择要: 随着物理疗法在慢病治疗中的效果得到认可, 传统的石蜡疗法被广泛运用在医院的理疗科。目前, 蜡疗机的制蜡方法虽已趋于成熟, 但仍存在制蜡效率低下、功耗大、不足智能等问题, 因此有必要对蜡疗机的制蜡效率及智能化程度进行研究。以STM32微掌握器为核心, 结合G510通信模块, 对蜡疗机的硬件系统进行优化设计;通过机警云物联网开拓技能, 对蜡疗机进行掌握和通信。
试验结果表明, 与现有产品比较, 该系统减少了制蜡韶光、降落了蜡疗机的功耗, 实现了蜡疗机的物联网掌握。该研究为进一步完善蜡疗机的功效供应了设备根本, 对蜡疗机的广泛运器具有积极促进浸染, 对今后利用石蜡疗法进行理疗大数据的挖掘与运器具有主要意义。
0 弁言
经由优化, 将融蜡和保温组合在一起, 设计了具有融蜡、蜡饼保温功能的自动化一体机[3- 5]。其不仅大大降落了主不雅观成分对制蜡过程的影响, 而且在蜡饼成型的过程中利用了带温度传感器的可调温恒温箱, 可以准确设置蜡饼在利用时的温度, 提高了热疗效果。然而蜡饼成型过程所耗韶光过长, 严重降落蜡疗机的事情效率和性价比, 同时不支持远程无线掌握, 也无法支持融入物联网, 以及为规模运用与医疗大数据供应支撑.
因此, 本设计在当前热销智能蜡疗机的根本上, 通过智能化掌握恒温箱侧门开闭, 以减少液体蜡饼成型韶光来降落功耗;增加了物联网模块, 并利用机警云开拓平台开拓了移动客户端掌握程序, 以支持远程掌握、显示与云端数据存储与共享。
1 整体设计方案
本设计紧张由融蜡箱、注蜡系统、恒温箱、掌握系统组成。融蜡箱是采打水融蜡事理将固体蜡融化为液体蜡的场所, 其下部的加热棒通过加热融蜡箱下部的水, 使与水打仗的蜡逐步融化。水融蜡办法不仅可以增加医用石蜡的利用寿命, 而且可以防止因加热棒直接加热固体蜡导致局部高温而造成石蜡燃烧等意外事件的发生[7]。注蜡系统紧张由杂物过滤器、推杆电机、注蜡管和开关阀门组成。
在注蜡阶段, 液体蜡通过杂物过滤器后进入注蜡管, 并通过打开的注蜡阀门流入相应的蜡盘内。恒温箱是医用石蜡由液态凝固为略高于人体体温且具有可塑固体石蜡的场所。在融蜡过程结束之后、注蜡之前, 系统会将恒温箱升至59 ℃旁边, 防止注蜡管中凝蜡和蜡在盘中凝蜡不均导致的溢出[8]。掌握系统由传感器、掌握板、工业屏幕和掌握输出部分组成。微掌握器通过吸收温度传感器、水位报警传感器、开/关门检测传感器的旗子暗记, 判断当前设备运行状态并作出相应的决策。
系统整体框图如图1所示。
图1 系统整体框图
2 硬件电路设计
智能蜡疗机的硬件电路部分紧张由STM32最小系统、电压变换电路、数据存储电路、温度传感器、水位/开门/关门检测器、输出掌握器电路和TTL-485旗子暗记转换电路组成。
2.1 主控电路设计
主控电路由以STM32F103C8T6为核心的微掌握器和电路构成。该掌握器是一款基于ARM Cortex- M 内核STM32系列的32位的微掌握器, 程序存储器容量为64KB, 事情电压为2～3.6 V, 可在-40～85 ℃温度下事情[9- 10]。其具有33个I/O接口和3个USART通信接口, 可以知足连传感器、掌握器和G510通信模块的需求。
2.2 供电电路设计
考虑到掌握侧门开关和注蜡阀门的推杆电机皆为24 V供电, 因此系统采取24 V供电, 并通过降压得到12 V、5 V和3.3 V, 以知足触摸屏和不同芯片对电压的需求。个中, 24 V转12 V降压芯片采取3 A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576- 12 V。该芯片与电容、电感组成的降压电路产生的12 V电压可以知足为工业触摸屏供电的哀求。12 V转5 V降压芯片采取输出为1 A的集成稳压芯片LM4805。5 V转3.3 V采取AMS1117- 3.3 V正向低压降稳压器。供电电路设计如图2所示。
图2 供电电路设计图
2.3 水位/开/关门检测传感器
智能蜡疗机融蜡过程采打水溶蜡事理, 当融蜡箱内含水较少时, 可能涌现局部温度达到蜡燃点导致失火的严重后果, 因此须要对融蜡箱设置最低水位报警。而开门/关门检测传感器能够检测在运行中侧门的开关状态并判断部分运行故障。水位检测传感器旗子暗记吸收电路如图3所示。
当水位低于最低报警刻度时, 传感器输入旗子暗记线与输出旗子暗记线导通, 光电耦合器发射监工作使吸收二极管导通, 微掌握器的PB5端口电位拉低, 触发相应外部中断提醒融蜡箱缺水并进行报警。开/关门检测传感器采取限位开关检测侧门的打开关闭状态。当侧门打开/关闭后, 触动相应的限位开关并使其导通, 其旗子暗记吸收事理与水位旗子暗记吸收事理同等。
图3 水位检测传感器旗子暗记吸收电路
2.4 数据存储电路
本设计添加数据存储电路, 对融蜡温度、注蜡盘数、注蜡韶光等设置值进行保存, 从而避免每次关机后设置内容丢失。数据存储芯片采取串行Flash存储器W25Q128BV。该芯片具有引脚少、功耗低、存储字节多、传输速率快和存储灵巧的优点, 可以实现蜡疗机在利用过程中对各种数据的存储影象功能。
2.5 输出掌握电路设计
输出掌握电路由掌握电路和被掌握电路组成。事情时, 微掌握器相应I/O口输出低、高电平掌握光电耦合器开、关, 继而掌握继电器接入电压24 V、0 V, 使输出端衔铁与铁芯吸合、断开, 从而加热棒、风扇电机或推杆电机两端存在、失落去电压, 进而开始、停滞事情。
2.6 TTL-RS-485旗子暗记转换电路设计
RS-485串行总线标准采取平衡发送和差分吸收的传输办法与工业触摸屏进行数据交流。该通信协议可以显著提高传输旗子暗记抑制共模滋扰的能力。SP3485是一款低功耗半双工收发器, 具有数据传输速率高 (10 Mbit/s) 、驱动能力强、输入灵敏度低 (±200 mV) 的优点, 可以完备知足RS-485串行协议的哀求。
2.7 G510无线传输接口电路设计
G510通信模块组成的电路能够被任何必要通过蜂窝网络进行语音通话或数据传输的系统或者产品集成。其GSM支持四频 850/900/1 800/1 900 MHz, GPRS 支持Class 10[11]。本设计采取G510模块进行无线通信, 能够对智能蜡疗机进行提升, 使之从一个独立的产品, 成为接入智能物联网进行云互联的智能终端。
3 软件开拓设计
软件开拓分为设备端、手机客户端开拓两部分。设备端程序又分为工业触摸屏驱动掌握与内存保护单元掌握两部分。个中, 工业触摸屏和手机客户端部分紧张实现人机交互, STM32微掌握器程序部分实行命令并将各种运行参数传输到工业触摸屏和手机客户端。
3.1 手机客户端程序开拓
本文利用机警云APP作为客户端调试工具。该工具是机警云物联网开拓平台供应的环球首款物联网 (Internet of things, IoT) 设备通用调试工具[12]。本文通过例化初始化模块、用户模块、配置模块、设备列表模块和掌握模块这五个模块不仅实现了须要的功能, 并且实现了智能蜡疗机掌握、运行数据云端保存的功能。
3.2 工业触摸屏驱动程序与STM32微掌握器程序
工业触摸屏是进行人机交互的办法之一, 紧张用于显示蜡疗机事情运行状态、变动各项运行参数和启动相应的事情模式。本文采取北京迪文科技有限公司研发的基于K600+内核所设计的智能型、图形界面、人机系统软件DGUS的工业触摸屏。该工业触摸屏有56 KB变量空间、8通道曲线趋势图寄存器、156 B配置寄存器控件、256 MB的Flash存储器、任意多的触控控件, 不仅可以实现变量显示、运算和传输的相应速率, 而且集成了DWIN OS平台, 方便利用丰富的指令进行二次开拓。
微掌握器流程图如图4所示。
STM32微掌握器是智能蜡疗机系统运行的核心, 其掌握程序紧张实现以下功能。
① 将融蜡箱和恒温箱温度数据传输到触摸屏和手机客户端。
② 通过检测传感器判断系统运行状态, 并判断系统运行是否涌现故障。
③ 根据触摸屏或者手机客户端命令实行相应的运行模式。
3.3 设备端整体软件设计方案
本设计紧张功能有自动运行模式、手动运行模式和设置模式。
① 自动运行模式是智能蜡疗机的紧张运行模式。不仅可以采取触摸屏或移动客户端实行自动运行功能, 而且可以设置每天自动运行的韶光, 方便年夜夫和护士利用。
② 手动运行模式是自动运行功能的赞助功能, 可以丰富个性化医疗的履行。
③ 设置功能紧张完成各项运行参数的设置, 包括编辑自动模式、系统韶光设置和韶光段设置。编辑自动模式的各项参数包括水箱加热温度、恒温箱注蜡温度、恒温箱保持温度、蜡饼成型温度、注蜡盘数、注蜡韶光, 紧张用于设置手动运行模式和每天早上自动开机运行自动模式时所须要的各项参数。系统韶光设置紧张是设置当前日期和韶光。韶光段设置紧张用于设置每天自动开机韶光、自动关机韶光和自动开机后是否运行自动模式 (模式1为运行自动模式, 模式0为开机水箱只加热) 。
自动运行模式流程图如图5所示。
图5 自动运行模式流程图
3.4 现场运用
本设计的智能蜡疗机在盘锦市某医院理疗科进行了4个月的试运行。传统蜡疗机和智能蜡疗机每天分别制蜡30盘、运行12h、待机12h。记录其均匀制蜡韶光、石蜡寿命和功耗, 如表1所示。
由表1可以看出, 蜡疗机的均匀制蜡韶光由原来的4h缩减到2h。其紧张缘故原由是在蜡饼成型阶段, 液体蜡进入恒温箱后引起恒温箱温度上升,封闭的恒温箱使得温度低落缓慢。传统制蜡技能忽略这一特性使得蜡饼成型过程较长, 而智能蜡疗机通过掌握侧门的不断开闭使恒温箱温度快速降落,从而减少蜡饼成型韶光。
医用石蜡的利用寿命由原来的两个月增加到三个月, 蜡疗机功耗降落了40%。其紧张缘故原由是智能蜡疗机在非制蜡状态下, 水箱采取间歇性加热技能, 使石蜡温度始终略高于最低熔点温度, 不仅降落了设备功耗, 而且延长了石蜡利用寿命。
4 结束语
通过在医院的实际推广运用, 本文设计的智能蜡疗机得到了较好的效果。统计数据表明, 蜡疗机的均匀制蜡韶光由原来的4h缩减到2h, 缩短了50%;医用石蜡的利用寿命由原来的两个月增加到三个月,石蜡寿命延长了1.5倍,且功耗降落了40%。智能蜡疗机减少了患者的等待韶光和医疗本钱, 节省了医护职员的操作韶光及操作难度。因此, 此蜡疗机具有很好的运用前景。
