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医用自动洗片机控制器的研制是嘛

发布时间:2021-07-13 21:50:06 阅读: 来源:矿用通信电缆MHYV厂家
医用自动洗片机控制器的研制是嘛

医用自动洗片机控制器的研制

摘要:介绍了基于AT89C52单片机及外围芯片设计的医用X-射线自动洗片机控制器。给出了洗片机控制器的软硬件设计方案,并重点介绍了温度检测模块及CPLD在设计中的应用。

关键词:单片机,X-射线自动洗片机,温度检测,CPLD

1 引言

洗片机2.采取手轮旋转加载、方便、快速是各医院影像科的必需设备。医院影像科每天要冲洗大量的X-射线透射胶片,工作量大,且洗片操作有一定难度,对操作人员专业技术要求高,另外,洗片时化学药液对人体有伤害。因此,目前医院大多采用医用自动洗片机。进口的自动洗片机效果好,但价格昂贵。本文介绍了一种自行研制的由微型机控制的医用自动洗片机控制器,主要介绍其软硬件设计方案,并重点介绍了温度检测模块及CPLD(Complex Programmable Logic Device)在设计中的应用。

2 系统概述及功能要求

洗片过程主要由显影、定影、冲洗和烘干四部分组成,如图1所示。

胶片先在装有显影药液的显影槽中放置一定时间,再在装有定影药液的定影槽中放置一定时间,接着在冲洗槽中用清水冲洗,最后烘干,洗片过程即完成。四个过程对温度、时间均有要求,且显影、定影过程对药液浓度有要求。

洗片机有四种状态:冷机、预热、洗片和自检。冷机状态即系统上电但不工作;预热状态即机内无胶片但工作区加热到一定温度,当有进片时可迅速升温到洗片温度;洗片状态时进行洗片流程;自检状态时可检查各执行机构是否正常。

控制器实现的主要功能有:(1)控制整个洗片工艺的流程;(2)检测并控制显影、定影、烘干三个工作区的温度,显影、定影的药液量及液面高度,洗片的速度(即胶片在各工作区的时间)及泵与阀;(3)判断进出片及胶片型号;(4)统计各型号胶片的洗片数量,统计药液使用量;(5)机内时钟,定时开、关机;(6)由键盘和液晶显示器组成的人机接口,方便操作,并可实现参数的设置。

3硬件系统的设计

控制器由主控模块、键盘显示模块及执行机构三大部分组成,如图2所示。

主控模块和键盘显示模块各由一片AT89C52单片机控制,两部分之间采用串行通讯。设计采用双CPU,是考虑到执行机构在机箱下部,而主控模块与执行机构之间的距离应尽量小,以提高系统可靠性。液晶显示与键盘模块完成任务较多且功能独立,可单独采用一片CPU,另外,键盘显示模块与主控模块分开,可放在机箱上部,方便操作。

键盘显示模块主要由AT89C52单片机、键盘、液晶显示和串行通讯接口等组成。

3.1主控模块

主控模块包括AT89C52单片机、温度检测、胶片检测、温度控制、泵和阀的控制、电机速度控制、串行通讯接口、扩充RAM、实时时钟、译码电路和开关电源等模块,主控模块结构如图3所示。

由于控制器要求能对药液使用量、各片型洗片数量进行统计并保存统计数据,需要外扩非易失性存储器。考虑到价格因素,没有采用内含实时时钟的存储器,而是采用了一片NV SRAM和单独的实时时钟。外扩的存储器采用了集成电路DS1225,其存储容量为64K。时钟电路采用了DALLAS公司的集成电路芯片DS12887。DS12887可提供年月日时分秒的计时、定时报警、一个一百年的日历、可编程中断及114字节的非易失性RAM。洗片机控制吸收了国内外同类型实验机的优点器的温度控制中采用了集成调压模块。

3.2CPLD在设计中的应用

CPLD是一种新型的复杂可编程逻辑器件。这种器件具有可编程性和实现方案容易改动的特点。CPLD器件的使用大大缩短了产品的设计周期,提高了系统的集成化程度、具可靠性和可扩充性,在电子产品设计中得到了广泛的应用。

设计中CPLD采用了XiLinx公司的集成芯片XC9572。XC9572内有72个宏单元,可多次编程,支持编程。CPLD中实现的功能包括:译码;输出控制量、进/出片检测及过温检测的接口;中断控制;地址锁存。

CPLD内中断控制的原理图如图4所示。INT1接到CPU的外部中断脚INT1。主控模块有四个外部中断源:实时时钟中断信号CLK_INT、过温中断信号OV_TEM、进片中断信号POS_IN和出片中断信号POSOUT。当其中任何一个中断源有效时,D触发器被清零,INT1为低电平,CPU执行中断程序。在中断程序中,CPU通过读INTCE对应的I/O地址单元的数据辨认出相应的中断源,执行对应的处理。其中,INT_是读中断源的使能信号,INT_CE可做抗拉力测试、抗压力测试、抗弯测试为低电平时,读中断源,同时D触发器被置位,INT1恢复高电平。

3.3温度检测模块

温度检测电路如图5所示。温度传感器采用AD590,工作范围是-55℃~+155℃,其线性度良好,且有恒流传输特性,便于远距离传送。AD590的输出电流与绝对温度成正比,供电电源为+4V~+30V时,绝对温度每上升1K,输出电流上升1μA,电流变化范围很小,所以接一个9.8kΩ电阻及511Ω的可调电阻,增大电流变换范围,以满足LM324运算放大器的要求。

AD590的输出信号经第一级放大器LM324将电流信号变换为反相的电压信号,其中,510Ω的可调电阻RW1用来调整电流-电压变换的斜率。信号经第二级放大器放大为稳定的电压信号,可调电阻RW2起调零功能。Vref=+5V为参考电压,由电源模块LM317给出。

根据AD590特性,温度为绝对温度xK时,AD590的输出电流为xμA。令第一级放大器的输出电压为v1,第二级放大器的输出电压为v0,则:

根据环境温度、洗片机各温区工作温度要求以及ADC0809输入电压范围要求,调整RW1和RW2。调整时我们按照变换率为35mV/℃,通过调整RW1调整v0的斜率,再调整RW2以满足调零要求。

ADC0809是单片、CMOS、逐次比较、8位模/数变换器。片内包含8位模/数变换器、8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。ADC转换位的选择应充分保证其分辨率高于系统的精度要求,且有一定的裕量,从而满足其它环节特别是传感器元件的非线性要求。

ADC0809的转换精度为±0.4%,转换时间为128μs。ADC0809将第二级放大器输出的模拟量变换为数字量,接到系统的数据总线,供CPU读入。

4软件系统的设计

软件系统分为两大部分,洗片主控模块与键盘显示模块,两部分之间根据自定义的通讯协议通讯。软件设计时采用模块化设计,主控部分如图6所示,由初始化、串行通讯、时钟管理、数据存储、输入扫描、进片检测、出片检测、输出控制、中断等模块组成,由主程序调用各子模块,负责洗片流程控制。为了提高系统可靠性,主程序采用循环执行的方式。

输出控制模块包括温度控制、速度控制、冲洗控制、补液控制及其它开关量控制。温度控制模块根据检测到的三个工作区的实际温度与设定温度之差,查温度控制表,采用差值法得到输出控制量,其中温度控制表事先由实验测得,固化在单片机中。洗片电机速度分为四档,根据设定值查表得输出控制量。

5提高系统可靠性的措施

由于医院对洗片质量及可靠性要求非常高,洗片机本身价格昂贵,且运行时间长,我们在系统设计时考虑了可靠性问题。首先,机器设计有自检功能,普通操作人员可以自行检查各执行机构是否正常。印刷电路板的设计也考虑到抗干扰措施,如电源滤波、地线处理等,以提高电路板的可靠性。另外,系统中有看门狗电路,在程序跑飞时系统复位。在软件方面,使得所测的数据更加完备采用主程序循环执行的方式,每次循环对输出口刷新、对输入口读入,这样,当程序在某次循环中出错时,下次循环时可恢复正常。

6结束语

该医用自动洗片机控制器能满足医院X光片自动洗片的要求,减少了洗片工作量,提高了洗片的质量和效率。设计中考虑到了系统的可靠性要求,在硬件和软件设计中均采取措施提高可靠性。同时系统具有一定的灵活性和可扩充性。

参考文献

1丁元杰主编.单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社,1994 (end)

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