80C196KB單片機對滅菌器的控制設計方案

滅菌器是保護人類生命健康的重要器材，發(fā)達國家無論是家用滅菌器還是商用滅菌器都很普及。

而滅菌器滅菌是否合格大部分取決于控制系統(tǒng)是否可靠，針對某醫(yī)療設備廠滅菌器控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、人機界面不友好等實際問題，作者采用80C196KB單片機為該廠設計滅菌控制系統(tǒng)，消除原有系統(tǒng)的缺陷并相應增加一些功能，相比51系列單片機，96系列片上資源更豐富，設計系統(tǒng)相對容易。

1 滅菌器控制分析

該滅菌器主要進行包裹類、器械類、乳膠類、液體類及其它類五項進行滅菌，其工藝大體相同，不同之處可由程序控制。通過其工作原理（圖1）可知，根據里外鍋的溫度和壓力是否達到規(guī)定值而進行各種動作控制。

模擬輸入量共4個：外鍋溫度TW，外鍋壓力PW，里鍋溫度TL，里鍋壓力PL;控制輸出量共16個：外鍋進汽閥開關IW ，外鍋排汽閥開關OW，里鍋進汽閥開關IL，里鍋排汽閥開關OL，真空閥開關ZK，干燥空氣閥開關GZ，油泵繼電器通斷YB，真空泵繼電器通斷ZB，電磁 液壓閥（高壓閥GF、齒條閥CF、門閂閥MF），信號指示（電源指示PowerL、總電源指示PowerZ、故障指示ERR、蜂鳴報警ALarm）。

圖1 工作原理

由上圖可見滅菌器的主體為一帶有夾套及密封門的高壓容器， 配有真空泵、真空閥、蒸汽閥等控制器件及溫度、壓力傳感器， 工作過程如圖2所示。

2 控制系統(tǒng)硬件結構

控制系統(tǒng)硬件結構如下圖3所示：

圖3 控制系統(tǒng)硬件結構

滅菌室實際溫度和壓力值由半導體集成溫度傳感器AD590JH和集成壓力傳感器MPX5500D測量， 采集的2路溫度信號和2路壓力信號由P0.0～P0.3送入80C196CKB芯片。在80C196CKB中，有一個8通道的10位A/D轉換器，適用于 多路數據采集系統(tǒng)。一次A/D轉換需88個狀態(tài)周期（采用12MHz晶振時為22μs）。其優(yōu)點是在滿足工藝要求的情況下極大地簡化了硬件電路，有益于電 路的可靠性。

80C196CKB里的數字量經數字濾波、標度變換后一方面通過LCD顯示， 另一方面與設定進行比較， 得到偏差E 和偏差變化率EC ， 為后續(xù)控制提供依據。采用并行輸出接口電路8255A來實現近20路開關控制量的輸出控制。溫度控制是由調節(jié)蒸汽閥門的開口來實現， 控制量經D/ A 轉換為模擬量輸出， 功率放大后控制蒸汽閥的開口。用戶通過鍵盤設定滅菌溫度、時間和脈動真空次數， 滿足各種消毒要求。

采用DS12887并行時鐘模塊

人機界面主要包括鍵盤、顯示和微型打印機接口電路。鍵盤采用軟鍵盤形式，由程序處理來實現鍵碼的識別、去抖動和確認;通過一塊8255A實現了鍵盤 和打印機的硬件接口。顯示器采用內置T6963C控制器的LCD顯示模塊（和CPU以直接方式連接），用以動態(tài)顯示溫度、壓力、時間和操作提示等。打印機 用于打印相關的運行工藝參數。用戶界面在軟件上的實現是由分散而不是集中的軟件模塊來實現的。

本系統(tǒng)所有器件均采用單一+5V電源供電，由于實際應用時，數據采集時信號容易受到干擾，因此在信號輸入輸出接點處采取光耦隔離電路，并采取屏蔽電阻等措施保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 軟件設計

本系統(tǒng)功能很多， 為了便于設計和維護， 采用自頂向下逐步細化的結構化模塊設計方法， 將具有獨立功能的子程序都設為子程序模塊，相關的功能均由相應的功能子程序實現。主程序由初始化、滅菌類別選擇和相關顯示、參數比較、執(zhí)行機構輸出控制等 組成，其核心是溫度和壓力參數的比較和相應的輸出控制;時間的動態(tài)顯示由定時器1溢出中斷處理程序執(zhí)行;4個通道的溫度、壓力數據采集處理和動態(tài)顯示由 A/D轉換結束中斷處理程序完成。由于顯示程序比較大，放在中斷處理程序中運行使背景程序簡潔，有利于軟件運行的可靠性。程序流程如圖4所示。

圖4 程序流程圖

程序運行的基本過程是：初始化后啟動A/D轉換以采集溫度、壓力信號，經處理后，這些數據和用戶設定的運行參數比較，然后決定系統(tǒng)執(zhí)行機構的不同動作以滿足運行參數被控制在工藝要求的范圍內。

本控制系統(tǒng)的軟件全部采用匯編語言，執(zhí)行效率高，運行可靠，限于篇幅所限，不一一介紹。

4 結論

這是一個以80C196KB為核心的實用的嵌入式控制系統(tǒng)，其功能齊全，設計相對簡潔。實際應用表明整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)，滅菌控制可靠。相對于具有相同功能而基于PLC的滅菌控制系統(tǒng)，它的成本低廉，人機界面友好，操作更容易，具有很好的推廣價值。
責任編輯；zl