中藥熏洗儀自動控制系統的設計

　　引言

　　熏洗療法是我國醫學傳統的外治法之一，因其具有良好的溫經散寒、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。

　　針對傳統熏洗法的缺陷，經多年的實踐自行研制出一種熏洗儀自動控制系統，該系統以AT89C52單片機為核心，能夠根據用戶設定的溫度、時間自動調節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設計要求

　　熏洗儀自動控制系統設計的要求如圖1所示：

　　(1)4個發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。

　　系統硬件電路設計

　　熏洗儀自動控制系統是AT89C52單片機為核心，控制面板的內容顯示和按鍵操作采用的BC7281A單片機。整個系統硬件電路包括：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光耦隔離后控制雙可控硅，實現電磁閥開/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Flash閃速存儲器，128字節內部RAM，15個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個5 向量兩級中斷斷結構，一個全雙工串行通信口，內置一個精密比較器，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，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中的看門狗對系統提供了保護功能。當系統發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。它所具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值為止。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個字節來放置數據。

　　·鍵盤及顯示電路

　　BC7281 A是8位/16位LED數碼管顯示及鍵盤接口專用控制芯片。BC7281A可驅動8位或16位數碼管顯示或64/128只獨立LED；具有64鍵鍵盤接口，內含去抖功能；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；內部顯示寄存器和控制寄存器的內容均可讀出；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位數碼管顯示和12個按鍵動作。

　　軟件設計

　　軟件是控制系統的靈魂，需要與硬件配合，將實時采集的數據與相應的設定值進行比較判斷來控制循環水泵或上水電磁閥，實現各種智能自動控制?？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、數據存儲子程序、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，開中斷。

　　(1)控制面板的LED燈及數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，表明系統工作正常。可根據實際要求進行設定。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：先執行a)程序，定時達到后再執行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運行工作。     
                 
　　(4) 復位：檢測到此鍵按下后，系統執行的實時工作停止，返回到初始狀態，與系統上電時的狀態一樣。

　　結語

　　本系統進行了臨床測試實驗，證明：在功能上，實現了對水位、水溫的監測與控制，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)系統運行穩定。

　　(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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