一種醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)用劃板機是將病人的尿液、痰液等物理樣本取樣并選擇對應(yīng)的培養(yǎng)基，并在培 養(yǎng)基里面按照不同方式劃線培養(yǎng)，然后將結(jié)果進(jìn)行分析化驗來確定哪種抗生素對于病人最 有效的一種儀器。國內(nèi)對于此種樣本的分析大多還是采用人工取樣劃線并培養(yǎng)的方式。人 工操作存在著步驟繁瑣且精度不夠的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)，本發(fā) 明具有自動化程度高，數(shù)據(jù)接口豐富，控制精度高等優(yōu)點，從而避免了人工操作帶來的誤差 以及操作人員感染細(xì)菌的幾率。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0005] 一種醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)，包括主控制器，所述主控制器與存儲裝置通信，位 置傳感器將檢測的信號通過光電隔離電路處理后再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換及緩沖部分傳送至主控 制器，主控制器根據(jù)位置傳感器將檢測的信號輸出對應(yīng)的控制信號，控制信號依次通過電 平轉(zhuǎn)換及緩沖部分及光電隔離電路傳送至對應(yīng)的減速電機驅(qū)動電路、電磁閥驅(qū)動電路及步 進(jìn)電機驅(qū)動電路。
[0006] 所述存儲裝置包括一片鐵電存儲器和一片F(xiàn)lash存儲器，用來存儲樣本的各種信 息和設(shè)定的參數(shù)。
[0007] 所述串口驅(qū)動電路包括RS485電路及RS232電路，所述RS485電路及RS232電路 采用高速光耦6N137來做隔離。
[0008] 所述主控制器還通過光電隔離電路及串口驅(qū)動電路分別與觸摸屏、掃碼器、RFID 讀卡器及上位機通信。
[0009] 所述掃碼器用于對樣本的條形碼進(jìn)行掃描，在掃描到兩個不同的碼以后自動關(guān)閉 并將參數(shù)通過串口傳輸?shù)街骺刂破鲀?nèi)進(jìn)行處理。
[0010] 所述RFID讀卡器用于對磁卡進(jìn)行扣費和充值，每用完一個培養(yǎng)皿則扣款一次， RFID讀卡器通過串口來與主控制器交換數(shù)據(jù)，并設(shè)置相應(yīng)的管理員權(quán)限實現(xiàn)充值功能。
[0011] 所述電平轉(zhuǎn)換及緩沖部分采用74hc4245芯片，將3. 3v電平轉(zhuǎn)為5v電平。
[0012] 所述觸摸屏和上位機連接采用MODBUSRTU協(xié)議，觸摸屏作為主機，定時向主控制 器發(fā)送命令，主控制器根據(jù)發(fā)送的命令進(jìn)行應(yīng)答，根據(jù)相應(yīng)的地址將數(shù)據(jù)發(fā)送到觸摸屏中 顯不〇
[0013] 所述位置傳感器采用調(diào)制解調(diào)的策略，利用LM567芯片發(fā)出一個KHz 的調(diào)制波形，只有LM567芯片接收端接收到頻率相同的信號時才認(rèn)為檢測到有效的位置， 電阻R10為電位計，通過調(diào)節(jié)R10調(diào)節(jié)限位開關(guān)感應(yīng)的范圍，DS1，DS2為指示燈，在板子的 正反面各排一個。
[0014] 所述硬件功能如下：觸摸屏用來設(shè)定劃線方式、執(zhí)行充值操作、設(shè)定限位開關(guān)修正 值以及顯示各執(zhí)行機構(gòu)當(dāng)前位置和狀態(tài)。掃碼器用來獲取當(dāng)前樣本的信息，連續(xù)掃描到兩 個不同的碼后結(jié)束，一個是醫(yī)院定義的病人信息碼，一個是樣本信息碼。經(jīng)分析后來判斷樣 本的類型以及所需培養(yǎng)皿的種類以及劃線方式。RFID組件是用來對本劃板機使用次數(shù)進(jìn)行 授權(quán)，只有用戶購買了一定次數(shù)的權(quán)限后才允許使用，每處理完一個樣品權(quán)限減一，直到權(quán) 限為零則禁止使用。此功能方便供應(yīng)商對客戶培養(yǎng)皿的進(jìn)貨渠道進(jìn)行管理。上位機每隔一 定的時段向控制器召喚數(shù)據(jù)，將控制器存儲的樣本信息傳到醫(yī)院的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行歸檔。限位 開關(guān)的功能是用來對各個執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行定位，是執(zhí)行機構(gòu)能可靠動作的主要保障?？刂破?通過控制步進(jìn)電機驅(qū)動需要精準(zhǔn)定位、頻繁正反轉(zhuǎn)或者不方便裝設(shè)限位開關(guān)的設(shè)備，例如 用于劃線電機、樣品輸送電機、培養(yǎng)皿取樣電機等設(shè)備。減速電機用來驅(qū)動力矩要求較大或 者不需要準(zhǔn)確定位的設(shè)備，例如開蓋器、掃碼旋轉(zhuǎn)器以及成品輸送器等。電磁閥用來控制樣 本的夾持、升降以及培養(yǎng)皿擋片升降等裝置。
[0015] 主控制器采用ARM系列單片機，實現(xiàn)程序的自動運行以及提供與其它外圍器件聯(lián) 接的各種接口。存儲器包括一片鐵電存儲器和一片F(xiàn)lash存儲器，用來存儲樣本的各種信 息和設(shè)定的參數(shù)，可以存儲約三年的測試數(shù)據(jù)，以便上位機進(jìn)行采集歸檔。串口驅(qū)動是將單 片機的TTL電平轉(zhuǎn)為抗干擾能力更強，更適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S232及RS485電平，以方便與 外部設(shè)備對接。觸摸屏采用串口與控制器聯(lián)接，實現(xiàn)過程參數(shù)的顯示及設(shè)置，并畫出簡單的 流程圖以便操作人員更加直觀的了解整個設(shè)備。掃碼器實現(xiàn)了對樣本的兩個條形碼進(jìn)行掃 描，在掃描到兩個不同的碼以后自動關(guān)閉并將參數(shù)通過串口傳輸?shù)街骺刂破鲀?nèi)進(jìn)行處理。 RFID讀卡器可以對磁卡進(jìn)行扣費和充值，每用完一個培養(yǎng)皿則扣款一次，以便于商家掌握 培養(yǎng)皿的進(jìn)貨渠道。RFID通過串口來與主控制器交換數(shù)據(jù)，并設(shè)置相應(yīng)的管理員權(quán)限實現(xiàn) 充值功能。上位機即醫(yī)院用的電腦，通過串口與控制器聯(lián)接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和歸檔。由于 主控制器有一定的存儲空間，因此上位機不必一直在線，可以間隔數(shù)月讀取數(shù)據(jù)一次。電平 轉(zhuǎn)換及緩沖部分用來將單片機I/O口的3. 3V電平轉(zhuǎn)為5V電平，并增大了電流驅(qū)動能力，以 保證在外部器件引入故障的時候不燒毀單片機，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。光電隔離部分是 將內(nèi)外2個5V的電源通過光藕分割開，使兩個電源互相獨立，使外部電感設(shè)備運行帶來的 電壓沖擊和外部故障引來的高電壓不會影響到內(nèi)部控制器的正常運行。減速電機及電磁閥 的驅(qū)動部分是將控制器控制信號進(jìn)行放大，從而有足夠的驅(qū)動能力來控制相關(guān)減速電機的 啟停以及電磁閥的開關(guān)。步進(jìn)電機啟動部分是將控制器發(fā)出的步進(jìn)電機脈沖信號和方向及 使能信號放大，用于控制步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)，有無伴流以及準(zhǔn)確的步數(shù)定位。位置傳感器是 用來確定各個步進(jìn)電機的初始位置以及執(zhí)行位置。由于步進(jìn)電機可能存在丟步的現(xiàn)象，因 此在方便安裝之處都用位置傳感器來定位，盡量不用步進(jìn)電機定步數(shù)來確定位置，這樣可 以最大限度的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0016] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0017] 本醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的人工操作，真正實現(xiàn)無菌操作，大大減 少了醫(yī)務(wù)人員感染病毒的幾率，并在劃線等重要環(huán)節(jié)上避免了由于各人操作習(xí)慣和規(guī)范的 不同而帶來的不利影響。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0019] 圖2(a) -圖2(c)是本發(fā)明的串口驅(qū)動部分硬件原理圖；
[0020] 圖3為帶調(diào)制的限位開關(guān)硬件原理圖；
[0021] 圖4為對射式限位開關(guān)硬件原理圖；
[0022] 圖中：1、主控制器；2、存儲裝置；3、串口驅(qū)動電路；4、觸摸屏；5、掃碼器；6、RFID 讀卡器；7、上位機；8、電平轉(zhuǎn)換及緩沖部分；9、光電隔離部分；10、減速電機驅(qū)動；11、電磁 閥驅(qū)動；12、步進(jìn)電機驅(qū)動；13、位置傳感器。
【具體實施方式】：
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0024] 本發(fā)明以ARM系列高性能單片機為核心將所有外圍器件聯(lián)接起來，使系統(tǒng)的處理 速度快，精度提高，并擁有豐富的串口資源方便與外部設(shè)備通訊。同時采用工業(yè)級的驅(qū)動及 隔離技術(shù)，是抗干擾能力的到了大幅提高。采用大容量存儲設(shè)備，延長了數(shù)據(jù)保持的時間， 在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)長期繁忙的極端情況下仍然保證數(shù)據(jù)不丟失。
[0025] 本發(fā)明主要介紹了通過單片機以及外圍配套器件來實現(xiàn)劃板機的控制，并對系統(tǒng) 的硬件部分進(jìn)行詳細(xì)說明。一種醫(yī)用劃板機自動控制系統(tǒng)，包括主控制器1、存儲裝置2、串 口驅(qū)動電路3、觸摸屏4、掃碼器5、RFID讀卡器6、上位機7、電平轉(zhuǎn)換及緩沖部分8、光電隔 離部分9、減速電機驅(qū)動10及電磁閥驅(qū)動11部分、步進(jìn)電機驅(qū)動12和位置傳感器13。
[0026] 圖1所示主控制器1采用STM32F407內(nèi)核為ARM32位的Cortex(TM) -M4CPU，最高 168MHz工作頻率，3個12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1ys轉(zhuǎn)換時間（多達(dá)24個輸入通道），2通 道12位D/A轉(zhuǎn)換器、12通道DMA控制器，多達(dá)140個I/O端口具有中斷功能，136個快速1/ 0高達(dá)84MHz