基于LabVIEW的医院制氧设备监测报警系统的设计
李传莉，高磊
青岛市妇女儿童医院 器械科，山东青岛 266034
[摘 要] 目的设计一种医院制氧设备监测报警系统，通过向手机发送短信实现远程巡检和报警功能，对制氧设备及机房进行监测。 方法运用传感器和单片机技术，对制氧机管路中的各种信号进行采集和处理，并连接GSM通讯模块实现短信报警。同时，运用LabVIEW语言编写上位机软件，对采集到的信号进行监测和报警功能。 结果系统实现了对医院制氧设备的状态监测、数据显示、存储和报警。 结论系统的应用能够对医院制氧设备进行远程监测和报警，进而实现机房的无人值守，具有一定的实用性。
[关键词]医院制氧设备检测系统；LabVIEW；制氧设备；空压机；干冷机；远程监测
引言
在当今医疗科技发达的大环境下，医用制氧设备是现代必不可少的配备，所制得的氧气主要用于临床和保健，在医疗过程中起着非常重要的作用。而医用分子筛制氧设备可在常温、低压的工况下运行，凭其安全性、方便性、经济性和可控制性，在大型医院中得到广泛的使用 [1]。制氧设备需要24 h时监测，实时关注制氧浓度和压力，以保证医院全天不间断用氧需求。本文针对我院当前的供氧设备运行状况，利用LabVIEW编程软件，设计了一种计算机远程监控制氧设备的操作系统，实现了无人值守和远程控制。
1 LabVIEW的应用
LabVIEW是美国国家仪器公司推出的虚拟仪器（Virtual Instruments，VI）开发平台，其图形化的编程方式简明、直观、易用，编程过程十分简便，并以流程图或程序框图的形式将各种功能连接起来，特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备参数和功能的场合，以及对信号进行分析、研究、传输等环境 [2]。用户可以根据实际生产需要利用LabVIEW重新构建新的仪器系统，例如，用户可以将带有RS-232接口的仪器或通用接口总线仪器通过计算机连接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作 [3]。本文介绍的制氧设备监测报警系统就是利用LabVIEW设置串口，并通过计算机与带有RS-232接口的仪器连接，完成数据采集、处理、记录和显示，实现了制氧设备24 h无人监测管理。
2 系统总体结构和组成原理
系统包括信号采集处理模块、GSM模块和PC上位机3部分。系统结构原理图，见图1。
图1 系统结构原理图
（1）信号采集处理模块。负责信号的采集和处理，是系统的核心部分。系统中的各传感器分别安装在空压机、冷干机和制氧机的传输管路中，用来采集管路中储气罐中空气压力、冷干机输出管道中压缩气的温湿度以及最终氧气的压力、浓度、流量等信号参数。采集的信号再经变送器传输给单片机。单片机对采集信号进行处理（主要包括滤波、放大、A/D 转换、存储），并将数据通过串口传递给上位机和发送报警信号给GSM模块 [4]。
（2）GSM模块。与信号处理模块相连，以西门子TC35i [5-6]为核心处理GSM高频信号，负责将报警信号发送给用户手机和上位机GSM模块 [7]。
（3）PC上位机。与信号采集处理模块连接，同时连接上位机端GSM模块，用来接收设备端GSM模块发送的信息。上位机软件采用LabVIEW语言设计，主要实现数据的实时显示、记录和存储，以及数据不正常时的报警，同时可以接入Internet，用于网络远程监控。
3 PC下位机程序设计
下位机程序在KEIL C编译环境下编译，使用C语言编写模块化程序。写好的程序经过编译后生成.hex文件，通过串口传送给单片机。模块化程序设计的功能包括信号采集、串口通信、短信发送等 [8]。下位机主程序流程图，见图2。
图2 下位机主程序流程图
4 上位机 LabVIEW程序设计
4.1 前面板设计
前面板的设计是指在前面板界面上显示的内容，包括氧气输送过程中的各参数实时显示状态，以及报警状态中显示发送的短信内容。根据实际需要可添加仪表控件、标签、数值显示控件以及对应的控制按钮。
系统功能划分为：显示部分的内容包括制氧机所制氧气的压力、浓度、瞬时流量和总流量，以及经冷干机的压缩气体的压力、温度和湿度；报警设置和显示部分运用数值输入、布尔控件，时间显示标签，用于设置各显示数据的上下限、报警指示灯和报警时间；在短信显示和控制部分添加字符输入和显示控件，用于显示收到和发送短信内容。为了获得串行端口号，在程序中添加两个串口资源监测控件、一个停止按钮控件，用于执行关闭程序命令。
4.2 程序框图设计
主程序通过读取下位机传输的数据，经过数据处理在前面板上显示出来，即根据实际需要连接各功能程序实现在前面板显示的功能。利用VISA节点对串口参数进行配置，如配置波特率、奇偶校验、停止位等相关参数，即对串口进行初始化，通过配置串口缓冲区读取节点，读取下位机发送到串口缓冲区的数据 [9]。然后根据下位机发送的数据帧的格式对数据进行解码，将读取的字符数据转换为字节数组，再对数组里的数据进行数据帧解析，得到相应采集通道的数据 [10]。数据文件的存储主要通过写入文本文件和读取文本文件两个节点来完成，数据以excel或txt格式存储，便于数据进一步分析和打印。点击读取数据可以显示历史数据，包括采集时间和各个传感器采集的数值。判断数据是否超出给定的范围，超出限值时系统在显示界面发出报警信号，并向用户发送报警信息 [11]。程序流程图，见图3。
4.3 网络远程监控
（1）配置服务器 [12]。配置服务器包括3个部分：服务器目录与日志配置、客户端可见VI配置、客户端访问权限。在LabVIEW程序框图或前面板窗口中选择菜单命令“工具”—＞“选项”，打开选项对话框左侧最下方配置3部分分别配置。配置完成后，便可以用远程面板 访问操作服务器。
图3 LabVIEW程序流程图
（2）浏览器访问 [13-14]。浏览器访问，需要具备两个条件：① 在服务器端发布网页；② 需要在客户端安装LabVIEW，或者安装插件“LabVIEW运行-Time Engine”或者“LabVIEW press”。具备以上两个条件后，还要在客户端和服务器上完成相应操作：在LabVIEW程序框图或前面板窗口中选择菜单命令“工具”—＞“Web发布工作……”命令，添加VI程序名，选用“监视器”查看模式，并设定两次更新时间间隔为10 s，保存设置；在客户端浏览器地址栏输入服务器页面地址，运行程序就可以在网络端查看服务器运行情况。
5 系统实现
程序设计完成后，可使用串口调试助手软件与下位机进行通信，用来测试下位机的串口发送程序是否正确，如能正确接收数据，说明串口程序无误。然后在上位机LabVIEW程序上选择串口号、串口相关参数、采集速率和报警上下限等设置。按下开机按钮，便可以实现对制氧机5路信号的采集和显示。上位机LabVIEW的程序界面，见图4。图中的空气压力表和两个温度表用来显示压缩空气的压力和温度，从而监测空压机和冷干机的状态；图表用来实时显示氧气的流量，可以直观的了解医院的用氧量 [15]。点击报警设置按钮可以更改各通道的报警上下限，点击历史纪录按钮可以打开以往的数据记录。如果采集到的数据达到设置的上下限，报警灯就点亮报警，并显示报警信息，同时短信栏可以接收到设备端GSM模块发送的短信报警信息；如果没有接受到短信报警信息，说明设备端GSM模块可能出现故障，可以通过短信发送栏向有关人员发送短信通知。另外可以通过网页浏览器访问服务器发布的页面。在浏览器地址栏输入服务器页面地址并连接，如http://220.212.256.55:85/ zhiyangTEST.vi，弹出zhiyangTEST.vi打开和保存对话框，运行程序便可从网络端可看到系统运行情况。
图4 上位机LabVIEW的程序界面
6 结束语
本系统利用了LabVIEW软件的灵活性特点，将计算机、单片机和GSM通讯模块有机地结合起来，构建了医院制氧设备监测报警系统，可成功采集制氧设备在制氧过程中的浓度、温湿度数值，实现了医院制氧设备机房的无人检测、参数记录及报警。实际应用中，有较好的实用性和可靠性。
系统已实现远程监测，而远程控制是我们进一步研究的内容，如对制氧检测系统基于安卓手机端的控制 [16]，就可用手机客户端完成对系统的控制操作。
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本文编辑 韩淑英
Design of a Medical Oxygenerator Equipment Monitoring and Alarm System Based on LabVIEW
LI Chuan-li, GAO Lei
Department of Medical Devices, Qingdao Women and Children’s Hospital, Qingdao Shandong 266034, China
Abstract： ObjectiveTo design a type of medical oxygenerator monitoring and alarm system based on LabVIEW, to realize the remote surveillance and alarm functions through short messages service (SMS) so as to monitor the medical oxygen equipment and the motor room. MethodsThe appropriate variety of sensors were placed in the pipeline of oxygenerator to collect all kinds of signals. And the micro-controller unit (MCU) technology was applied to judge such collected signals, then to achieve SMS alarm via GSM communication model, which was connected with MCU. Meanwhile, the LabVIEW was used for programming master computer software to monitor the collected signals and give SMS alarms through global system for mobile (GSM) model as well. ResultsThe designed system could monitor the status of medical oxygen equipment, display and store the corresponding data. When accrued exception, the system could alarm via SMS. ConclusionApplication of the system could remotely monitor the medical oxygen equipment station, give alarms in the event of exception, thus realizing the engine room unattended, which had some certain practicality.
Key words：medical oxygen equipment monitoring system; LabVIEW; oxygenerator; air compressor; refrigerant dryer; remote monitoring
[中图分类号]TP277
[文献标识码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.02.013
[文章编号]1674-1633(2017)02-0050-03
收稿日期：2016-07-15
修回日期：2016-12-10
作者邮箱：li2009chuanli@163.com