2. Smartlabel
2.1. Introduzione
Smartlabel è il nome del sistema automatico di etichettatura che verrà prodotto e commercializzato dalla SEAC a partire dalla fine del 2007.
Tale sistema permette all’operatore di differenziare già in fase di prelievo i tubi del paziente in base agli esami richiesti per il paziente stesso.
Attualmente in un laboratorio analisi è ormai di uso comune l’uso di macchine automatiche o semiautomatiche per eseguire i test: le operazioni svolte seppur delicate e precise sono molto ripetitive, rendendo ideale l’uso di queste macchine.
Le operazioni che precedono il caricamento sugli strumenti delle provette sono invece ancora manuali: ad oggi non esiste ancora una macchina in grado di etichettare in maniera automatica le provette per le analisi e quindi questa operazione viene svolta dall’operatore sanitario addetto al prelievo del sangue dal paziente.
Tale procedura è affetta da errore non trascurabile: secondo una statistica basata su rilevazioni condotte in un laboratorio analisi di Roma è stato riscontrato che il 5% degli errori commessi è dovuto ad una errata associazione provetta-etichetta.
In ogni provetta è presente al suo interno un gel diverso a secondo del tipo di analisi a cui è destinata: per esempio una provetta contenente gel per l’analisi dei trigliceridi non può essere utilizzata per la rilevazione del colesterolo; la distinzione tra le provette è possibile per l’operatore grazie al colore del tappo.
Il sistema SmartLabel può essere configurato associando al tipo di analisi il colore corrispondente del tappo (tale associazione può variare da laboratorio a laboratorio), eliminando così i possibili errori; il sistema provvede inoltre alla etichettatura con codice a barre del tubo stesso permettendo così la identificazione automatica del tubo stesso sugli strumenti automatici
Il codice di identificazione stampato sulla etichetta può essere configurato dal laboratorio: è possibile inserire il nome del paziente, il tipo di analisi ed il colore del tappo; le informazioni possono essere scritte sia in chiaro che con codice a barre.
La dislocazione dello strumento è prevista in due punti strategici del centro di prelievo: - presso l’accettazione
Il funzionamento varierà a seconda dalla posizione in cui viene installato.
Nel caso in cui la Smartlabel sia utilizzata presso l’accettazione essa agisce come stampante collegata al server principale del laboratorio/centro di prelievo/accettazione: l’operatore addetto dopo aver inserito nel computer centrale i dati del paziente con le relative analisi da eseguire invia un comando di stampa allo strumento che, mediante l’associazione precedentemente programmata, produce in uscita le provette del tipo necessario, tutte opportunamente etichettate con il codice di identificazione del paziente stesso. I tubi sono quindi consegnati direttamente al paziente che si dirigerà verso il punto di prelievo con le provette già pronte.
La seconda modalità di funzionamento è di tipo stand-alone: al termine della fase di accettazione al paziente sono consegnati i codici a barre con le informazioni citate precedentemente.
Nel punto di prelievo l’operatore acquisisce tramite il lettore di codice a barre presente sulla Smartlabel le informazioni relative al paziente; SmartLabel, grazie ad un database interno di configurazione, è in grado di produrre in uscita le provette necessarie opportunamente etichettate. La Smartlabel, mostrata in Figura 1, si presenta come un mobile di un metro di altezza per sessanta cm di profondità e sessanta di larghezza montato su ruote piroettanti, nella cui parte superiore è montato un monitor touch-screen della dimensione di 12 pollici, che costituisce l’interfaccia operatore del sistema, ed un lettore di codice a barre.
Nella parte frontale, tramite uno sportello, è possibile accedere a tre cassetti interni, in ognuno dei quali sono presenti tre caricatori ognuno con cinquanta alloggi cilindrici per inserirvi le provette all’interno.
L’operatore, dopo aver aperto lo sportello, è in grado di estrarre i caricatori dal cassetto per inserirvi le provette comodamente, con il vincolo che ogni caricatore contenga provette dello stesso colore. Nella parte superiore, vicino al monitor, è presente un cassetto estraibile nel quale vengono raccolte tutte le provette etichettate e pronte all’uso.
Il monitor touch-screen costituisce la interfaccia di comunicazione tra il sistema e l’operatore; l’operatore può così identificare gli stati della macchina: lavoro, conteggio iniziale delle provette a disposizione, riposo; ci sono inoltre segnalazioni per la manutenzione, quali ricarica provette, stato e cambio carta stampanti.
Nella parte posteriore è presente una presa per il cavo di alimentazione, il pulsante di accensione e le porte di uscita del pc embedded montato nella macchina.
2.2.
Descrizione
2.2.1. Meccanica
Cassetti portatubi.
Nel vano principale della etichettatrice sono presenti tre cassetti estraibili, contenenti ognuno tre dispositivi rimuovibili per l’alloggiamento delle provette. Ogni caricatore è azionato tramite una cinghia che ruota intorno a due pulegge; ogni caricatore può alloggiare in appositi supporti cilindrici montati sulla cinghia sino a cinquanta tubi per una capacità complessiva dello strumento di 450 tubi.
Tramite un sensore puntato su una apertura dell’alloggiamento del tubo il sistema riconosce la presenza del tubo stesso. Per il riconoscimento del caricatore inserito si utilizza una codifica hardware realizzata tramite una serie di intagli che agiscono su microswitch montati sulla parte fissa del cassetto permettendone la rilevazione da parte del software.
Figura 3
I cassetti sono movimentati manualmente dall’operatore per l’inserimento delle provette.
La movimentazione del caricatore è realizzata tramite un motore in continua; il posizionamento del caricatore è controllato tramite sensori posti nel lato posteriore del cassetto stesso.
La pinza di trasporto dei tubi dai caricatori alla stazione di stampa si muove su un piano XZ nella parte posteriore dello strumento. La movimentazione è realizzata tramite una guida lineare posizionata verticalmente (asse Z) ed un braccio orizzontale (asse X) sopra al quale è montato un carrello; il dispositivo di aggancio/sgancio dei tubi si trova sul carrello. Le movimentazioni XZ sono realizzate tramite motori passo-passo, l’azionamento della pinza tramite un motore in continua (la pinza è visibile in Figura 4). Sulla pinza è posizionato un sensore di colore per controllare la corrispondenza del colore del tappo della provetta con il colore caratteristico del tipo di analisi che si vuole eseguire.
Figura 4
La stazione di stampa mostarta in Figura 5 è situata nella parte superiore dello strumento. La stazione è composta da un tornio che stringe il tubo tra due coppette di supporto, un rullo per premere l’etichetta adesiva con il codice a barre sulla superficie del tubo stesso, la stampante spellicolatrice.
etichettata; nello stesso cassetto lo strumento prepara eventuali altre etichette adesive con codice a barre stampate da una seconda stampante con tagliacarta.
2.2.2. Elettronica
Il sistema SmartLabel è controllato da un computer embedded con sistema operativo Windows XP sul quale è residente il software dedicato di gestione.
Il computer è collegato ad un monitor VGA touch-screen da 10'', a due stampanti ed alla scheda elettronica di controllo dedicata: le connessioni con le stampanti e con la scheda sono realizzate su linea seriale RS232.
In Figura 1 è mostrato lo schema a blocchi della macchina.
La scheda elettronica di controllo, oggetto della tesi, è descritta in dettaglio nel cap. 3
2.2.3. Software
Il software di gestione della Smartlabel è scritto in Visual C++ e gira su sistema operativo Windows installato a bordo pc embedded della macchina.
Come spiegato nel capitolo successivo il firmware è di tipo procedure-driven, ossia riceve delle procedure scritte in formato testuale, con un macrolinguaggio apposito, nelle quali sono elencati i comandi che la scheda deve eseguire.
La comunicazione tra software ad alto livello e firmware della scheda avviene con protocollo RS232 dedicato: tale protocollo assicura il sincronismo tra i comandi inviati dal software e l’esecuzione con relativa risposta da parte del DSP. Ad ogni comando componente la procedura di lavoro viene assegnato dal software alto livello un identificativo numerico progressivo che viene utilizzato dal firmware per segnalare la corretta o non corretta esecuzione del comando.
Al termine di ogni procedura un comando convenzionale (wait(#WAIT_ALL_PROCESS, #FINAL_TRACE)) indica al firmware la conclusione della procedura stessa, sincronizzando quindi il software alto livello ed il firmware per l’invio e la esecuzione di una nuova procedura.
Il software utilizza procedure diverse a seconda del contesto e della operazione da eseguire:
spostamento braccio pinza, stampa, movimentazione avanti/indietro pinza, chiusura/apertura tornio di rotazione, etc.
I parametri all’interno delle procedure (ad esempio le coordinate di posizionamento della pinza) sono memorizzate in files dedicati sui singoli strumenti e ne costituiscono la taratura meccanica, definita in fase di collaudo nel processo di produzione dello strumento.
Schermata principale.
La schermata principale, mostrata in Figura 7, presenta una zona in cui sono presenti nove riquadri, dove ognuno di essi rappresenta un caricatore di provette.
Ognuno di questi riquadri riporta tutte le informazioni del caricatore associato: - stato caricatore presente/assente
- numero di provette al suo interno - tipo di provette contenute
In posizione centrale un bottone permette di scegliere la modalità di funzionamento dello strumento. La Smartlabel può essere considerata a tutti gli effetti come una stampante locale, con la possibilità di lavorare in modalità online o offline.
Figura 7
In basso a destra, tramite il bottone di spegnimento dello strumento, si attiva la procedura di spegnimento del computer e successivamente dello strumento tramite la disalimentazione della scheda elettronica di controllo.
I tre bottoni in basso a sinistra permettono di entrare in dei menu di configurazione dello strumento. Nella parte inferiore della finestra un terminale di log registra tutti gli eventi e gli stati della macchina.
Cliccando sul bottone Config si apre una finestra (Figura 8) in cui sono presenti altri quattro bottoni mediante i quali è possibile accedere a dei menu di configurazione della macchina.
Figura 8
- System Date permette di impostare la data e l’ora.
- Labels permette di configurare il modello di etichetta da stampare; scegliendo la codifica del codice a barre, quali informazioni stampare e dove stamparle.
- Tools racchiude una serie di utilities che permettono all’utente di eseguire delle procedure fuori linea rispetto alla normale funzionalità dello strumento.
- Setup infine permette di impostare la configurazione software del sistema: lingua, password, etc
Il bottone SERVICE permette di accedere ad un menù (Figura 9) ad uso dell’assistenza tecnica o del personale di collaudo per la taratura meccanica dello strumento.
Da qui è possibile avere un controllo assoluto della macchina, e viene utilizzata anche in fase di montaggio e collaudo per effettuare le tarature dello strumento.
Figura 9
Con PRN Tube e PRN Cutter si accede a finestre nelle quali è possibile comandare direttamente le due stampanti montate a bordo.
I bottoni del gruppo FILES aprono file di testo in cui sono registrati gli eventi, gli errori, i comandi eseguiti e la configurazione del software.
Il bottone DEVICE del gruppo COMMANDS apre una finestra con funzione di terminale nella quale è possibile inviare dei comandi immediati alla macchina. Tale schermata è visibile in Figura 10.
Figura 10
In questa sezione è possibile inviare allo strumento anche le procedure scritte nel macrolinguaggio descritto nei precedenti paragrafi tramite il bottone SEND.
Nelle finestra centrale vengono riportati i comandi inviati mentre in quella di destra sono visualizzati i messaggi di risposta della scheda.
Il gruppo di bottoni di sinistra sono associati a procedure di uso ricorrente: Restart Board: procedura di restart software della scheda.
Config Board: procedura di configurazione ed inizializzazione della scheda. Download FW: procedura di download del firmware.
Sensor Test: procedura di test dei sensori digitali dei cassetti.
Il bottone DEVICE del gruppo Calibrations nella finestra principale del SERVICE apre la finestra di taratura meccanica dello strumento visibile in Figura 11.
Figura 11
Per ogni caricatore deve essere impostata la posizione della pinza per l’aggancio delle provette, i passi dei motori stepper che controllano i movimenti X e Z del braccio pinza.
Premendo GO si porta la pinza alle coordinate impostate.
Tramite gli altri bottoni si eseguono procedure operative della macchina, come per esempio prendere la provetta e portarla in posizione di stampa, oppure movimentare la pinza avanti e indietro.
2.2.4. Firmware
Il firmware è scritto in C in ambiente Metrowerks.
Il firmware è strutturato in moduli dedicati alla gestione dei processi e delle periferiche; in particolare un modulo è dedicato alla gestione multitasking cooperativa dei processi, un modulo al colloquio seriale con il computer, uno alla interpretazione dei comandi ed alla attivazione dei processi dedicati. Ad ogni tipologia di periferica sono dedicati processi che ne permettono la configurazione ed il controllo: in particolare motori passo-passo, motori in continua, sensori.
La sequenza delle operazioni è procedure-driven: il DSP riceve dal computer una procedura, sequenza ordinata di comandi, scritta in un macro-linguaggio definito all'interno del firmware stesso. Il firmware memorizza i comandi ricevuti in un buffer e ne gestisce l’esecuzione secondo sincronismi indicati da comandi dedicati. Il driver di comunicazione lato computer gestisce l'invio e eventuale ricezione di messaggi di errore da parte del firmware.
Comandi di configurazione:
In questa classe di comandi rientrano tutti quelli che definiscono gli azionamenti e le loro caratteristiche (ad es. per i motori passo-passo le rampe di accelerazione/decelerazione, la corrente di azionamento e quella di riposo, per i motori in continua i sensori di riferimento, per i sensori il livello alto/basso).
Comandi azionamento:
Comandi che prevedono una movimentazione dei dispositivi (motori passo-passo e in continua). Comandi di sincronismo:
Comandi che vincolano la esecuzione del comando stesso ad un evento (ad es. attesa completamento movimentazione di un motore).
Comandi lettura sensori
Comandi che acquisiscono lo stato dei sensori.
Qualora durante la esecuzione di un comando si rilevi un errore (ad es. perdita di passi per motore stepper) il DSP interrompe la esecuzione della procedura ed invia un codice di errore al software che, in base alla tipologia di errore, invia una procedura di recupero.
Tabella 1
dc_set (a, b, c) dichiarazione motore in dc con relativi segnali
PWM di controllo.
stp_new (a, b, c, d)
inizializzazione motore passo passo con definizione canale hardware, sensore di home, di livello, tipo di azionamento
dc_start (a, 50) muovi motore dc 'a' con PWM = 50
dc_stop (a) arresta motore dc sul canale 'a'
dc_move_sensor (a, b, 50) muovi motore dc 'a', fino al sensore 'b', con
PWM = 50
stp_home (a, b) Esecuzione procedura di home del motore 'a'
stp_move (a, b, c) muovi motore stepper 'a', fino alla posizione 'b',
con massima frequenza 'c'
stp_move_sensor (a, b, c) muovi motore stepper 'a', fino al sensore 'b', con
massima frequenza 'c'.
home (a) leggi il sensore di home 'a'
sensor_read (a) leggi il sensore digitale 'a'
sensor_readall (a) leggi la word 'a' dei sensori digitali
