[一种新型脉动式灭菌器的设计与实现] 灭菌器

时间：2019-05-02 03:27:29　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：文章根据脉动式灭菌器工艺特点和控制要求，将uC/OS-II操作系统移植到Aduc812微处理器上，详细论述了控制系统的硬件和软件结构，创新设计了灭菌参数现场设置功能，实现了灭菌工作过程智能化，扩大了灭菌器的使用地域和灭菌范围。
　　Abstract: According to the characteristics and control requirements of Pulse-type Sterilizer, this paper transplants the uC/OS-II operating system to the Aduc812 microprocessors, discusses the hardware and software structure of the control system in detail, and innovates the parameters setting function of sterilization, realizes the intelligence of sterilization process, and expands the using field and sterilization scope of sterilizer.
　　关键词：脉动式灭菌器；uC/OS-II；Aduc812
　　Key words: Pulse-type Sterilizer；uC/OS-II；Aduc812
　　中图分类号：TP31 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）09-0313-01
　　0引言
　　对医疗器械进行消毒灭菌是病人免受感染和成功康复的根本保障，而灭菌器正是实现这一保障的有力措施。本文在合理选择微控制器的基础上，设计了某一小型医用灭菌器智能控制系统，巧妙利用Aduc812内部资源，合理设计参数的可调节功能，满足了多区域、多种医疗器械不同消毒参数的需求。
　　1灭菌器控制特点和控制要求
　　国内脉动真空灭菌是九十年代中期发展的一种灭菌方法，由于采用脉动真空技术，灭菌效果较好，广泛应用于医院、制药厂等部门。灭菌器的锅体设计成内、外双锅形式，灭菌物品放在内锅进行灭菌，外锅起到缓冲、隔离、预处理作用。整个系统要求装置能够完成灭菌过程的全自动智能控制，适用于织物类、器械类等，用人机界面动态显示灭菌工艺流程、灭菌参数等。
　　2微控制器选择
　　传统的灭菌器在设计时，受到事先设计模式参数的限制，严重影响灭菌效果。如果能够设计一种可以现场设置参数的灭菌器，将是对现在灭菌器行业的一次深刻变革。
　　鉴于上述分析，筛选出AD公司生产的Aduc812作为控制系统的主控制器，它片内带有640B闪速/电擦除数据存储器，系统中增加的现场设置参数就是存储在这里，由控制子程序模块实现，而且存储的内容断电不丢失，正好符合系统设计需要，同时片内集成8kB的闪速/电擦除程序存储器，以及256B的SRAM等等，外加一片数据存储器，就能够满足系统软件设计需要。AD公司提供了QuickStart软件包，可以通过串口从上位机直接把程序代码写入Aduc812的程序存储器中，开发者无须购买专门的开发系统，在调试过程中也不需要取下芯片，方便系统设计和调试，降低开发成本。
　　3控制系统设计
　　3.1 硬件电路设计根据脉动真空灭菌器系统要求，设计出系统控制硬件电路，系统硬件总体框图如图1所示。
　　
　　在本系统中，需要采集两路温度信号和两路压力信号，模拟信号对硬件电路的要求非常高，如果设计的不精确，计算出的数值就会有误差，影响整个控制系统的控制效果。Aduc812具有8通道12位高性能自校准A/D转换器，在A/D、D/A转换时，芯片自己提供的基准电压为2.5V，如果外接基准电压不能超过5V，对于12位的ADC，转换的灵敏度为0.5mV/B，这对印制电路板抗干扰能力的要求比较高，要求电路板中A/D、D/A转换端的抗干扰电压小于0.5mV，否则会降低转换精度。
　　温度传感器采用技术成熟的AD590，集成压力传感器采用MPX5500D，选择这两款传感器的优点是采集的数据可靠性高，能满足整个控制系统数据采集的要求，而且电路设计简单。控制输出电路采用并行输出接口8255A来实现20几路开关控制量的输出控制。系统中实时时钟电路采用美国DALLAS公司生产的DS1302，它是一种高性能、低功耗实时时钟芯片，且具有闰年补偿功能，可以方便灭菌器时定时和计时，满足系统需要。
　　3.2 可视化人机交互界面设计人机界面中输入设备主要是键盘，键盘设计成软键盘形式，由系统程序来实现键码的识别、去抖动和确认；输出设备主要是微型打印机和可视化界面，打印机用于打印相关的工艺参数；可视化界面采用液晶显示屏12864，该款LCD是一种具有8位并行接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字和128个168点ASCII字符集，可构成全中文人机交互界面。液晶屏通常在灭菌时显示所选模式的各项参数，也可显示设置模式时，按键设置参数；动态显示参数比对数据。
　　3.3 系统软件设计可靠稳定的软件设计是系统能够完成各项具体任务的关键，有了硬件的物质基础，还必须设计出合理的软件内容，系统软件设计包括各个模块工作程序的开发及嵌入式操作系统的移植。
　　3.3.1 工作程序的开发为了满足一般用户的多种需要，系统中设计了四种工作模式：织物类、器械类、乳胶类和液体类。为了便于程序的调试和维护，程序在开发时进行了模块化处理，对应的功能均有相应的子程序完成。主程序有初始化、灭菌类别选择或灭菌参数设置、相关显示、参数比较和相应的控制输出等，程序的关键是将采集到的温度和压力数值与设定的参数比对以完成相应的输出控制。
　　3.3.2 操作系统的移植操作系统通过论证比较选择了uC/OS-II。按照灭菌器控制系统功能需要，并考虑其实时性和可靠性，将整个应用软件分为6个任务，每个任务中再包含若干个子程序。每个任务都有明确的目标，实行特定的功能，任务间没有函数调用只有数据传递，任务间采用信号量、消息队列和消息邮箱实现同步与通信。控制系统6个并行任务的优先级为：
　　void TaskStart(void *pdata)//启始任务优先级2
　　void TaskAdSamp(void *pdata) //AD采样任务优先级3
　　void TaskControl(void *pdata)//灭菌控制任务优先级4
　　void TaskKey(void *pdata)//键盘任务优先级5
　　void TaskLcdDisp(void *pdata)//LCD显示任务优先级6
　　void TaskPrint(void *pdata)//参数打印任务优先级7
　　4结束语
　　灭菌器系统设计完成后，增加的参数设置模块，功能齐全，设置相对简洁。控制系统采用实时性强，可靠性高的uC/OS-II，通过多次针对性的实验，整个系统运行平稳，各项输入输出控制可靠。本文的创新点是将uC/OS-II操作系统移植到Aduc812中，利用其片内闪速存储器设计了可以实时进行参数设置的专用程序模块，基本满足了不同地域不同材质医疗灭菌需求。
　　参考文献：
　　[1]邵贝贝.嵌入式实时操作系统uC/OS-II的应用于新发展.北京：北京航空航天大学出版社，2003.1.
　　[2]唐欣驹，张明，赵海泉等.高压蒸汽灭菌器中温度与压力的关系.微生物学通报，2003（30）：14-17.
　　[3]张福学.传感器实用电路150例.北京：中国科学技术出版社，1993.

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