醫用自動(dòng)洗片機控制器的研制

　　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。

　　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：

　　根據環(huán)境溫度、洗片機各溫區工作溫度要求以及adc0809輸入電壓范圍要求，調整rw1和rw2。調整時(shí)我們按照變換率為35mv/℃，通過(guò)調整rw1調整v0的斜率，再調整rw2以滿(mǎn)足調零要求。

　　adc0809是單片、cmos、逐次比較、8位模/數變換器。片內包含8位模/數變換器、8通道多路轉換器與微控制器兼容的控制邏輯。adc轉換位的選擇應充分保證其分辨率高于系統的精度要求，且有一定的裕量，從而滿(mǎn)足其它環(huán)節特別是傳感器元件的非線(xiàn)性要求。

　　adc0809的轉換精度為±0.4%，轉換時(shí)間為128μs。adc0809將第二級放大器輸出的模擬量變換為數字量，接到系統的數據總線(xiàn)，供cpu讀入。

　　4　軟件系統的設計

　　軟件系統分為兩大部分，洗片主控模塊與鍵盤(pán)顯示模塊，兩部分之間根據自定義的通訊協(xié)議通訊。軟件設計時(shí)采用模塊化設計，主控部分如圖6所示，由初始化、串行通訊、時(shí)鐘管理、數據存儲、輸入掃描、進(jìn)片檢測、出片檢測、輸出控制、中斷等模塊組成，由主程序調用各子模塊，負責洗片流程控制。為了提高系統可靠性，主程序采用循環(huán)執行的方式。

　　輸出控制模塊包括溫度控制、速度控制、沖洗控制、補液控制及其它開(kāi)關(guān)量控制。溫度控制模塊根據檢測到的三個(gè)工作區的實(shí)際溫度與設定溫度之差，查溫度控制表，采用差值法得到輸出控制量，其中溫度控制表事先由實(shí)驗測得，固化在單片機中。洗片電機速度分為四檔，根據設定值查表得輸出控制量。

　　5　提高系統可靠性的措施

　　由于醫院對洗片質(zhì)量及可靠性要求非常高，洗片機本身價(jià)格昂貴，且運行時(shí)間長(cháng)，我們在系統設計時(shí)考慮了可靠性問(wèn)題。首先，機器設計有自檢功能，普通操作人員可以自行檢查各執行機構是否正常。印刷電路板的設計也考慮到抗干擾措施，如電源濾波、地線(xiàn)處理等，以提高電路板的可靠性。另外，系統中有看門(mén)狗電路，在程序跑飛時(shí)系統復位。在軟件方面，采用主程序循環(huán)執行的方式，每次循環(huán)對輸出口刷新、對輸入口讀入，這樣，當程序在某次循環(huán)中出錯時(shí)，下次循環(huán)時(shí)可恢復正常。

　　6　結束語(yǔ)

　　該醫用自動(dòng)洗片機控制器能滿(mǎn)足醫院x光片自動(dòng)洗片的要求，減少了洗片工作量，提高了洗片的質(zhì)量和效率。設計中考慮到了系統的可靠性要求，在硬件和軟件設計中均采取措施提高可靠性。同時(shí)系統具有一定的靈活性和可擴充性。

　　參考文獻

　　1　丁元杰主編.單片微機原理及應用.北京：機械工業(yè)出版