路图

（2）发射电路由U6发射模块组成，U6发射模块采用TC315M芯片，将编码数据调制为315 MHz的无线电波[5]。

（3）冰箱开门检测电路由电阻R20和磁控开关SW4组成。冰箱门装有磁控开关，正常情况下断开，PB7脚处于高电平。当冰箱门打开时，磁控开关闭合，PB7脚处于低电平，此时单片机开始计时，＞5 min则发出报警指令。

（4）超温检测电路由电阻R11、热敏电阻R14和电容C8组成。PC4脚端口设置成A/D功能，基准电压为5 V，通过A/D转换测量冰箱温度。当温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化，PC4脚的电平随之改变，当温度超过设置值，则触发警报。SW5、SW6、SW7为报警温度设置键，两位数码管显示报警温度。

（5）电池低电量检测电路由电阻R13、电容C11、整流二极管D6组成。分机中的电池主要用于市电断电时给分机供电。当市电断开时，5 V电源端电压下降，当＜3.9 V时电池通过D6向系统供电，维持分机的正常运行并发出报警，电池电压为4.5 V。PC5脚端口设置成A/D功能，基准电压为5 V，电池与PC5通过R13限流转接，单片机通过A/ D转换直接测量电池电压，当低于规定值时发出低电量报警。

（6）市电断电检测电路由整流二极管D5，电阻R12、R15，电容C9、C10组成。正常情况下整个分机的电源由市电供电，由于电池电压为4.5 V，所以不能通过D6。当市电断开时，PC3脚电压由高电平转为低电平，单片机检测到低电平信号时发出警报。

（7）声光报警电路。电阻R29、R30、R31、R32，发光二极管LED5、LED6、LED7、LED8组成声光报警电路，当出现报警时相应LED会点亮。电阻R23、三极管Q2及蜂鸣器LS2构成声响报警[6]。

3 主机的电路设计

主机由接收电路、解码电路、声光报警电路组成。主机以扫描方式对分机进行监控，判断是否有输入信号，如果有则记录数据；如果没有则设置下一个分机地址编号进行扫描，直至所有分机扫描完为止，然后显示扫描结果。主机整体电路图，见图2。

（1）接收电路由频率为315 MHz的无线接收模块RC315M组成，解调还原编码数据[7]。

（2）解码电路由解码芯片U4、电阻R2组成，解码芯片U4为PT2272解码器，其地址码经过3次比较核对后 ，VT脚才输出高电平。如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚和相应的数据脚便连续输出高电平，通过解码处理还原警报数据。

解码芯片U4低3位地址与单片机U3 PC3～5相连，解码芯片U4高3位接地。单片机U3按顺序从0～8每隔1 s改变端口进行扫描，当VT脚变成高电平时，确认有报警事件发生，此时读取D3～D0数据，并记录地址码。单片机将相应的报警通过LED指示灯显示，同时LED显示屏显示分机号码。

（3）声光报警电路。电阻R5、R6、R7、R8，发光二

图2 主机整体电路图

4 测试验证

极管LED1、LED2、LED3、LED4组成光报警电路，当出现报警时相应LED会点亮。电阻R4、三极管Q1及蜂鸣器LS1构成声响报警。

为了测试系统报警效果，选取10台冰箱模拟各种故障类型，考虑到距离对信号传输效果的影响，分别在主机距离冰箱200、500、1000、1500 m情况下进行测试。测试结果，见表1。

表1 无线报警系统主机在不同距离对各种故障类型的响应情况

结果表明，分机对各种故障类型响应率为100%。主机在直线距离500 m之内对各类故障响应率为100%，非常稳定，报警效果很好；在直线距离1000 m时有漏报现象，不稳定；在直线距离1500 m时存在大面积漏报现象，非常不稳定。

5 讨论

本系统跟其他系统相比有如下优点：① 报警高效。该系统不只监测冰箱及冷库温度，还能监测故障的发生源头，使工作人员能高效及时地处理问题；② 报警直观。该系统分机及主机都采用声光报警，通过指示灯及LED显示屏可知故障类别及分机号码，工作人员可得到直观的报警信息；③ 结构简单，制作方便。该系统以射频方式传输信号，会受到建筑结构或现场环境中其他电磁等因素的干扰，在一栋楼内（500 m内）报警效果良好，超过此距离冰箱温度的监控效果就会受到影响，所以要进一步提升该系统通过的信号强度和抗干扰能力[8]。

该系统可用于医院、血站及疾控系统等医疗机构中冰箱及冷库的监测，使工作人员能及时准确地了解冰箱及冷库的故障信息从而解决相关问题，保障样品安全，具有一定的实用价值。

[1] 刘淑芳,刘丽静．中心血站做好多种冰箱温度监测的体会[J]．实用医技杂志,2004,11(15):1450．

[2] 马炎坤,何源,林浩．制冷机组远程监控系统的开发[J]．制冷,2007,26(4):48-52．

[3] 戴晴,黄纪军,莫锦军．现代微波与天线测量技术[M]．北京:电子工业出版社,2008:56-62．

[4] 刘海成．AVR单片机原理及测控工程应用:基于ATmega48/ ATmega16[M]．北京:北京航空航天大学出版社,2008．

[5] 喻金钱,喻斌．短距离无线通信详解[M]．北京:北京航空航天大学出版社,2009:85-89．

[6] 刘焕平,童一帆．一种冷库温度集中监测系统的研制[J]．安徽农业科学,2009,37(24):21-22．

[7] 杨鹏云,佟云峰,宋学青,等．基于CC1110的点对多点无线通信系统[J]．云南大学学报,2009,31(32):78-81．

[8] 吴彦鸿,王聪,徐灿．无线通信系统中电波传播路径损耗模型研究[J]．国外电子测量技术,2009,28(8):56-57．

Circuit Design of Wireless Alarm System for Medical Refrigerator and Cold Storage

HU Jie-quan

Department of Quality Technology, Guangdong Provincial Center of Disease Control and Prevention, Guangzhou Guangdong 510114, China

设计了一种简易高效的医用冰箱及冷库无线报警系统。本文主要从编码电路、发射电路、冰箱开门检测电路等方面介绍了该系统的分机电路设计，从接收电路、解码电路等方面介绍了主机电路设计，并阐述了该系统的故障响应测试结果。

医用冰箱；冷库；无线报警系统；温度监控；故障响应

A simple and high-effciency wireless alarm system for medical refrigerator and cold storage was designed. This paper introduced the circuit design of the extension set in the aspects of coding circuit, transmission circuit, detection circuit for door opening of the refrigerator and so on as well as the circuit design of the main engine in the aspects of receiving circuit, decoding circuit and so on. The results of fault response tests for the system were also discussed in this paper.

medical refrigerator; cold storage; wireless alarm system; temperature monitoring; fault response

TP277

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.06.040

1674-1633(2014)06-0112-03

0 前言

2013-10-31

2013-12-13

作者邮箱：gz_ahu@163．com