中藥熏洗儀自動控制系統(tǒng)的設計

　　引言

　　熏洗療法是我國醫(yī)學傳統(tǒng)的外治法之一，因其具有良好的溫經(jīng)散寒、疏風通絡、行氣活血、祛風除濕、清熱解毒作用，對風寒濕痹、外傷瘀痛、皮膚疽癢等病療效顯著而為臨床醫(yī)生所常用。由于熏洗療法主要是通過熱量和藥物共同起作用，因而傳統(tǒng)的熏洗方法存在很大的局限性：藥液溫度不易控制，不能保證在足夠的時間內(nèi)以適宜而較恒定的溫度使熱量和藥液有效成份向病變部位充分滲透。

　　針對傳統(tǒng)熏洗法的缺陷，經(jīng)多年的實踐自行研制出一種熏洗儀自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心，能夠根據(jù)用戶設定的溫度、時間自動調節(jié)冷熱水和藥液的混合比例，給出恒定溫度的出水并且可以選擇熏蒸、熏洗、洗浴三種模式。

　　熏洗儀自動控制系統(tǒng)設計要求

　　熏洗儀自動控制系統(tǒng)設計的要求如圖1所示：

　　(1)4個發(fā)光二極管亮時分別代表：冷水正在加熱、熱水箱正在加水、冷水箱正在加水、藥液溫度過低。

　　(2)8個LED分別能夠動態(tài)實時顯示：藥液重量、艙溫、藥液溫度、時間。

　　(3)12個按鍵分別代表：艙溫加、減，藥溫加、減，時間加、減；復位，啟動，暫停，熏蒸、熏洗、洗浴三種模式選擇。

　　系統(tǒng)硬件電路設計

　　熏洗儀自動控制系統(tǒng)是AT89C52單片機為核心，控制面板的內(nèi)容顯示和按鍵操作采用的BC7281A單片機。整個系統(tǒng)硬件電路包括：單片機及其外圍電路、溫度采樣電路、水位采樣電路、加熱控制電路、鍵盤及顯示電路、系統(tǒng)復位電路等。

　　熏洗儀控制板

　　AT89C52地址分配和相關管腳的連接：

　　P1.0~P1.2：完成冷水箱的水位傳感器和溫度傳感器信號的采集和處理。P1.3~P1.5：完成熱水箱的水位傳感器和溫度傳感器信號的采集和處理。P1.6：艙溫信號的采集和處理。P1.7：藥溫信號的采集和處理。INT0：完成藥液重量傳感器的采集和處理。INT1：手動操作中斷。P2.0~P2.7：接8個繼電器。WR、RD：用于通信。P0.4~P0.6：接可控硅進行輸出控制。P0.7：蜂鳴器。

　　·加熱及水溫控制

加熱控制是通過單片機輸出口，控制晶體三極管，從而控制固態(tài)繼電器的通斷即加熱管的通斷來完成加熱。水溫控制是通過設定值與測量值之間的比較進行的。當測量值低于設定值時，控制固態(tài)繼電器的導通來控制加熱管工作；當溫度到達設定值時停止加熱。單片機還根據(jù)測得的溫度值決定繼電器的通、斷來控制混水電機的正反轉使出水溫度是達到用戶要求。

　　·水位控制

　　水位測量采用液位傳感器。當檢測到水位低于設定值時，輸出的電磁閥控制信號經(jīng)光耦隔離后控制雙可控硅，實現(xiàn)電磁閥開/關。

　　熏洗儀控制面板

　　溫度控制面板CPU采用的是AT89C2051單片機，AT89C2051含有2k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5 向量兩級中斷斷結構，一個全雙工串行通信口，內(nèi)置一個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。

　　·系統(tǒng)保護電路

　　AT89C2051各個管腳連接方式如圖3所示。X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM 三種功能于一身的可編程電路。這種組合設計減少了電路對電路板空間的需求。

　　X5045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設置時間時，電路中的看門狗將通過RESET信號向CPU 作出反應。X5045提供了三個時間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統(tǒng)將復位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存儲器與CPU 可通過串行通信方式接口，共有4096個位，可以按512 x 8個字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。

　　·鍵盤及顯示電路

　　BC7281 A是8位/16位LED數(shù)碼管顯示及鍵盤接口專用控制芯片。BC7281A可驅動8位或16位數(shù)碼管顯示或64/128只獨立LED；具有64鍵鍵盤接口，內(nèi)含去抖功能；具有2種鍵盤工作模式，適應不同應用需求；獨具光柱譯碼方式，可獨立控制兩條64段光柱顯示；段尋址功能便于控制獨立LED；16位均可獨立控制閃爍屬性，閃爍速度軟件可調；段驅動極性及移位脈沖時序均可控，可配合各種形式的驅動電路；鍵盤部分具有鍵值鎖存功能；內(nèi)部顯示寄存器和控制寄存器的內(nèi)容均可讀出；2線高速串行接口的特點。

　　BC7281A的DIG0~DIG7管腳接8只LED、8位數(shù)碼管顯示和12個按鍵。通過管腳SCLK和SDAT分別外接一個移位寄存器74HC164控制8個LED、8位數(shù)碼管顯示和12個按鍵動作。

　　軟件設計

　　軟件是控制系統(tǒng)的靈魂，需要與硬件配合，將實時采集的數(shù)據(jù)與相應的設定值進行比較判斷來控制循環(huán)水泵或上水電磁閥，實現(xiàn)各種智能自動控制?？紤]到用戶的不同需要，軟件設計還要兼顧到操作人員方便地選擇熏蒸、熏洗、洗浴三種模式工作方式，設置和修改各種設定值。

　　整個系統(tǒng)的控制程序采用C語言編寫，符合模塊化設計標準，由主程序和各功能子程序組成。子程序包括：初始化子程序、設定值裝載子程序、數(shù)據(jù)存儲子程序、定時中斷服務子程序、加熱子程序、手動檢測子程序、溫差跟蹤循環(huán)子程序、顯示子程序、鍵處理子程序、上水子程序、報警子程序等。

　　控制系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示：主程序首先完成對串行口和中斷源的初始化，設置初始運行參數(shù)，開中斷。

　　(1)控制面板的LED燈及數(shù)碼管顯示的為溫度傳感器檢測溫度，及稱重傳感器的檢測值，表明系統(tǒng)工作正常?？筛鶕?jù)實際要求進行設定。此時冷、熱水箱開始檢測水位是否達到標定值，沒達到開進水閥加水，達到開始對熱水箱加熱達設定值。同時檢測艙溫，是否達設定值，達不到就進行加熱直至設定值。

　　(2)啟動：當軟件檢測到啟動鍵按下時，判定是在什么模塊下。

    (a)熏蒸模塊下，依據(jù)當時藥液的重量、溫度，冷水的溫度，熱水的溫度以及要達到藥液設定的重量、溫度。據(jù)熱量平衡方程，算出冷水箱、熱水箱出水閥的接通時間。依此來向藥箱供冷、熱水。

　　當藥液的重量達到設定值、判定溫度是否達到設定值，達不到啟動藥加熱，達到時啟動氣泵、氣加熱，并且進行到計時。時間到，停止氣泵、氣加熱。

　　(b)洗浴模塊和熏蒸模塊基本一致。不同的是：在洗浴過程中，冷、熱水箱的出水閥是關閉的；在洗浴過程中，除了保證溫度外，還應保證最小重量。時間到，停止水泵。

　　(c)熏洗模塊下：先執(zhí)行a)程序，定時達到后再執(zhí)行b)程序

　　(3) 暫停：在熏蒸、熏洗、洗浴工作過程中，檢測到暫停鍵按下時，停止氣泵或水泵及其相關工作。當按下開始按鍵時，接著暫停前的工作繼續(xù)運行工作。     
                 
　　(4) 復位：檢測到此鍵按下后，系統(tǒng)執(zhí)行的實時工作停止，返回到初始狀態(tài)，與系統(tǒng)上電時的狀態(tài)一樣。

　　結語

　　本系統(tǒng)進行了臨床測試實驗，證明：在功能上，實現(xiàn)了對水位、水溫的監(jiān)測與控制，同時也與用戶建立了良好的交互界面；在自動上，實現(xiàn)了對補水時間、補水方式、輔助加熱裝置選定等一系列功能的自動化控制。

　　幾項主要技術指標：

　　(1)系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

　　(2)溫度控制檢測過程中，溫度分辨率可達0.5℃，控制精度可達±1℃，故能滿足熏洗儀要求。

　　(3)對水位的監(jiān)測和控制非常準確。

　　(4)能夠按照用戶的設定的恒溫進行出水。

　　參考文獻：

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