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大型医用设备多涵盖现代计算机技术、激光技术、放射技术、核技术、磁技术、自动化技术、信息技术和影像处理技术等，其系统庞大，设计复杂，往往需要独立的设备控制柜机房（以下简称设备间）。设备安装验收使用后，除了常规的巡检维护，设备间一般无人监管，而由于设备间环境温湿度异常、地面积水、散热不良以及24小时运行部件停机等未及时发现并处理而造成的大型设备（特别是磁共振成像系统）系统故障停机，不仅增加维修费用，而且给医疗安全带来隐患。“十三五”规划纲要提出，要深化医药卫生体制改革，要求降低运营成本，提高医疗服务质量，保障医疗安全，这些都对大型医疗设备的运营保障提出了新的要求。

如果研究开发一款大型医用设备监测预警系统，来监测大型医用设备系统的机房温湿度、漏水、散热及各部分运行情况，一旦监测运行异常，第一时间通过GSM无线网络发出相关报警信息给设备主管维护责任人，以便及时做好预防性维护处理，从而最大限度减少故障安全隐患，降低设备故障率，提高使用效率，延长设备使用寿命[1-7]。

1 系统结构和组成原理

大型设备监测预警系统设计框图，如图1所示。整个系统由STM32单片机模块、GSM模块、传统扬声器模块、温度控制器模块、湿度控制器模块、漏水探查模块、电流感应模块、风感器开关及12 V电源模块组成。首先，当温度控制模块、湿度控制模块、漏水探测模块、电流感应模块及风感开关检测探查到机房温度、湿度、漏水、机柜散热风扇异常或者24小时运行部件停机，通过模块放大处理，输出启动报警继电器，将相应的开关量信号传输给STM32单片机。单片机判断各检测模块送来的开关量数据，通过串口发送一个高电平给GSM模块，使GSM模块发送短信到设定的手机号码，及时通知相关设备管理维护责任人，从而实现系统的预警功能。同时，如果设备维护责任人想临时关闭某项预警功能时，可以通过手机发送特定短信至GSM模块的方式进行关闭[8-10]。

2 系统硬件设计

2.1 STM单片机

STM32F03是ARM Cortex-M3内核的嵌入式单片机。预警系统既使用4线JTAG接口（TMS测试模式选择、TCK时钟、TDI数据输入、TDO数据输出），又采用通常20针接口，可通过仿真器连接PC机，实现在线仿真。

2.2 GSM模块

GSM通信采用SIM900A（由SIMCom公司生产）ARM926EJ-S架构的GSM/GPRS模块，支持AT指令。STM32单片机与GSM模块通信采用UART接口，速度可变，一般采用19200 bps。

2.3 温湿度控制器模块

本温湿度控制模块采用STC12C5608AD单片机，如图2所示。经过A/D转换，可直接进行温湿度采集显示、报警，包括传感器数据采集、温湿度显示、上下限报警调整及单片主机电路。利用温湿度电阻电容传感器直接测量被测温湿度，该模拟温湿度值经过单片机处理后转换为数字值，然后送到单片机中与设置的温湿度报警阈值比较，超过报警阈值启动继电器，常开接点闭合，其开关信号送入GSM报警系统，比如“3T磁共振机房湿度异常，请及时处理”。

2.4 积水探查模块

积水探查模块电路图，如图3所示。其工作原理非常简单，当漏水传感器S接触到水时，其相当于一个10 Ω电阻，三极管T1导通，+12 V通过偏置电阻R2加到T2基极，T2导通，继电器J得电吸合，其常开接点闭合，开关信号送GSM短信报警器，发出机房漏水报警短信，比如“3T磁共振机房跑水，紧急处理”。

2.5 电流感应模块

电流感应模块可检测交流电流，如图4所示。通过互感线圈LH感应电流，经变压器B耦合，驱动继电器J动作吸合，用于检测24小时运行部件运行状态。一旦24小时运行部件停机，互感线圈LH无法感应电流，继电器J断开，其常闭触点开关信号送GSM报警系统，发出相关故障停机报警短信，比如“冷头故障停机，及时处理”。

3 系统软件设计

图5是本系统程序流程图，首先初始化，然后检测设防是否成立。STM32单片机使用串口发送AT指令控制GSM模块传送数据。此模块的“设防”“撤防”可以通过以下方式：发送命令“AT+CFUN=0”设置成最小功能模式，则关闭RF功能和SIM卡的功能，此时，串口可继续使用，但是和RF功能及SIM卡功能相关的AT命令禁止使用，此时为撤防状态。发送命令“AT+CFUN=0”设置为最小功能，模块可以通过“AT+CFUN=1”命令返回全功能模式。此时为设防状态。一旦“设防”之后，系统正常工作。此时若热释电模块检测到有人进入，立即通过串口发送一个高电平到GSM模块，命令模块发送报警短信，同时扬声器报警[11-14]。

4 应用结果

该监测预警系统经测试稳定后，安装应用于我院飞利浦1.5 T磁共振和GE 3.0 T磁共振的运行监测预警，监测参数指标有设备间温度、地面积水、水冷机水温、梯度冷却水温、冷头运行等六个指标，应用时间约1年（2017年6月至2018年6月），具体结果，见图6～8。

图中结果显示，该预警系统对2台磁共振及1台DSA运行实行监测预警1年，预警准确，运行稳定，报警符合率100%，无误报，无错报，达到了预期设计目标[15-16]。

5 讨论

我们设计制作的这款大型设备监测报警系统主要用于大型医用设备运行的监测，比如应用于磁共振成像设备，主要监测设备间温度、湿度、地面漏水、水冷机冷却水温、梯度放大器冷却水温、散热风扇、冷头运行（冷头为24小时运行），包括三个温度控制器模块、一个湿度控制器模块、一个漏水探查模块、一个电流感应模块、风感器开关等；如应用于DSA设备，主要监测设备间温湿度、操作间温湿度等，包括两个温湿度模块即可；如应用于CT、LA等其他设备的监测，可根据相关设备具体情况和需要监测的参数，选择不同的监测模块或模块组合。

6 结论和展望

该系统的应用主要是及时发现大型设备运行的异常情况，比如温湿度异常、机房漏水、风扇散热不良及24小时运行部件停机等，能第一时间发出相关预警短信，从而及时处理，对于降低大型设备故障率，提高其使用效率和经济效益具有重要意义。

该系统目前的设计与应用仅限于短信报警通知，如需实时显示或实时查看监测参数及24小时结果曲线，可升级手机APP，也可通过网络连接到云平台，保存数据、导出数据及查看数据等。

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大型医用设备预警系统的设计与应用

引言