醫用自動(dòng)洗片機控制器的研制?

【摘　要】　介紹了基于A(yíng)T89C52單片機及外圍芯片設計的醫用X－射線(xiàn)自動(dòng)洗片機控制器。給出了洗片機控制器的軟硬件設計方案，并重點(diǎn)介紹了溫度檢測模塊及CPLD在設計中的應用。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C，X-射線(xiàn)自動(dòng)洗片機，溫度檢測，CPLD

1　引　言

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

2　系統概述及功能要求

洗片過(guò)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(shí)間，再在裝有定影藥液的定影槽中放置一定時(shí)間，接著(zhù)在沖洗槽中用清水沖洗，最后烘干，洗片過(guò)程即完成。四個(gè)過(guò)程對溫度、時(shí)間均有要求，且顯影、定影過(guò)程對藥液濃度有要求。
　　洗片機有四種狀態(tài)：冷機、預熱、洗片和自檢。冷機狀態(tài)即系統上電但不工作；預熱狀態(tài)即機內無(wú)膠片但工作區加熱到一定溫度，當有進(jìn)片時(shí)可迅速升溫到洗片溫度；洗片狀態(tài)時(shí)進(jìn)行洗片流程；自檢狀態(tài)時(shí)可檢查各執行機構是否正常。
　　控制器實(shí)現的主要功能有：（1）控制整個(gè)洗片工藝的流程；（2）檢測并控制顯影、定影、烘干三個(gè)工作區的溫度，顯影、定影的藥液量及液面高度，洗片的速度（即膠片在各工作區的時(shí)間）及泵與閥；（3）判斷進(jìn)出片及膠片型號；（4）統計各型號膠片的洗片數量，統計藥液使用量；（5）機內時(shí)鐘，定時(shí)開(kāi)、關(guān)機；（6）由鍵盤(pán)和液晶顯示器組成的人機接口，方便操作，并可實(shí)現參數的設置。

3　硬件系統的設計

控制器由主控模塊、鍵盤(pán)顯示模塊及執行機構三大部分組成，如圖2所示。

　　主控模塊和鍵盤(pán)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。設計采用雙CPU，是考慮到執行機構在機箱下部，而主控模塊與執行機構之間的距離應盡量小，以提高系統可靠性。液晶顯示與鍵盤(pán)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(pán)顯示模塊與主控模塊分開(kāi)，可放在機箱上部，方便操作。

　　鍵盤(pán)顯示模塊主要由AT89C52單片機、鍵盤(pán)、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(shí)時(shí)時(shí)鐘、譯碼電路和開(kāi)關(guān)電源等模塊，主控模塊結構如圖3所示。
　　由于控制器要求能對藥液使用量、各片型洗片數量進(jìn)行統計并保存統計數據，需要外擴非易失性存儲器?？紤]到價(jià)格因素，沒(méi)有采用內含實(shí)時(shí)時(shí)鐘的存儲器，而是采用了一片NV SRAM和單獨的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。外擴的存儲器采用了集成電路DS1225，其存儲容量為64K。時(shí)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(shí)分秒的計時(shí)、定時(shí)報警、一個(gè)一百年的日歷、可編程中斷及114字節的非易失性RAM。洗片機控制器的溫度控制中采用了集成調壓模塊。
3．2　CPLD在設計中的應用
　　CPLD是一種新型的復雜可編程邏輯器件。這種器件具有可編程性和實(shí)現方案容易改動(dòng)的特點(diǎn)。CPLD器件的使用大大縮短了產(chǎn)品的設計周期，提高了系統的集成化程度、具可靠性和可擴充性，在電子產(chǎn)品設計中得到了廣泛的應用。
　　設計中CPLD采用了XiLinx公司的集成芯片XC9572。XC9572內有72個(gè)宏單元，可多次編程，支持在線(xiàn)編程。CPLD中實(shí)現的功能包括：譯碼；輸出控制量、進(jìn)／出片檢測及過(guò)溫檢測的接口；中斷控制；地址鎖存。
　　CPLD內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(gè)外部中斷源：實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷信號CLK_INT、過(guò)溫中斷信號OV_TEM、進(jìn)片中斷信號POS_IN和出片中斷信號POS　OUT。當其中任何一個(gè)中斷源有效時(shí)，D觸發(fā)器被清零，INT1為低電平，CPU執行中斷程序。在中斷程序中，CPU通過(guò)讀INT　CE對應的I／O地址單元的數據辨認出相應的中斷源，　　執行對應的處理。其中，INT_是讀中斷源的使能信號,INT_CE為低電平時(shí)，讀中斷源，同時(shí)D觸發(fā)器被置位，INT1恢復高電平。

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(xiàn)性度良好，且有恒流傳輸特性，便于遠距離傳送。AD590的輸出電流與絕對溫度成正比，供電電源為＋4V～＋30V時(shí)，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(gè)9．8kΩ電阻及511Ω的可調電阻，增大電流變換范圍，以滿(mǎn)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的可調電阻RW1用來(lái)調整電流－電壓變換的斜率。信號經(jīng)第二級放大器放大為穩定的電壓信號，可調電阻RW2起調零功能。Vref＝＋5V為參考電壓，由電源模塊LM317給出。
　　根據AD590特性，溫度為絕對溫度xK時(shí)，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：