基于开发板的医用冷藏箱温度监测装置设计_杜健宁.pdf

医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023基于开发板的医用冷藏箱温度监测装置设计杜健宁，石子鸣，张萌，孟祥雨，卢东生*（首都医科大学附属北京友谊医院医学工程处，北京 100050）摘要目的：设计一款医用冷藏箱温度监测装置，以便及时了解医用冷藏箱内的温湿度情况。方法：该装置硬件由WeMos D1 Mini 开发板、DHT11 数字温湿度传感器模块、有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）显示屏、RGB 模块和蜂鸣器模块组成。采用 DHT11 传感器实时采集医用冷藏箱内温湿度数据，并通过物联网将数据无线传输至云平台；采用 OLED 显示屏实时显示温湿度数据及时间；通过蜂鸣器模块、RGB 模块实现声光报警。基于Arduino IDE 平台进行硬件控制程序的编写、调试，并在手机端 Blinker App 上进行温湿度监测界面制作。结果：该装置能够对医用冷藏箱的温湿度进行监测，与冷藏箱显示温度的最大差值为0.2，且在冷藏箱内温度高于 8 或低于 2 持续 5 min 后能够进行声光报警并通过微信公众号告知管理员。结论：医用冷藏箱温度监测装置具有体积小巧、成本低廉、易于操作的特点，能够满足医用冷藏箱内温湿度变化监测的需求。关键词医用冷藏箱；温度监测；湿度监测；开发板；物联网中国图书资料分类号R318.6；TH789文献标志码B文章编号1003-8868（2023）01-0113-05DOI：10.19745/j.1003-8868.2023019Design of medical refrigerator temperature monitoring device based ondevelopment boardDU Jian-ning,SHI Zi-ming,ZHANG Meng,MENG Xiang-yu,LU Dong-sheng*(Department of Medical Engineering,Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University,Beijing 100050,China)AbstractObjectiveTo design a medical refrigerator temperature monitoring device in order to keep track of thetemperature and humidity inside the medical refrigerator.MethodsThe medical refrigerator temperature monitoring devicewas composed of a WeMos D1 Mini development board,a DHT11 digital temperature and humidity sensor module,an organiclight-emitting diode(OLED)display,a RGB module and a buzzer module.The temperature and humidity data in the medicalrefrigerator were collected with the DHT11 sensor in real time,and then transmitted wirelessly to the cloud platform throughInternet of Things;the temperature and humidity data and time were shown on the OLED display in real time;sound and lightalarm was realized through the buzzer and RGB modules.Hardware control programming and debugging were implementedbased on Arduino IDE platform,and the humidity and temperature monitoring interface was developed in Blinker App.ResultsThe device developed monitored the temperature and humidity in the medical refrigerator effectively.Thetemperature indicated by the device had the maximum difference with the actual value within the range of 0.2,and thedevice issued sound and light alarm and informed the administrator through WeChat official account 5 minutes after thetemperature in the refrigerator was higher than 8 or lower than 2.ConclusionThe medical refrigerator monitoring devicegains advantages in small size,low cost and easy operation,and can be used for monitoring the changes of the humidity andtemperature in the medical refrigerator.Chinese Medical Equipment Journal，2023，44（1）：113-117Key wordsmedical refrigerator;temperature monitoring;humidity monitoring;development board;Internet of Things0引言医用冷藏箱主要应用于医疗卫生、生物制药等领域，是必不可少的医疗设备之一。医用冷藏箱内部温度在 28 范围内波动，相比于普通冰箱和商用冰箱有更高的控温精度要求，具有温度波动值作者简介：杜健宁（1993），男，硕士，工程师，主要从事医疗设备相关的研究工作，E-mail：。通信作者：卢东生，E-mail：杜健宁，石子鸣，张萌，等.基于开发板的医用冷藏箱温度监测装置设计J.医疗卫生装备，2023，44（1）：113-117.Technical Support技 术 保 障 113 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023小等特点1-2。通常，医疗机构所使用的医用冷藏箱具有完善的报警系统，且配置监测运行的温度记录器，如输血科常见的三洋 MBR-506D 医用冷藏箱配备了温度异常报警装置以及监控温度的工作站，可供查询其历史温度曲线。当温度异常时，工程师可通过查看历史温度曲线进行故障诊断，从而尽快维修。然而部分科室仍在使用的老旧医用冷藏箱不具备报警系统或温度记录装置，如遇故障，管理者不能及时得知医用冷藏箱内温度异常的情况，不但易造成药品或试剂的损失，而且不利于工程师开展故障诊断和维修工作。目前，国内、外有关医用冷藏箱温度监测装置的设计层出不穷1-5，虽然均可实现对医用冷藏箱温、湿度的无线监测，并具备报警功能，但仅限于手机消息推送报警，不具备声光报警，且需通过显示器或其他终端显示监测结果，不但增加成本，而且不便于随时监测温湿度数据1-2。本研究设计一款医用冷藏箱温度监测装置，使管理者通过手机即可实现对医用冷藏箱温湿度的监测6-9。本装置不仅可以实时反映医用冷藏箱内部温湿度，还能够记录温湿度数据，并能通过图表反映医用冷藏箱内温湿度的变化。在温度超出正常值持续 5 min 后，本装置会通过指示灯、蜂鸣和微信提醒 3 种途径告知管理者，以便其及时处置医用冷藏箱内的物品或联系工程师进行维修。1医用冷藏箱温度监测装置的设计1.1硬件设计和连接本装置硬件由 WeMosD1Mini 开发板、DHT11 数字温湿度传感器模块、有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）显示屏、RGB 模块和蜂鸣器模块组成，整体电路原理图如图 1 所示。通过 WeMosD1 Mini 开发板板载的 ESP-8266 物联网芯片实现联网功能，通过 DHT11 数字温湿度传感器模块采集温湿度数据，由 OLED 显示屏实时显示医用冷藏箱内的温湿度数据。在监测到温度异常时，通过 RGB模块以及蜂鸣器模块进行声光报警。医用冷藏箱温度监测装置的硬件结构框图如图 2 所示。1.1.1WeMos D1 Mini开发板医用冷藏箱温度监测装置采用 WeMos D1 Mini开发板，实现对 DHT11 数字温湿度传感器模块、OLED显示屏、RGB 模块以及蜂鸣器模块的控制，接收DHT11 数字温湿度传感器模块的温湿度数据并由ESP-8266 无线发送至手机端 Blinker App10-13。1.1.2DHT11数字温湿度传感器模块本研究采用的 DHT11 是一款温湿度复合传感器，因其应用了专用数字模块采集技术和温湿度传感技术而具有较高的可靠性和稳定性。该传感器温度量程为-2060，精度为2；相对湿度量程为 5%95%，精度为5%14-17。1.1.3OLED显示屏本研究采用四针式 0.96 in（1 in=25.4 mm）集成电路总线（inter-integrated circuit，IIC）通信的 OLED 显示屏，用于实时显示 DHT11 数字温湿度传感器模块传输的温湿度数据，并提供国家标准时间显示18。1.1.4RGB模块RGB 模块作为医用冷藏箱内部的温度指示灯，当医用冷藏箱内温度正常时，绿灯亮起；当医用冷藏箱内温度异常时，红灯亮起。1.1.5蜂鸣器模块蜂鸣器模块采用低电平触发。当医用冷藏箱内温度正常时，蜂鸣器模块静息；当医用冷藏箱内温度异常时，触发低电平，蜂鸣器模块报警。1.2软件编程和配置医用冷藏箱温度监测装置的软件设计部分包含硬件控制程序的编写及手机端 Blinker App 界面的制作。硬件控制程序在 Arduino IDE 上完成编写和调试后烧录至 WeMos D1 Mini 开发板，实现对医用冷藏箱温度监测装置各个硬件模块的控制。手机端Blinker App 能够直观地反映医用冷藏箱内部的瞬时温湿度数值和历史温湿度曲线，供管理者查看。图1医用冷藏箱温度监测装置整体电路原理图DHT11 数字温湿度传感器模块WeMos D1Mini 开发板RGB 模块OLED 显示屏蜂鸣器模块图2医用冷藏箱监测装置硬件结构框图杜健宁，石子鸣，张萌，等.基于开发板的医用冷藏箱温度监测装置设计J.医疗卫生装备，2023，44（1）：113-117.Technical Support技 术 保 障 114 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023Blinker“点灯物联”微信公众号在医用冷藏箱内温度异常时会给管理者发送微信提醒，以便及时处置。1.2.1硬件控制程序硬件控制程序的流程为：（1）通过 WeMos D1 Mini开发板连接 USB 或用电池提供 5 V 电压进行供电，传感器复位，ESP-8266 物联网芯片启动，发送国家标准时间至 OLED 显示屏。（2）DHT11 数字