基于医疗智能冷藏箱的电路板设计

常州信息职业技术学院 瞿新南 刘 斌

基于医疗智能冷藏箱的电路板设计

常州信息职业技术学院 瞿新南 刘 斌

本文主要以单片机为核心控制模块，设计了基于医疗智能冷藏箱的电路板，该冷藏箱要求可以根据放入物品的需求调节温度，并且能够在温度感应失常状况下发出警报。

医疗；冷藏箱；报警；电路板

医用冰箱刚起步的时候，其实和家用冰箱并没有太多的区别。但是在生物学家及医疗工作者使用过程中发现生物活性组织对温度敏感性非常强烈。不同的组织、细胞、病毒需要特定低温环境去保存。渐渐的就出现了血液冷藏箱、疫苗冷藏箱、低温保存箱、超低温保存箱、深低温保存箱等一系列以温度控制为要求的医用冰箱的专业定义。

1.总体设计

设计一个模式切换的智能医疗冷藏箱，具有模式切换、报警等功能。基本要求：

（1）具备模式切换功能，能有效的防止医疗制剂的损坏；

（2）具备安全锁的功能，当有温度原有值发生更改时，复位电路能有效地阻止；

（3）具备高低温报警功能，能有效的防止医疗制剂的损坏。

本设计中的智能恒温控制系统由制冷模块、电源模块、复位电路模块、显示模式、时钟模块、报警电路单片机控制模块及输入模块八个模块组成。冷藏箱能够根据放置物的需求选择不同的血液储存模式和疫苗储存模式。并根据检测系统，感应到温度有偏差超度5℃时进入报警模式。冷藏箱设计整体模块框图如图1所示。

图1 整体模块框图

2.制冷模块设计

半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。

3.电源模块设计

电源模块要求需要同时通过降压器降压，并整流滤波产生不一样的电源。电源电路主要为整个电路的运作提供电能。由于制冷片与单片机所需电源电压不一致，所以需要电源电路可以同时产生5V与12V两种电压，可以由三端固定集成稳压器得到的5V、12V直流稳压电源电路。

如图2所示，是由三端固定集成稳压器实现的直流稳压5V、12V电源电路。整个智能温度控制系统需要用到5V与12V的直流稳压电源，而直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，图中220V交流电压经变压器降压后，通过4个二极管组成的桥式整流电路进行整流，再将得到的纹波电压通过电容滤波，将脉动直流电中的脉动交流成分尽量滤除掉，只留下直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压，最终使用7805、7812三端固定集成稳压器，得到系统需要的5V、12V直流电压。

图2 电源电路硬件模块

4.显示模块

利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，显示屏显示电路工作时温度。本文选自LM016L液晶显示器，如图3所示。

图3 由LM016L液晶显示器构成的显示模块

图4 显示模块硬件电路

如图4所示，即由LM016L构成的显示模块，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出字符、数字与字母。

5.报警模块

报警电路在医疗箱中起提示和报警作用。根据软件设置和程序安排，当医疗箱发生温度突变或是超过保存时期时，医疗箱将发出声音以提示用户检查医疗箱。

声音蜂鸣报警电路基本工作原理由单片机控制，采集数据之后，若感觉温度有变化，超出范围值，单片机程序控制蜂鸣器开始报警。主要考虑到电路简便易实现，不仅成本低廉且能够有效的达到提醒的目的。因此，本文选择声音蜂鸣报警。

6.主控模块

本系统选用STC89C51作为主控模块，单片机将输入的被测温度信号与设定的初始温度进行处理，完成对温度的比较计算，驱动指令的输出，数据的存储以及根据相应的温度、时间设置把数据信号输送给显示电路中显示。

如图5是由STC89C51单片机为核心的主控模块，该单片机的3组I/ O端口中，将P1口作为输入端，与按键输入端连接。P0端口作为输出端与显示器相连接，X1X2外接电容与电阻到GND组成晶振电路。9号管脚（RESET）外接电阻电容组成复位电路，RESET接+5V电源。

图5 以STC89C51为核心的主控模块

单片机模块硬件设计电路原理图如图6所示。

图6 单片机模块硬件电路图

7.总系统设计

结合智能医疗设计要求，设计的PCB板形状设计为长方形，长为90mm，宽为80mm，可以安放在智能医疗箱的内部，实现所有设定的功能，原理图如图7,PCB板如图8所示。

图7 系统原理图

图8 系统PCB

8.总结

本设计具有稳定可靠、温度模式可调、温度变化报警等功能，同时简化了电路，节省了成本，提高了效率；同时也存在一定的缺点，主要有不可能排除掉其他影响温度的因素，对于更大环境范围内的温度控制也存在不可控性的可能。

[1]曹才开等.电路分析基础[M].北京清华大学出版社,2009,6.

[2]清源科技.电路原理图与PCB设计及仿真[M].北京机械工业出版社,2008.

[3]戴仙金.51单片机及其C语言程序开发实例[M].北京：清华大学出版社,2008.

瞿新南（1980—），女，讲师，主要研究方向：计算机硬件开发。

本文受江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015A090）资助。