基于STC15单片机的医疗器械消毒灭菌器的研究与设计

屈峰浩 何胜军 白炳峰 金光飞 姜俊杰 袁振宏 张君昊 衢州职业技术学院

前沿：消毒装置是一个长期连续性工作，覆盖范围广，精度要求高的产品，部分场所的特殊条件还决定了相对恶劣的消毒环境，这给传统的人工灭菌带来了很大难度。消毒装置投入使用后，周期性的人工维修变得困难。我国的器械消毒工作起步较晚，发展较欧美及日本落后，自动化程度低。这一方面是由于成本的制约，一方面也是因为灭菌过程中，新技术的推广和融合进展较慢。随着器械工程量的增加和各种恶劣环境下安全高效消毒需求的出现，推动消毒装置工作的全天候，自动化变得十分必要。

1 ．项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围

1.1 国内研究现状及意义

我国目前的消毒装置仍然自动化程度不高。特别是对运营中的人工方法受到很大局限。传感器技术和无线通信技术的发展为医疗机械消毒的自动化，无线化提供了便利。各种新型器件和无线通信技术的出现很好了解决了过去无菌安全健康环境构想中面临的电源供给，布线难度，设备维护和系统成本等一系列瓶颈。

随着我国消毒装置需求量，特别是特大医院，野外救灾的增加，给医疗器械卫生和维护提出了更高要求。针对这一现状，创造自动化的医疗器械装置，能有效解决安全灭菌的实时性和连续性。相较于人工手段，自动化消毒系统大幅度提高灭菌效率减少人工量，为信息化，医疗器械安全预警和经验的积累提供了可靠依据，有着巨大的应用前景。

1.2 现有工作基础和条件

项目组在指导教师指导下，广泛查阅了相关的文献资料，调研了衢州市各个医院现状，清楚的了解该领域目前的研究状况，学习了一定的无线传感网、结构健康在线监测等方面知识，拟定了研究内容、方案、计划等，基本具备开展本项目研究的基础。

项目组指导教师由2个校内指导教师组成，校内指导教师长期从事结构健康、电器智能控制、无线传感器网络等方面研究，积累丰富经验，并取得显著成绩。何胜军教师具有扎实的科研基础，拥有4年的企业工作经验，近两年来指导大学生参加2016年浙江省“电子产品设计及制作”和2015年全国大学生“嵌入式电子设计竞赛”（浙江赛区），获得省二等奖。课题团队具有严谨的科研态度和扎实的专业基础，指导学生参加各类专业技能竞赛并获得多项省三等奖以上荣誉，申报并完成多项市厅级科研项目多项。本课题研发团队主要由应用电子专业人员组成，团队研发任务根据成员的专业合理分配，具有扎实的理论基础与较强的研发能力。具有较强的教科研能力和指导学生开展创新设计的经验，本项目完全可以将上述的项目经验借鉴到消毒装置开发中。

样品已经做出，软件调试也已经进入尾期，本项目得到衢州思汉电子科技有限公司的大力支持，一旦产品研制成功，将由该公司进行批量生产并推广使用。

1.3 主要内容及技术路线

1.3.1 主要内容

本项目设计一种基于STC15_W408AS的芯片控制水高温灭菌系统，该系统通过布设水位传感器网络，由各个位置的传感器测量信号对需要监测的柜式结构压力、温度量等参量进行自动化的数据采集，并通过数据传输网络汇总到汇聚节点，以供上位机处理，整个系统包括若干个感知节点、汇聚节点和上位监控平台等三个部分构成。

在本项目的调研阶段走访了衢州各大医院，着重考察了医疗器械消毒灭菌器在医院后勤供应系统的运转效率，大部分医院的医疗器械消毒灭菌器的可靠性不高，抗腐蚀抗干扰能力差，操作复杂，导致运营成本增加，针对这些问题，我们汇集成册，在指定方案中点对点，面对面的改善解决问题为核心，自动化，简单化，人性化为目标，在硬件结构和软件结构设计中尝试了大量方案，选出最佳方案中，进行仿真调试，在确保没有错误的情况下。制作出样品。所有的步骤都在计划中按部就班的进行中，目前，样品已经做出，在系统调试阶段，硬件结构还需要优化，软件也进行到了尾期，全部完成后项目结题，验收。该项目的研制成功，将从产品结构设计，材料选型，硬件电路强弱电信号控制，抗湿度能力，人机界面，可操作性等方面大大提升消毒灭菌器的产品质量。

1.3.2 项目技术水平

本项目从技术层面上，涵盖了以下的开发内容：

1)感知模块数据采集软件的设计；

2)网络底层无线通信协议设计在软件上的实现；

3)上位机通讯软件的实现；

4)感知节点硬件结构设计；

5）汇聚节点硬件结构设计；

6）上位机硬件平台设计。

因此本设计的难度表现在软、硬件的混合设计，网络各层协议的编写和感知节点分布布以及上位机管理系统的联合设计等综合技能和全面的软、硬件知识。

2.应用范围

本项目所研制的系统具有实时化，智能化，平台化、使用方便、性价比高等特点，可广泛运用于各类医疗器械消毒灭菌系统，市场潜力很大。

3.实施该项目所具备的基础、优势和风险

项目组成员均具备一定的实践能力，已经开始了前期的研发工作，制作了新型医疗器械消毒装置样品成功，进展非常顺利，为项目的实施奠定了基础。项目指导教师具备较强的科研指导能力，成功指导了2014年度大学生科技创新项目，并已结题。并对本项目研究领域均有较深入的了解，结构健康智能化方面开展了一些前期研究，研究成果已申报1项发明专利、发表2篇论文，具备开展本项目研究的基础。

此外，学校有电工电子实验室、配有开发装置和示波器等调试设备，学校制定相关政策鼓励大学生开展创新研究、配备有经验的教师指导项目开发，为开展项目研究提供了便利条件。

总结：该系统通过布设水位传感器网络，由各个位置的传感器测量信号对需要监测的柜式结构压力、温度量等参量进行自动化的数据采集，并通过数据传输网络汇总到汇聚节点，以供上位机处理，实现水位温度监测的实时化，智能化，平台化。该装置对于解决现今医疗器械健康安全问题，预防医疗隐患有着重大的意义。