静态自称重系统在医疗废物转运车上的应用

魏江 冯永业

豫西集团郑州红宇专用汽车有限责任公司 河南郑州 451450

1 前言

医疗废物转运车又名医疗垃圾运输车，主要功能是医疗废物的收集和运输。其每天的工作流程是，首先医疗机构将医疗废物按类别集中收集后，再由医疗废物处置公司通过医疗废物转运车转运集中处置。每家医疗机构所收集的医疗废物的多少都需通过现场过磅称量后装车，司机和医疗机构分别登记记录。车辆每天需要往返多家医疗机构，收集称重流程使得司机和医疗机构劳动繁琐，更重要的是易使废物产生二次污染。如果车辆具有自称重系统，车辆到每家医疗机构只需往车上装医疗废物，装完后车辆上的称重系统便能自动称出废物的质量并记录医疗机构名称。现介绍一款车载静态自称重系统。

2 技术应用

静态自称重系统在车辆上的应用，是为了完善医疗废物的管理和标准，使得医疗废物合理处理，改变传统的人工计量操作的模式，可减少直接接触医疗废物的次数；可大大提高作业效率；并可即时为客户提供打印收据凭证等，大大方便了客户；称重系统可防止车辆超载，有利于车辆行驶安全；亦可减少车辆滥用及减少维修费用。称重系统存储的数据可为管理者进行科学的决策提供参考，进行更科学的安全管理和全局规划，提高管理和行车的科学性及安全性。

基于物联网技术与计量技术相结合的车载称重系统，可实时掌握管辖区内所有医疗废物转运车辆装运垃圾的质量及收集原始数据，并与垃圾处理厂计重设备联网监管、协同运营。因此，车载称重系统在医疗废物转运车辆的成功应用将对规范城市医疗废物运输车辆，提升公共卫生管理水平等方面具有极高的推广价值。

3 技术方法

3.1 产品平台

在某型医疗废物转运车的基础上，增加货物自称重系统。该车主要由二类底盘、保温厢体、分体式机组、清毒喷雾装置、污水收集装置及自称重系统等组成。

自称重系统主要包括：云物联称重控制器、应变式压力传感器、承重模块、存储打印控制、触控屏一体、上下连接件及导线连接等。自称重系统安装位置如图1所示。

图1 自称重系统安装位置简图

3.2 系统框架

在传统的医疗废物转运车基础上增加一个静态“车载称重系统”。自称重系统包括云物联称重控制器和安装在底盘与上部车厢之间的应变式压力传感器。应变式压力传感器安装在特制的承重模块中；云物联称重控制器集云物联称重控制、存储打印控制、触控屏一体；承重模块通过上下连接件把底盘和车厢连接，导线连接应变式压力传感器和云物联称重控制器；当车辆静止时（驻车平稳后），由云物联称重控制器采集压力传感器信号经处理后将其在液晶屏上显示单次质量、累计质量，同时并将数据无线上传到异地数据中心，也可以通过手机上安装APP软件进行查询。

3.3 系统设计

自称重系统组成框图如图2所示。

图2 称重系统原理图

4只应变式压力传感器用于采集货物的质量信息，当车厢装有货物时，应变式压力传感器会发生变形，从而导致传感器输出电压发生变化，云物联称重控制器采用WinCE嵌入式操作系统，通过检测传感器输出电压的变化可以间接地测量出车厢内货物的质量。同时，云物联称重控制器将处理后结果即车厢内货物的质量在液晶屏上显示。打印机负责打印当前凭证，凭证信息包括单位编码、时间、地点、质量等；内置大容量存储器满足可存储数据30万条；接口考虑有串口、并口、GPRS、单路开关、外接大屏接口、网口等；具有WiFi、GPRS、TCP/IP等通信协议，可以和后台数据进行交换。

系统硬件设计中采用功率模块、人机通信模块、状态量输入模块的结合构造出电子控制系统单元控制模块，提高系统的可观性和实效性。ARM芯片核心系统提供了LCD接口、串行通讯接口和以太网接口等，可以很好地解决用户界面和网络通讯的问题[1]。

图3 系统硬件架构

如图3所示，硬件设计以嵌入式微处理器32位M4核处理器为核心，辅以外围设备触摸屏、打印机控制电路、采集放大保持电路、GPRS电路、网络芯片、通讯接口和CAN总线等。集监测、控制和通讯一体的多功能集成系统，可以方便日后系统的功能扩展和无缝集成。

软件部分主要完成数据采集计算、数据处理、称量结果显示等功能。程序编写采用结构化程序设计的C51语言编写运行于 单 片机平台，配置高速的CPU。

3.4 关键技术

称重传感器安装在底盘与上部车厢之间，根据需要可选装4或6个，甚至更多。而医疗废物转运车通常会在道路条件极差的状况下行驶，还会经常遇到紧急刹车、碰撞等不利的情况，所以传感器类型的选择、安装尤其重要。除考虑复杂的环境条件外，其他一些具体问题也需解决，如：如上部车厢和底盘之间的扭力产生的内部压力；车架与副车架的应变和刚性连接是影响车辆行驶安全的重要因素，项目的重点是通过设计研究分析解决车架与副车架的应变。当车厢装有货物时，应变式压力传感器会发生变形，从而导致传感器输出电压的变化，云物联称重控制器采用WinCE嵌入式操作系统，通过检测传感器输出电压的变化可以间接地测量出车厢内货物的质量。

3.5 传感器的选择

云物联称重控制器通过检测传感器输出电压的变化可以间接地测量出车厢内货物的质量，传感器一方面承载着空车厢的压力，另一方面当车厢装有货物时，应变式压力传感器会发生变形。在考虑传感器方面选择应变式压力传感器。应变式压力传感器是压力传感器中应用比较多的一种传感器，它一般用于测量较大的压力，广泛应用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力，以及各种领域中的流体压力等。选用应变式压力传感器，安装在特制的承重模块中，外观形式采用双悬臂式，因为双悬臂式抗压力能力强、承重能力大、抗侧向冲击能力强，并且易于安装[2]。

3.6 传感器的安装位置

本方案中，若整车长度L＜6 000 mm，额定质量≤3 000 kg，在车辆底盘的周围安装4只压力传感器；若整车长度L≥6 000 mm，额定质量≤9 000 kg，则在车辆底盘的周围安装6只压力传感器。传感器的安装位置与方法如图4 所示。

图4 传感器安装位置示意图

3.7 安装结构件、加固结构件的设计

钢结构件进行防腐蚀处理，如磷化、镀锌、喷漆、喷塑等； 紧固件都进行镀锌处理、氧化处理等。连接螺栓、螺母均不低于10.9级。

4 主要技术指标

静态自称重系统最大秤量分为5 000 kg和9 000 kg两种规格，分别可以在整车长度小于6 m，额定质量不大于3 t和整车长度大于6 m，额定质量大于9 t的医疗废物转运车上进行安装。系统称载参数设置可通过后台软件进行调整，最小称量可设置精确到1 kg、3 kg、5 kg、10 kg，设计称重精度优于百分之一。采用人性化设计，客户每称一次数据都会记录，内置大容量存储器可存储数据30万条。每次称重有效数据直接上传至云服务器，手机和PC端可以清晰地管理所有数据。数据可以通过US B导出，格式为EXCEL。智能化接口丰富，有串口、并口、GPRS、单路开关、外接大屏接口、网口。工作环境温度为-20～60℃，相对湿度10%～85%，不冷凝。主要技术指标如表1所示。

5 自称重系统验证

试验对象分别在某公司生产的系列医疗废物转运车上进行，对整车长度L＜6 000 mm，额定质量≤3 000 kg的车辆，在车辆底盘的周围安装4只压力传感器；对整车长度L≥6 000 mm, 额定质量≤ 9000 kg的车辆，在车辆底盘的周围安装6只压力传感器。模拟装载货物时，第一次开机校核清零，依次装载货物测量，移动车辆后、驻车测量、制动后测量、道路模拟试验后测量，依次将测试结果汇总分析。试验用医疗废物转运车货物自称重系统试验测试结果如表2所示。

表1 货物自称重系统主要技术指数

云物联称重控制器触控操作一体软件功能界面如图5所示。

图5 云物联称重控制器触控操作一体界面

软件设置分度值调整为5 kg，法码为25 kg一个。从表2中可以看出，称重系统基本上能够满足车载系统的要求，如果所需测量结果的精度要求较高，可以调整分度值，控制系统将显示并保存每次的测量结果和累计测量结果，点击主控界面“查询”后进入查询界面，会按顺序显示以往称重日期、当前累计、单次质量及公司名称等。

表2 医疗废物转运车货物自称重系统试验测试结果 单位：kg

6 结语

本文针对医疗废物转运的特殊性，设计了一种车载静态自称重系统，可在任何时刻知晓医疗废物垃圾的装载量和装载地点，车厢内装载的垃圾质量可由车载控制器即时数字显示，改变了传统的人工计量操作效率低并减少了直接接触医疗废物导致污染的次数，大大提高了作业效率。此称重系统结构可靠，操作方便，不仅适用于医疗废物转运车辆，也适用其他厢式类货车安装使用。