一种医院被服收集系统主控制器的设计与实现

赵世婧，邹继东

（1.苏州农业职业技术学院，江苏苏州，215008；2.苏州卷柏电子有限公司，江苏苏州，215008）

随着近2年新型冠状病毒疫情的爆发，各医院对医院被服的管理要求进一步提高，为避免因被服引起的各种交叉感染，更好地保证被服卫生质量，各医院都逐步建设了专用的被服收集系统[1]。本设计应用于医院被服收集系统，实现对楼层投物门请求响应、通风系统、被服收集桶状态管理、收集管道密闭装置、清洗装置控制、远程通讯等系统功能，是整个收集系统的“中心大脑”。

1 系统简介

医院被服收集系统一般安装在建筑物预留井道内[2]，结构如图1所示，系统由以下几部分组成：

图1

（1）收集通道：一般为直径400mm～600mm不锈钢圆形桶壁；

（2）底层被服收集装置，实现收集被服，收集箱容量状态；

（3）密闭装置，实现无被服收集操作时，收集管道口的密闭；

（4）顶层通风装置，实现管道内投物过程中气压稳定和空气清新；

（5）管道清新装置，定期对管道进行清洗消毒，避免管道污染被服；

（6）楼层投物门，为自动升降门，配有触摸显示屏、读卡器、指示灯和防夹保护探头，实现投物门的开闭管控；

（7）系统主控制器，安装于底层控制箱内，实现对被服系统中各单元的数据采集、参数配置、投物门操作控制，保证被服系统的正常运行。

2 主控制器总体方案

主控制器提供3路RS485通讯接口，1路RS485实现与各楼层投物门、清洗机、风机单元进行通讯，接收投物门开启申请和状态信息，处理清洗机状态信息和控制风机运行；1路RS485操控触摸屏，实现各投物门、清洗机、风机、密闭门状态显示以及运行参数设置；1路RS485实现与密闭门通讯交互，完成密闭门操作与状态获取。主控制器提供多路AI、DO接口，实现与外部各类型设备的交互和控制。同时提供了语音模块，实现语音信息的播报。被服收集系统主控制器的总体设计框架结构如图2所示。

图2

3 系统硬件设计

本主控制器硬件设计采用双层单板PCB设计, 主控芯片采用中颖电子SH79F7012，主控器集成3路RS485通讯接口，3路DI输入采集接口，2路AI模拟采样电路，1路语音播放电路，3路24V指示灯驱动电路，1路3A继电器驱动电路，同时主控制器内部集成了高性能DC24V转DC12V电路，提供输出接口。

3.1 主控芯片

主控芯片电路设计如图3所示。本设计采用上海中颖电子SH79F7012作为核心控制芯片。SH79F7012是一颗低功耗高性能8位加强8051单片机，LQFP80引脚，内嵌加强8051核，具有高速高效率特性。具有128k字节Flash，3840字节RAΜ，同时集成了丰富外设，4个16位定时器，4通道EUART，RTC实时时钟，温度传感器，看门狗定时器，低压复位和低电压检测电路。

图3

3.2 RS485接口电路

RS485通讯具有长距离，运行可靠，调试简单的特点，主控制器提供了3路RS485接口，分别与楼层模块、清洗设备、触摸屏、密闭门装置完成数据交换与信息控制。电路如图4所示，RS485电路采用了热敏电阻与TVS放电管双重保护电路，使用上海贝岭BL3085B转换芯片。

图4

3.3 AD转换电路

使用运放LΜ358对输入的电压信号进行采样放大后，由主芯片SH79F7012内部AD转换，完成对外部模拟信号处理（图5）。本系统外部信号是由红外激光测距传感器发出，处理被服收集箱内被服是否已满。

图5

3.4 DI数字输入接口

电路如图6所示，使用光耦隔离采样，快速准备获取外部输入信号状态。

图6

3.5 指示灯驱动电路

控制箱有3个DC24V指示灯，主控制器提供了3路DC24开关控制电路（如图7）。

图7

3.6 电源电路

本控制器内部集成了DC24V转DC12V的高性能电路（如图8），可提供高达3A的输出电流，供其他设备使用[3]。

图8

4 系统软件设计

本控制器需要被服收集系统中的楼层单元、清洗机装置、风机装置、密闭门装置、收集箱装置、触摸屏、指示灯、语音模块、AGV小车完成数据交互和信息交换。具体软件流程进入图9所示。

图9

主控制器程序主要实现各楼层投物门开门请求处理，当同一时间作业时，只允许单一投递口打开；获取各楼层投物门状态，在触摸屏上进行状态显示；处理清洗机装置工作请求，在清洗机工作期间不允许投物门打开，清洗期间触摸屏提示清洗机工作信息：工作时长、当前位置、清洗状态，同时清洗期间底层收集桶需要自动更换为清洗机收集桶，底层密闭门需要打开；在有投物门打开或是风机工作时，顶层风机需要同步开启，延迟关闭；在底层被服收集箱将要溢满或者溢满时，可以通过远程报警提醒更换收集箱，同时锁定各楼层投物门。各类报警信息也可本地进行语音提示。提供与被服收集AGV小车交互功能，收集箱满时锁定系统，同时通知AGV小车可以进行收集箱更换。

软件采用C语言编写，开发了底层boot功能，支持远程软件更新，极大方便后期被服系统功能的扩展。

5 运行与测试

本设计主控制器已安装在医院现场，调试效果满足功能需求；已试运行1个月左右。

图10

6 总结

本设计采用单片机作为主控芯片，搭载RS485通讯接口、AD放大采样电路、多路DI/DO输出接口，语音模块接口，与之前采样PLC作为主控模块相比，具有以下优势：

（1）现场布线更加简洁，采用本控制器通过RS485总线与楼层模块通讯，从主控制箱只需要2根RS485通讯线，每个楼层通过RS485总线手拉手串接即可，极大节省了布线工作量；（2）接口更加丰富，后期可根据现场应用需求的增加，扩展应用功能，同时支持远程程序更新，极大方便系统维护；（3）配置远程物联网通讯模块，系统运行状态和报警信息可通过互联网传递，也可将运行数据在云端存储。