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滅菌器是保護人類生命健康的重要器材，發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是否可靠，針對某醫療設備廠滅菌器控制系統不穩定、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，消除原有系統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 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。 圖2 2、控制系統硬件結構 控制系統硬件結構如下圖3所示： 圖3 硬件電路簡圖 該控制系統硬件電路主要由數據采集、控制量輸出、時鐘模塊、和人機界面的硬件部分等組成。 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。一次A/D轉換需88個狀態周期（采用12MHz晶振時為22μs）。其優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（見下節）。 本系統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的穩定。 3．軟件設計 本系統功能很多, 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；時間的動態顯示由定時器1溢出中斷處理程序執行；4個通道的溫度、壓力數據采集處理和動態顯示由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，然后決定系統執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。 本控制系統的軟件全部采用匯編語言，執行效率高，運行可靠，限于篇幅所限，不一一介紹。 結論 這是一個以80C196KB為核心的實用的嵌入式控制系統，其功能齊全，設計相對簡潔。實際應用表明整個系統運行平穩，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，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。 |
