基于STC15F104E单片机的移动X线机无线延时曝光系统的研制

黄向东，陈浩，黄斌斌，田君鹏

中国人民解放军第175医院 医学工程科，福建 漳州 363000

基于STC15F104E单片机的移动X线机无线延时曝光系统的研制

黄向东，陈浩，黄斌斌，田君鹏

中国人民解放军第175医院 医学工程科，福建 漳州 363000

本文阐述了移动X线机无线延时曝光系统的研制和测试过程，该系统主要由单片机STC15F104E、PC817光耦及信号处理模块、无线遥控（发射/接收）模块、声音报警模块和通信模块组成，具备无线延时曝光的功能。系统测试结果表明，当采用一档继电器吸合3 s，然后二档继电器同时吸合2 s，最后同时放开的方案时，系统应用效果最好，能够满足临床需求。

移动X线机；智能无线曝光系统；延时电路；单片机

移动X线机以其小巧、可移动、对电源要求不高等优点在临床上获得了广泛应用，其流程简便、操作快捷，解决了一些长期卧床、不便于搬动患者的拍片难题[1]，而它的可移动性让操作人员的射线防护问题面临新的考验。

我院近年来启用的不同厂家的移动X线机，大体分为3类：① 不具备无线、延时曝光系统，只是将曝光手柄连线接长；② 具有无线曝光系统，但无法延时；③ 具有延时曝光系统，但不能远程控制。结合医技人员的反馈分析这3类移动X线机，可以得知这3类曝光系统的主要缺点：① 延长曝光手柄连线的方法需要操作人员穿着笨重的铅衣将曝光手闸线拉到病房外曝光，以此达到减少射线辐射的目的。如此一来曝光手闸连线由于经常被牵扯拉伸而出现问题，使其维修频率剧增（我院曝光手闸连线的平均维修频率为一周左右），且每次曝光后需要工作人员整理手闸连线，费时费力；② 具有无线曝光系统，但无法延时的方法需要医技人员使用遥控器远程操作，摁住遥控器上的曝光按钮等待曝光完成。一般由于病房内具有例如心电监护、呼吸机等其他医疗设备，这种不间断遥控发射很容易由于其他设备的信号干扰而产生中断[2]；③ 具有无线曝光功能，但无法延时曝光的系统使用方法是医技人员将设备对着病人摆好位置，摁下延时曝光按钮后迅速远离设备，等待延时曝光完成。若病人在10 s左右的延时时间内发生偶然移动，偏移理想照射位置，无法阻止设备进行曝光，可能会需要重新拍摄[3]。这不但降低了工作效率，还增加了病人接受射线照射的负担，不利于病人健康。

针对以上问题，本文研制出一种智能无线延时曝光系统，安装时发射模块需要与接收模块对码才能使用，可防止其他信号的干扰；使用时按下发射按钮后先报警延时，等待操作技师远离后再进入正常预热曝光程序，且在整个过程中都能随时中断程序[4]。此智能无线延时曝光系统不仅可以避免医技人员受到放射辐射，同时也使得移动X线机的曝光过程更安全稳定，这对延长设备使用寿命，降低其故障率具有重要意义[5-6]。

1 系统设计

1.1 设计思路

通过多方面采集和测量，研究利用模块代替原有的手闸曝光，实现无线遥控曝光。普通X线机的曝光手闸分为两档：第一档主要是接通旋转阳极电路，同时灯丝开始预热，为产生X线做准备；第二档是在第一档工作完成后高压上闸实施曝光。所以，采用模块代替手闸，模仿曝光一、二档信号，既不会影响设备正常工作，又能实现无线延时效果。由于两档控制之间大概有1.2 s的时差，因此设计采用单片机延时程序控制该时差，结合继电器电路来取代两档曝光手闸。

1.2 系统结构

研究设计基于STC15F104E单片机的智能无线延时曝光系统，采用PC817光耦接收遥控触发信号后通过单片机延时控制继电器通断实现移动X线机的预热并曝光。系统主要由单片机STC15F104E、PC817光耦及信号处理模块（稳压模块和继电器模块）、无线遥控（发射/接收）模块、声音报警模块和通信模块组成。

PC817光耦用于检测无线遥控器有无触发信号；电信号则经信号处理模块触发单片机输出，并控制继电器模块；无线遥控模块用于触发电信号至光耦；声音报警模块用于信号触发、复位及发出曝光提示音；通信模块用于系统调试及程序代码的输入。系统原理框图，见图1。

图1 系统原理框图

2 硬件设计

2.1 PC817光耦及信号处理模块

系统中的无线遥控接收模块由移动X线机内部的220 V电源（开机既有）供电，将该模块中的12 V直流电端接到稳压电源模块的Power1。稳压电源模块由1个二极管，4个电容，1个发光二极管，1个稳压二极管和开关型降压稳压器LM2576T 5.0组成。12 V直流电经开关型降压稳压器后输出5 V直流电与单片机VCC端相连，使单片机可以正常运行。稳压电源电路示意图，见图2。

光耦模块是由PC817光耦、电阻R1（1 K）、R5（10 K）和发光二极管组成。光耦前端一脚接R1，一脚接发光二极管到地，后端一脚接单片机P3.4口，另外一脚接地。光耦模块示意图，见图3。

图2 稳压电源电路示意图

图3 PC817光耦模块

继电器模块是由2个光耦、2个发光二极管、4个电阻（R3、R4、R7、R8）、2个NPN三极管9013及两个继电器组成。光耦1后端一脚接12 V直流电，另外一脚接电阻R7到9013基极至继电器1，前端一脚接发光二极管到地，另外一脚接电阻R3到单片机P3.3口；光耦2后端一脚接12 V直流电，另外一脚接电阻R8到9013基极至继电器2，前端一脚接发光二极管到地，另外一脚接电阻R4到单片机P3.2口。曝光手闸预热线与继电器1的常开端相连，曝光线与继电器2的常开端相连[7]。继电器模块示意图，见图4。

系统内部工作原理如下：按下发射器曝光键，接收模块（由机器内部220 V供电）收到信号（蜂鸣器短鸣）后给一个高电平至PC817光耦，使得单片机P3.4口接收到低电平，启动8 s延时；8 s后单片机P3.3接收到高电平，给9013提供基极偏置电压使其导通，继电器1得电，常开脚吸合，开始3 s延时；3 s后单片机P3.2口接收到低电平，给9013提供基极偏置电压使其导通，继电器2得电，常开脚吸合，开始2 s曝光；2 s后曝光结束（蜂鸣器长鸣），系统复位。

图4 继电器模块示意图

2.2 声音报警模块

声音报警模块由1个PNP三级管8055、稳压电容（μf）、直流蜂鸣器和限流电阻组成。该电路连接到单片机P3.4口，当无线遥控发射器触发时即P3.4口检测到低电平，使得三极管8055导通，蜂鸣器会发出短鸣，曝光结束后蜂鸣器会发出长鸣通知操作人员曝光已完成。

2.3 无线遥控模块

无线遥控（发射/接收）模块中的发射模块即一个开关按键，用于发射信号，接收模块接收到信号后导通继电器从而触发延时曝光程序。

2.4 通信模块

通信模块用于与电脑通信，可对单片机程序进行导入，并在调试时随时擦除和重新导入，还能记录一段时间内的运行情况。

3 软件设计

本系统软件采用C51汇编语言设计，整个软件实现模块化，主要包括以下子程序：初始化子程序、按键扫描子程序、延时子程序、声音提示及报警子程序。系统软件流程，见图5。

图5 系统软件流程图

首先，设备对单片机的I/O口进行硬件初始化，以防止单片机的默认电平对外部电路的干扰。初始化结束后进入扫描状态，对单片机I/O口P3.4进行扫描（默认为高电平），检测到一次信号时P3.4口为低电平有效启动延时程序，相继P3.3口置高电平、P3.2口置低电平控制继电器完成预热曝光动作；检测到两次信号时P3.4口默认为高电平系统复位。

4 系统组装调试

在系统设计过程中，先对PC817光耦及信号处理电路、继电器模块进行设计，然后采用STC15F104E单片机开发板编写软件，模拟运行成功后对硬件系统进行优化设计，加入了声音报警模块，制作印刷电路板并对元器件进行组装。组装后的无线延时曝光系统实物图，见图6。

系统测试的主要目的是对延时时间的确定和对各个模块工作性能进行检测。在对延时时间确定的测试中，主要考虑系统的长久使用、电能的最省化以及有无达到延时目的，通过调整延时时间和吸合时间，并结合实际操作情况，研究选择了6种方案进行实验。系统测试结果，见表1。

测试结果显示，在按下发射按钮之后，一档继电器延时8 s吸合，吸合3 s后二档继电器同时吸合，2 s后同时放开的情况下，设备预热时间和曝光时间充足，不会出现报错，能够满足临床需要[8]。

图6 无线延时曝光系统实物图

5 结束语

本文研制的智能无线延时曝光系统已安装在我院和其他医院的床边X线机上，该系统的应用不但提高了床边机的使用寿命还增强了设备操作时的安全系数，且操作简便。基于STC15F104E单片机的无线延时曝光系统，具有无线接收、延时曝光、报警等功能，成本低廉、完全智能化，未来可以广泛应用于各类移动放射性医疗设备中。

[1] 贾云岭,龙美燕,秦郁.等.F30-30mA移动式X线机加装无线遥控曝光及电子限时装置[J].实用放射学杂志,2004,20(12):1113.

[2] 高德春,陈新春,严焕浩.床边摄片机延时曝光装置[J].实用放射学杂志,2003,19(6):526.

[3] 杨旭峰,罗小梅,徐巧兰,等.CR床边摄影的质量控制探讨[J].影像诊断与介入放射学,2007,16(2):65-67.

[4] 李学山,赵建平,张占胜,等.更换开关位置信号不闪光原因的分析[J].科技情报开发与经济,2004,14(4):168-169.

[5] 陆翊平,傅骏.射线防护的重要性[J].职业与健康,2008,24(14): 1453-1454.

[6] 王志泉.GE AMX_4+移动X线机故障维修2例[J].中国医疗设备,2014,(8):141-142.

[7] 张方林,汪庆华,吴向阳,等.R-500型X线机电路解析与PCB板调节[J].医疗卫生装备,2007,28(2):67-68.

[8] 唐森财.改装移动X线机曝光手闸[J].中国医疗设备,2008,23 (2):116-117.

表1 系统性能测试

图4 EMR和PACS关联示意图

4 电子病历系统的应用

我院自2011年运行EMR系统以来，一直深受临床一线的喜欢，医生不仅从繁琐的手写病历和重复抄写中解脱出来，同时第一时间能看到检验、检查报告的结果。如病人办理入院手续时填写基本信息，在病人入住病房时，医生早已看到病人信息，并做好一系列评估[7-8]。医生书写病历时将检验和检查结果直接导入病程记录中，既准确又快捷。病历书写完成，提交归档，如需再次调阅，只需网络申请借阅即可查阅病历。

我院按照市卫生计生局的要求，完成区域电子病历的数据上传和调阅，并且一直保持良好的排名记录（表1）。

我院按照卫生部医管司的要求，完成与医院质量检测系统研究中心（HQMS）数据采集并对接成功，按照要求定时上报，运行良好。

经过4年的运行，我院电子病历系统较好地服务了临床和患者，同时提高了服务质量和医疗质量，为建立和谐社会做出了贡献。

[参考文献]

[1] 罗娟,唐晓东,胡倩.新版电子病历系统与临床信息系统融合方法与应用评价[J].中国医疗设备,2013,28(4):57-58.

[2] 方堃靖,张红,王志奇,等.中医电子病历系统接口的设计与实现[J].中国医疗设备,2014,29(8):46-48.

[3] 胡志坚.集成平台在医院信息系统建设中的应用[J].中国卫生信息管理杂志,2012,(4):59,65.

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[5] 叶燕.HIS系统与医保系统数据交换平台的设计与实现[D].兰州:兰州大学,2014.

[6] 孙瑛,周青,陈香梓,等.数字化医院建设的实践和体会[J].中国医院管理杂志,2011,(2):119-121.

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[8] 周冬兰.基于区域平台的全科医生信息系统建设[J].中国卫生信息管理杂志,2014,(2):56-58.

Development of Mobile X-Ray Machine Wireless Delay Exposure System Based on STC15F104E

HUANG Xiang-dong, CHEN Hao, HUANG Bin-bin, TIAN Jun-peng
Department of Medical Engineering, The NO.175 Hospital of PLA, Zhangzhou Fujian 363000, China

This paper expounded the development and application process of a mobile X-ray machine wireless delay exposure system which is mainly composed of STC15F104E, PC817 optical coupling and the signal processing module, wireless remote control module, voice alarm module and communication module, and equipped with wireless and delay exposure functions. According to the test results, the system could achieve its optimal effectiveness when the first gear relay was pulled in for 3 seconds, then second gear relay was pulled in for 2 seconds at the same time, fnally the two relays were released simultaneously.

mobile X-ray machines; intelligent wireless exposure system; time delay circuit; microcontroller

TP3

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.029

1674-1633(2016)06-0106-04

2016-01-04

2016-02-05

中国人民解放军第一七五医院课题（13Y004）。

田君鹏，主任助理，工程师。

通讯作者邮箱：13599660192@139.com