航天医用冷藏设备监测系统的设计
迈肯思科技
发布时间:2019-11-27
 

引言

  航天医用冷藏设备主要用于储存血液、试剂、疫苗等医学样品,是在特殊条件下对医学样品进行存储研究的冷藏设备。为了保证冷藏设备具备高的可靠性、稳定性,在开发过程中需要进行全面的实验测试,这就需要一种相匹配的监测仪器对影响其可靠性、稳定性的参数进行实时监测、分析,进而提高冷藏设备的性能,最终使其满足在极特殊的条件下工作。

  目前,医用冷藏设备在国内外有广泛的研究,而在航空航天领域的研发在国内外属于领先技术,为保证达到严格的制冷保温指标要求,在结构设计、板材选取等方面需特殊处理,才能保证冷藏设备在特殊条件下稳定可靠的运行。相匹配的监测系统主要针对工作电源和温度这两个重要的控制指标进行准确可靠的监测。

系统硬件设计

  航天医用冷藏设备监测系统硬件关键部分是信号检测装置,包括模拟量信号测量电路、电源系统和串口通讯。其中电源系统采用经典电路实现,本文不作详细叙述。监测系统的硬件设计过程中采用冗余技术、单点双线、光耦隔离等抗干扰技术,增加了系统数据采集的准确性和可靠性。监测系统原理框图如图1所示。

模拟量信号测量电路

  以AT89C52单片机为核心,外置看门狗X5045和一片11.0592MHz晶振构成最小单片机系统,AT89C52是整个系统的控制核心,内带8KB的Flash ROM,用户程序存放于此。测温单元采用Pt100铂电阻传感器(测温范围-50~+100℃),配套线性化输出0~5V标准信号的温度变送器,误差为0.06℃,构成单线式温度采集网络。为了提高精度,选用12bit的串行A/D转换器TLC2543,应用单片机I/O口的双向传输数据的功能,将P1.0~P1.3口与TLC2543的4根控制线CS、OUT、IN、SCK相连接,实现对TLC2543进行读取和写入操作。将温度变送器输出接入TLC2543的模拟输入通道即可。由于AT89C52单片机没有SPI接口,需要用软件实现SPI的功能,对TLC2543操作的关键是理清接口时序图和寄存器的使用方式。系统程序利用Xeltek公司的基于USB口的通用编辑器Superpro3000U下载到AT89C52芯片中,实现系统固件编程。温度采集电路如图2所示。

  电源信号的测量包括采集电路和显示模块两部分,装置电路图如图2所示。检测供电电源的电压采用分压电路实现,小电阻4.3KΩ两端接上一个5.6V稳压管以保护单片机系统;检测工作电流应用运算放大器LM358将采样电压放大为标准信号,如图3所示。然后将电压、电流检测电路输出接入TLC2543的AIN0,AIN1接口,完成对电源信号的采集。显示模块由2个四位一体的共阴极数码管和1片LED串行共阴极驱动器MAX7219构成。MAX7219的3根控制线DIN, LOAD, CLK与单片机AT89C52的P1.5~P1.7相连,数码管的段选信号线a-dp分别和MAX7219对应的SegA~SegDP相连,其中一组数码管LED1的4根位选信号线和MAX7219的位驱动线Dig0~Dig3相连接,另一组LED2的位选信号与Dig4~Dig7相连。LED1显示系统供电电压,LED2显示工作电流。固件程序分为信号采集和数据显示两部分,系统工作是在程序控制下,完成对模拟信号的采集和电源信号的显示。  

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