醫(yī)用自動洗片機控制器的研制?

【摘　要】　介紹了基于AT89C52單片機及外圍芯片設(shè)計的醫(yī)用X－射線自動洗片機控制器。給出了洗片機控制器的軟硬件設(shè)計方案，并重點介紹了溫度檢測模塊及CPLD在設(shè)計中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：單片機，X-射線自動洗片機，溫度檢測，CPLD

1　引　言

　　洗片機是各醫(yī)院影像科的必需設(shè)備。醫(yī)院影像科每天要沖洗大量的X－射線透射膠片，工作量大，且洗片操作有一定難度，對操作人員專業(yè)技術(shù)要求高，另外，洗片時化學(xué)藥液對人體有傷害。因此，目前醫(yī)院大多采用醫(yī)用自動洗片機。進口的自動洗片機效果好，但價格昂貴。本文介紹了一種自行研制的由微型機控制的醫(yī)用自動洗片機控制器，主要介紹其軟硬件設(shè)計方案，并重點介紹了溫度檢測模塊及CPLD（Complex Programmable Logic Device）在設(shè)計中的應(yīng)用。

2　系統(tǒng)概述及功能要求

洗片過程主要由顯影、定影、沖洗和烘干四部分組成，如圖1所示。

　　膠片先在裝有顯影藥液的顯影槽中放置一定時間，再在裝有定影藥液的定影槽中放置一定時間，接著在沖洗槽中用清水沖洗，最后烘干，洗片過程即完成。四個過程對溫度、時間均有要求，且顯影、定影過程對藥液濃度有要求。
　　洗片機有四種狀態(tài)：冷機、預(yù)熱、洗片和自檢。冷機狀態(tài)即系統(tǒng)上電但不工作；預(yù)熱狀態(tài)即機內(nèi)無膠片但工作區(qū)加熱到一定溫度，當(dāng)有進片時可迅速升溫到洗片溫度；洗片狀態(tài)時進行洗片流程；自檢狀態(tài)時可檢查各執(zhí)行機構(gòu)是否正常。
　　控制器實現(xiàn)的主要功能有：（1）控制整個洗片工藝的流程；（2）檢測并控制顯影、定影、烘干三個工作區(qū)的溫度，顯影、定影的藥液量及液面高度，洗片的速度（即膠片在各工作區(qū)的時間）及泵與閥；（3）判斷進出片及膠片型號；（4）統(tǒng)計各型號膠片的洗片數(shù)量，統(tǒng)計藥液使用量；（5）機內(nèi)時鐘，定時開、關(guān)機；（6）由鍵盤和液晶顯示器組成的人機接口，方便操作，并可實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置。

3　硬件系統(tǒng)的設(shè)計

控制器由主控模塊、鍵盤顯示模塊及執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成，如圖2所示。

　　主控模塊和鍵盤顯示模塊各由一片AT89C52單片機控制，兩部分之間采用串行通訊。設(shè)計采用雙CPU，是考慮到執(zhí)行機構(gòu)在機箱下部，而主控模塊與執(zhí)行機構(gòu)之間的距離應(yīng)盡量小，以提高系統(tǒng)可靠性。液晶顯示與鍵盤模塊完成任務(wù)較多且功能獨立，可單獨采用一片CPU，另外，鍵盤顯示模塊與主控模塊分開，可放在機箱上部，方便操作。

　　鍵盤顯示模塊主要由AT89C52單片機、鍵盤、液晶顯示和串行通訊接口等組成。
3．1　主控模塊
　　主控模塊包括AT89C52單片機、溫度檢測、膠片檢測、溫度控制、泵和閥的控制、電機速度控制、串行通訊接口、擴充RAM、實時時鐘、譯碼電路和開關(guān)電源等模塊，主控模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　由于控制器要求能對藥液使用量、各片型洗片數(shù)量進行統(tǒng)計并保存統(tǒng)計數(shù)據(jù)，需要外擴非易失性存儲器?？紤]到價格因素，沒有采用內(nèi)含實時時鐘的存儲器，而是采用了一片NV SRAM和單獨的實時時鐘。外擴的存儲器采用了集成電路DS1225，其存儲容量為64K。時鐘電路采用了DALLAS公司的集成電路芯片DS12887。DS12887可提供年月日時分秒的計時、定時報警、一個一百年的日歷、可編程中斷及114字節(jié)的非易失性RAM。洗片機控制器的溫度控制中采用了集成調(diào)壓模塊。
3．2　CPLD在設(shè)計中的應(yīng)用
　　CPLD是一種新型的復(fù)雜可編程邏輯器件。這種器件具有可編程性和實現(xiàn)方案容易改動的特點。CPLD器件的使用大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，提高了系統(tǒng)的集成化程度、具可靠性和可擴充性，在電子產(chǎn)品設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　設(shè)計中CPLD采用了XiLinx公司的集成芯片XC9572。XC9572內(nèi)有72個宏單元，可多次編程，支持在線編程。CPLD中實現(xiàn)的功能包括：譯碼；輸出控制量、進／出片檢測及過溫檢測的接口；中斷控制；地址鎖存。
　　CPLD內(nèi)中斷控制的原理圖如圖4所示。INT1接到CPU的外部中斷腳INT1。主控模塊有四個外部中斷源：實時時鐘中斷信號CLK_INT、過溫中斷信號OV_TEM、進片中斷信號POS_IN和出片中斷信號POS　OUT。當(dāng)其中任何一個中斷源有效時，D觸發(fā)器被清零，INT1為低電平，CPU執(zhí)行中斷程序。在中斷程序中，CPU通過讀INT　CE對應(yīng)的I／O地址單元的數(shù)據(jù)辨認(rèn)出相應(yīng)的中斷源，　　執(zhí)行對應(yīng)的處理。其中，INT_是讀中斷源的使能信號,INT_CE為低電平時，讀中斷源，同時D觸發(fā)器被置位，INT1恢復(fù)高電平。

3．3　溫度檢測模塊
　　溫度檢測電路如圖5所示。溫度傳感器采用AD590，工作范圍是－55℃～＋155℃，其線性度良好，且有恒流傳輸特性，便于遠(yuǎn)距離傳送。AD590的輸出電流與絕對溫度成正比，供電電源為＋4V～＋30V時，絕對溫度每上升1K，輸出電流上升1μA，電流變化范圍很小，所以接一個9．8kΩ電阻及511Ω的可調(diào)電阻，增大電流變換范圍，以滿足LM324運算放大器的要求?！　?br />　　AD590的輸出信號經(jīng)第一級放大器LM324將電流信號變換為反相的電壓信號，其中，510Ω的可調(diào)電阻RW1用來調(diào)整電流－電壓變換的斜率。信號經(jīng)第二級放大器放大為穩(wěn)定的電壓信號，可調(diào)電阻RW2起調(diào)零功能。Vref＝＋5V為參考電壓，由電源模塊LM317給出。
　　根據(jù)AD590特性，溫度為絕對溫度xK時，AD590的輸出電流為xμA。令第一級放大器的輸出電壓為v1，第二級放大器的輸出電壓為v0，則：