GMP洁净室环境监测系统

摘要

本发明提供一种GMP洁净室环境监测系统，包括中央处理模块、电源模块、数据采集模块、通讯模块、显示模块和外围控制模块，中央处理模块为单片机，拥有多个I/O接口和数据存储单元，数据采集模块的输出端、通讯模块输出输入端和显示模块的触发端连至单片机的I/O接口上；显示模块包括LED数码管单元和声光报警单元；外围控制模块包括实时监测单元、用于查询或删除、数据查询/控制单元、参数设置单元、数据打印单元以及通讯管理单元，现有技术相比具有以下优点：本发明将GMP洁净室的环境监测系统集成化，形成一个多功能、高集成度的嵌入式系统；中央处理模块与外围控制模块连接，实现对各个监测点的远程控制的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种环境监测系统，具体涉及一种GMP洁净室环 境监测系统。

背景技术

GMP是《药品生产质量管理规范》英文缩写，GMP是药品生产 和质量管理的基本准则，对企业生产过程的合理性、生产设备的 适用性和生产操作的精确性、规范性提出强制性要求。由于医药 产品的特殊性，对生产环境的洁净度有很高的要求，很多产品的 生产或研究都需要在洁净室内完成的，洁净室最主要作用在于控 制产品所接触的大气的洁净度、温湿度和压差等，使产品能在一 个良好之环境空间中生产、制造。为了保证药品的质量，最大限 度地降低药品生产过程中的污染，这就需要对药品生产中的环境 进行实时监测。

现有技术中，对于环境监测系统有采用传感器将采集到的模 拟信号数据传送给数字控制器，数字控制器将模拟信号数据转换 成数字信号数据传输给计算机，通过计算机对数据进一步处理后 通过通讯接口传输到LED屏上显示，这种监测系统集成度低，造 价成本且工序繁琐。

在现有技术中也有利用变送器将采集到数据经变送器处理通 过通讯接口传输到系统中央控制器，中央控制器将数据传输到 LED屏显示实时数据，中央控制器也可以通过通讯接口将数据传 输到外围设备，在外围设备上形成数据库，可对数据进行远程控 制，这种系统将变送器和中央控制器都集成到在LED屏中，较前 一种系统这种利用变送器和中央控制器处理数据的系统集成度较 高并且实现对数据的远程操控。

以上的监测系统均能实现对环境数据的采集和实时显示的功 能，但都不能对不正常数据提示警告，且第一种系统的集成度不 高，生产成本高；第二种系统虽然提高了集成度，但只集成了数 据采集和数据信号转换部分的功能，集成度还有待提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种将数据 采集、通讯、显示和控制功能高度集成在一起，进一步提高系统 集成化的，且能降低成本的GMP洁净室环境监测系统。

本发明的GMP洁净室环境监测系统，包括中央处理模块、电 源模块、数据采集模块、通讯模块、显示模块和外围控制模块， 所述电源模块用于提供系统的工作电源，所述数据采集模块、通 讯模块和显示模块与中央处理模块连接；中央处理模块通过通讯 接口与外围控制模块相连；

其特征在于：所述中央处理模块为单片机，拥有多个I/O接 口和数据存储单元，所述数据采集模块的输出端、通讯模块输出 输入端和显示模块的触发端连至单片机的I/O接口上；所述显示 模块包括LED数码管单元和声光报警单元；所述外围控制模块包 括用于显示实时监测数据的实时监测单元、用于查询或删除、显 示历史数据和设置查询条件的数据查询/控制单元、用于设置采样 参数设置的参数设置单元、用于打印数据的数据打印单元，以及 用于扫描通讯口、设置通讯模块的通讯管理单元。

外围控制模块可以更直接明了的显示实时数据，因为实时数 据在外围设备上形成数据库，所以可以在外围控制模块上查询或 删除历史数据，设置数据采集的时间和采集参数的预设值，以及 打印数据，这样大大简化了监测的操作程度，使系统变得更加智 能化。

所述数据采集模块包括传感器CON1至传感器CON3，电阻 电路CHA、电阻电路CHB和电阻电路CHC；所述电阻电路CHA 由4个相同阻值的电阻RN1至电阻RN4并联电路与电容C10并 联接地构成，电阻电路CHA的另一端连传感器CON1的输出端 后经电阻R3输出至中央处理模块；所述电阻电路CHB由4个相 同阻值的电阻RN5至电阻RN8并联电路与电容C11并联接地构 成，电阻电路CHB的另一端连传感器CON2的输出端后经电阻 R4输出至中央处理模块；所述电阻电路CHC由4个相同阻值的 电阻RN9至电阻RN12并联电路与电容C12并联接地构成，电阻 电路CHC的另一端连传感器CON3的输出端后经电阻R5输出至 中央处理模块。

传感器CON1至传感器CON3分别为检测参数温度、湿度、 风速和压差检测装置，传感器CON1为温湿度传感器，可同时输 出温度和湿度的检测数据，简化电路设计，节省了成本；电阻电 路CHA、电阻电路CHB和电阻电路CHC为下拉电阻电路，使传 感器输出的信号更稳定。

所述电源模块包括桥式整流电路和稳压电路，桥式整流电路 将交流电转换成系统工作所需的直流电压，整流后的电压与第一 集成稳压芯片LM2575的输入端Vin、第一极性电容CE7的正极 和无极性电容C1的一端相连，第一极性电容CE7的负极和无极 性电容C1的另一端接地；第一集成稳压芯片LM2575的控制输 入端ON/OFF与第一集成稳压芯片LM2575的公共端GND相连 并接地；第一集成稳压芯片LM2575的输出端OUT分别连电感 L1和二极管D1的负极，二极管D1的正极接地，电感L1的另一 端分别与接地电容C5，和由电阻R12与电容C3并联后的电路一 端相接，电阻R12与电容C3并联后的电路另一端分别接第一集 成稳压芯片LM2575的反馈端ADJ和接地电阻R11第二集成稳压 芯片LM2575的电压输入端Vin分别接由第一稳压芯片LM2575 的输出端OUT经电感L1后的输出电压和第二极性电容CE8的正 极；第二极性电容CE8的负极接地；第二集成稳压芯片LM2575 的控制输入端ON/OFF与第二集成稳压芯片LM2575的公共端 GND相连并接地；第二集成稳压芯片LM2575的输出端OUT分 别连电感L2和二极管D2的负极，二极管D2的正极接地，电感 L2的另一端分别与接地电容C6，和由电阻R14与电容C4并联 后的电路一端相接，电阻R14与电容C4并联后的电路另一端分 别接第二集成稳压芯片LM2575的反馈端ADJ和接地电阻R13； 整流后的电压分两路输出，一路为第一稳压芯片LM2575的输出 端OUT经电感L1后的输出电压，另一路为第二稳压芯片LM2575 的输出端OUT经电感L2后的输出电压。

电源模块中利用桥式整流电路将交流电压成直流电压，本实 施例中将24V交流电转换成24V直流电，并通过第一集成稳压芯 片LM2575稳压输出，通过第二集成稳压芯片LM2575实现24V 与5V电压的转换，为了避免整流后的电路的电流过大，使用了 熔断器来保护电路，两个集成稳压芯片给系统提供了更稳定的电 压。

所述通讯模块包括芯片75176B，芯片75176B的8脚VCC 接电源电压，芯片75176B的6脚经电阻R7连至接口485的3脚， 芯片75176B的7脚经电阻R6至接口485的1脚，接口485的1 脚和接口485的3脚之间接有电阻R8，芯片75176B的5脚VSS 连至接口485的2脚并接地，芯片75176B的2脚RE和芯片75176B 的3脚DE相连后与中央处理模块的相应接口相连，芯片75176B 的1脚RXD和芯片75176B的4脚TXD分别连中央处理模块的 相对应的接口连接，芯片的1脚RXD为数据的接收端，芯片 75176B的4脚TXD为数据的发送端。

所述声光报警单元包括三极管Q1、三极管Q2、蜂鸣器和两 个发光二极管，三极管Q1的发射极接电源电压，三极管Q1的基 极连电阻R18后与中央处理模块中的VOICE接口相连，三极管 Q1的集电极经电阻R19连至蜂鸣器后接地；三极管Q2的基极连 电阻R17后与中央处理模块中的LEDF接口相连，电阻R15和第 一发光二极管串联的电路与电阻R16和第二发光二极管串联的电 路并联后正极端接三极管Q2的集电极，负极端接地。

中央处理模块中管脚VOICE和管脚LEDF为低电平，三极管 Q1和三极管Q2导通，蜂鸣器发出鸣响，第一发光二极管和第二 发光二极管闪烁，通过声光报警单元，可明确反应出监测点的环 境问题，方便立即采取有效措施，提高工作效率。

所述LED数码管单元包括数码管和数码管驱动芯片 TM1620，数码管为三位数码管，每一位数码管都由8个发光二极 管以阴极作为公共引脚连接；数码管驱动芯片TM1620上的引脚 SEG1至引脚SEG8与8个发光二极管的阳极一一对应连接，三位 数码管上的引脚dig1、引脚dig2和引脚dig3一一对应连接到数 码管驱动芯片TM1620上的引脚grid1至引脚grid6上。

每一个数码管驱动芯片驱动两只三位数码管，当中央处理模 块上控制数码管驱动芯片的端口触发启动，数码管驱动芯片启动 控制数码管的显示，通过LED数码管单元，工作人员可在监测点 观察实时数据。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明将GMP洁净 室的环境监测系统集成化，将各个模块功能集成在一个单片机的 多个I/O接口上，利用单片机多个存储单元，存储各个功能模块 的数据并可进行读取，形成一个多功能、高集成度的嵌入式系统； 2、中央处理模块与外围控制模块连接，采集到的数据在外围设备 中形成数据库，操控外围控制模块中各个功能单元，可以实现对 各个监测点的远程控制；3、显示模块中的声光报警单元可在监测 点的环境超过预设范围时发出警报，方便工作人员立即采取措施， 提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明中数据采集模块的电路原理图；

图3为本发明中电源模块的电路原理图；

图4为本发明中通讯模块的电路原理图；

图5为本发明中声光报警单元的电路原理图；

图6为本发明中LED数码管单元的电路原理图1；

图7为本发明中LED数码管单元的电路原理图2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，GMP洁净室环境监测系统，包括中央处理模块 10、电源模块30、数据采集模块20、通讯模块40、显示模块50、 外围设备模块60，电源模块30用于提供系统的工作电源，数据 采集模块20、通讯模块40和显示模块50与中央处理模块10连 接；中央处理模块10通过通讯模块40与外围控制模块60相连。

中央处理模块10为单片机，单片机上有多个I/O接口用于输 入输出数据，也有多个存储单元用于存储数据，系统中数据采集 模块20的输出端、通讯模块40输出输入端和显示模块50的触发 端连至单片机的I/O接口上；显示模块50包括LED数码管单元 501和声光报警单元502；外围控制模块60包括用于显示实时监 测数据的实时监测单元601，用于查询或删除、显示历史数据和 设置查询条件的数据查询/控制单元602，用于设置采样参数设置 的参数设置单元603，用于打印数据的数据打印单元604，以及用 于扫描通讯口、设置通讯接口的通讯管理单元605。

外围控制模块60可以更直接明了的显示实时数据，因为实时 数据在外围设备上形成数据库，所以可以在外围控制模块60上查 询或删除历史数据，设置数据采集的时间和采集参数的预设值， 以及打印数据，这样大大简化了监测的操作程度，使系统变得更 加智能化。

如图2所示，数据采集模块20包括传感器CON1至传感器 CON3，电阻电路CHA、电阻电路CHB和电阻电路CHC；所述 电阻电路CHA由4个相同阻值的电阻RN1至电阻RN4并联电路 与电容C10并联接地构成，电阻电路CHA的另一端连传感器 CON1的输出端后经电阻R3输出至中央处理模块10；所述电阻 电路CHB由4个相同阻值的电阻RN5至电阻RN8并联电路与电 容C11并联接地构成，电阻电路CHB的另一端连传感器CON2 的输出端后经电阻R4输出至中央处理模块10；所述电阻电路 CHC由4个相同阻值的电阻RN9至电阻RN12并联电路与电容 C12并联接地构成，电阻电路CHC的另一端连传感器CON3的输 出端后经电阻R5输出至中央处理模块10。

传感器CON1至传感器CON3分别为检测参数温度、湿度、 风速和压差检测装置，传感器CON1为温湿度传感器，可同时输 出温度和湿度的检测数据，简化电路设计，节省了成本；电阻电 路CHA、电阻电路CHB和电阻电路CHC为下拉电阻电路，使传 感器输出的信号更稳定。

如图3所示，电源模块30包括桥式整流电路和稳压电路，桥 式整流电路将交流电转换成系统工作所需的直流电压，整流后的 电压与第一集成稳压芯片LM2575的输入端Vin、第一极性电容 CE7的正极和无极性电容C1的一端相连，第一极性电容CE7的 负极和无极性电容C1的另一端接地；第一集成稳压芯片LM2575 的控制输入端ON/OFF与第一集成稳压芯片LM2575的公共端 GND相连并接地；第一集成稳压芯片LM2575的输出端OUT分 别连电感L1和二极管D1的负极，二极管D1的正极接地，电感 L1的另一端分别与接地电容C5，和由电阻R12与电容C3并联 后的电路一端相接，电阻R12与电容C3并联后的电路另一端分 别接第一集成稳压芯片LM2575的反馈端ADJ和接地电阻R11第 二集成稳压芯片LM2575的电压输入端Vin分别接由第一稳压芯 片LM2575的输出端OUT经电感L1后的输出电压和第二极性电 容CE8的正极；第二极性电容CE8的负极接地；第二集成稳压芯 片LM2575的控制输入端ON/OFF与第二集成稳压芯片LM2575 的公共端GND相连并接地；第二集成稳压芯片LM2575的输出 端OUT分别连电感L2和二极管D2的负极，二极管D2的正极接 地，电感L2的另一端分别与接地电容C6，和由电阻R14与电容 C4并联后的电路一端相接，电阻R14与电容C4并联后的电路另 一端分别接第二集成稳压芯片LM2575的反馈端ADJ和接地电阻 R13；整流后的电压分两路输出，一路为第一稳压芯片LM2575 的输出端OUT经电感L1后的输出电压，另一路为第二稳压芯片 LM2575的输出端OUT经电感L2后的输出电压。

电源模块30中利用桥式整流电路将交流电压成直流电压，本 实施例中将24V交流电转换成24V直流电，并通过第一集成稳压 芯片LM2575稳压输出，通过第二集成稳压芯片LM2575实现24V 与5V电压的转换，为了避免整流后的电路的电流过大，使用了 熔断器来保护电路，两个集成稳压芯片给系统提供了更稳定的电 压。

如图4所示，通讯模块40包括芯片75176B，芯片75176B 的8脚VCC接电源电压，芯片75176B的6脚经电阻R7连至接 口485的3脚，芯片75176B的7脚经电阻R6至接口485的1脚， 接口485的1脚和接口485的3脚之间接有电阻R8，芯片75176B 的5脚VSS连至接口485的2脚并接地，芯片75176B的2脚RE 和芯片75176B的3脚DE相连后与中央处理模块10的相应接口 相连，芯片75176B的1脚RXD和芯片75176B的4脚TXD分别 连中央处理模块10的相对应的接口连接，芯片的1脚RXD为数 据的接收端，芯片75176B的4脚TXD为数据的发送端。

本实施例中，芯片75176B的4脚TXD触发，数据从中央处 理模块10的存储单元内读取数据并通过接口485向外传输，若芯 片75176B的1脚RXD触发，数据通过接口485传至中央处理模 块10的存储单元上。

如图5所示，显示模块50包括声光报警单元502和LED数 码管单元501，声光报警单元502包括三极管Q1、三极管Q2、 蜂鸣器和两个发光二极管，三极管Q1的发射极接电源电压，三 极管Q1的基极连电阻R18后与中央处理模块10中的VOICE接 口相连，三极管Q1的集电极经电阻R19连至蜂鸣器后接地；三 极管Q2的基极连电阻R17后与中央处理模块10中的LEDF接口 相连，电阻R15和第一发光二极管串联的电路与电阻R16和第二 发光二极管串联的电路并联后正极端接三极管Q2的集电极，负 极端接地。

中央处理模块10中管脚VOICE和管脚LEDF为低电平，三 极管Q1和三极管Q2导通，蜂鸣器发出鸣响，第一发光二极管和 第二发光二极管闪烁，通过声光报警单元，可明确反应出监测点 的环境问题，方便立即采取有效措施，提高工作效率。

如图6、图7所示，LED数码管单元501包括数码管和数码 管驱动芯片TM1620，数码管为三位数码管，每一位数码管都由8 个发光二极管以阴极作为公共引脚连接；数码管驱动芯片 TM1620上的引脚SEG1至引脚SEG8与8个发光二极管的阳极一 一对应连接，三位数码管上的引脚dig1、引脚dig2和引脚dig3 一一对应连接到数码管驱动芯片TM1620上的引脚grid1至引脚 grid6上。

本实施例中，每一个数码管驱动芯片驱动两只三位数码管， 当中央处理模块上控制数码管驱动芯片的端口触发启动，数码管 驱动芯片启动控制数码管的显示，通过LED数码管单元，工作人 员可在监测点观察实时数据。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说 明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例 做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离 本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。