一种医用划板机自动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医用划板机自动控制系统。
【背景技术】
[0002] 医用划板机是将病人的尿液、痰液等物理样本取样并选择对应的培养基，并在培 养基里面按照不同方式划线培养，然后将结果进行分析化验来确定哪种抗生素对于病人最 有效的一种仪器。国内对于此种样本的分析大多还是采用人工取样划线并培养的方式。人 工操作存在着步骤繁琐且精度不够的缺点。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种医用划板机自动控制系统，本发 明具有自动化程度高，数据接口丰富，控制精度高等优点，从而避免了人工操作带来的误差 以及操作人员感染细菌的几率。
[0004] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0005] 一种医用划板机自动控制系统，包括主控制器，所述主控制器与存储装置通信，位 置传感器将检测的信号通过光电隔离电路处理后再经过电平转换及缓冲部分传送至主控 制器，主控制器根据位置传感器将检测的信号输出对应的控制信号，控制信号依次通过电 平转换及缓冲部分及光电隔离电路传送至对应的减速电机驱动电路、电磁阀驱动电路及步 进电机驱动电路。
[0006] 所述存储装置包括一片铁电存储器和一片Flash存储器，用来存储样本的各种信 息和设定的参数。
[0007] 所述串口驱动电路包括RS485电路及RS232电路，所述RS485电路及RS232电路 采用高速光耦6N137来做隔离。
[0008] 所述主控制器还通过光电隔离电路及串口驱动电路分别与触摸屏、扫码器、RFID 读卡器及上位机通信。
[0009] 所述扫码器用于对样本的条形码进行扫描，在扫描到两个不同的码以后自动关闭 并将参数通过串口传输到主控制器内进行处理。
[0010] 所述RFID读卡器用于对磁卡进行扣费和充值，每用完一个培养皿则扣款一次， RFID读卡器通过串口来与主控制器交换数据，并设置相应的管理员权限实现充值功能。
[0011] 所述电平转换及缓冲部分采用74hc4245芯片，将3. 3v电平转为5v电平。
[0012] 所述触摸屏和上位机连接采用MODBUSRTU协议，触摸屏作为主机，定时向主控制 器发送命令，主控制器根据发送的命令进行应答，根据相应的地址将数据发送到触摸屏中 显不〇
[0013] 所述位置传感器采用调制解调的策略，利用LM567芯片发出一个KHz 的调制波形，只有LM567芯片接收端接收到频率相同的信号时才认为检测到有效的位置， 电阻R10为电位计，通过调节R10调节限位开关感应的范围，DS1，DS2为指示灯，在板子的 正反面各排一个。
[0014] 所述硬件功能如下：触摸屏用来设定划线方式、执行充值操作、设定限位开关修正 值以及显示各执行机构当前位置和状态。扫码器用来获取当前样本的信息，连续扫描到两 个不同的码后结束，一个是医院定义的病人信息码，一个是样本信息码。经分析后来判断样 本的类型以及所需培养皿的种类以及划线方式。RFID组件是用来对本划板机使用次数进行 授权，只有用户购买了一定次数的权限后才允许使用，每处理完一个样品权限减一，直到权 限为零则禁止使用。此功能方便供应商对客户培养皿的进货渠道进行管理。上位机每隔一 定的时段向控制器召唤数据，将控制器存储的样本信息传到医院的数据库进行归档。限位 开关的功能是用来对各个执行机构进行定位，是执行机构能可靠动作的主要保障。控制器 通过控制步进电机驱动需要精准定位、频繁正反转或者不方便装设限位开关的设备，例如 用于划线电机、样品输送电机、培养皿取样电机等设备。减速电机用来驱动力矩要求较大或 者不需要准确定位的设备，例如开盖器、扫码旋转器以及成品输送器等。电磁阀用来控制样 本的夹持、升降以及培养皿挡片升降等装置。
[0015] 主控制器采用ARM系列单片机，实现程序的自动运行以及提供与其它外围器件联 接的各种接口。存储器包括一片铁电存储器和一片Flash存储器，用来存储样本的各种信 息和设定的参数，可以存储约三年的测试数据，以便上位机进行采集归档。串口驱动是将单 片机的TTL电平转为抗干扰能力更强，更适合远距离传输的RS232及RS485电平，以方便与 外部设备对接。触摸屏采用串口与控制器联接，实现过程参数的显示及设置，并画出简单的 流程图以便操作人员更加直观的了解整个设备。扫码器实现了对样本的两个条形码进行扫 描，在扫描到两个不同的码以后自动关闭并将参数通过串口传输到主控制器内进行处理。 RFID读卡器可以对磁卡进行扣费和充值，每用完一个培养皿则扣款一次，以便于商家掌握 培养皿的进货渠道。RFID通过串口来与主控制器交换数据，并设置相应的管理员权限实现 充值功能。上位机即医院用的电脑，通过串口与控制器联接，实现数据的采集和归档。由于 主控制器有一定的存储空间，因此上位机不必一直在线，可以间隔数月读取数据一次。电平 转换及缓冲部分用来将单片机I/O口的3. 3V电平转为5V电平，并增大了电流驱动能力，以 保证在外部器件引入故障的时候不烧毁单片机，保证了系统稳定的运行。光电隔离部分是 将内外2个5V的电源通过光藕分割开，使两个电源互相独立，使外部电感设备运行带来的 电压冲击和外部故障引来的高电压不会影响到内部控制器的正常运行。减速电机及电磁阀 的驱动部分是将控制器控制信号进行放大，从而有足够的驱动能力来控制相关减速电机的 启停以及电磁阀的开关。步进电机启动部分是将控制器发出的步进电机脉冲信号和方向及 使能信号放大，用于控制步进电机的正反转，有无伴流以及准确的步数定位。位置传感器是 用来确定各个步进电机的初始位置以及执行位置。由于步进电机可能存在丢步的现象，因 此在方便安装之处都用位置传感器来定位，尽量不用步进电机定步数来确定位置，这样可 以最大限度的保证系统的稳定性和可靠性。
[0016] 本发明具有如下有益效果：
[0017] 本医用划板机自动控制系统取代了传统的人工操作，真正实现无菌操作，大大减 少了医务人员感染病毒的几率，并在划线等重要环节上避免了由于各人操作习惯和规范的 不同而带来的不利影响。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的硬件系统构成图；
[0019] 图2(a) -图2(c)是本发明的串口驱动部分硬件原理图；
[0020] 图3为带调制的限位开关硬件原理图；
[0021] 图4为对射式限位开关硬件原理图；
[0022] 图中：1、主控制器；2、存储装置；3、串口驱动电路；4、触摸屏；5、扫码器；6、RFID 读卡器；7、上位机；8、电平转换及缓冲部分；9、光电隔离部分；10、减速电机驱动；11、电磁 阀驱动；12、步进电机驱动；13、位置传感器。
【具体实施方式】：
[0023] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0024] 本发明以ARM系列高性能单片机为核心将所有外围器件联接起来，使系统的处理 速度快，精度提高，并拥有丰富的串口资源方便与外部设备通讯。同时采用工业级的驱动及 隔离技术，是抗干扰能力的到了大幅提高。采用大容量存储设备，延长了数据保持的时间， 在医院网络长期繁忙的极端情况下仍然保证数据不丢失。
[0025] 本发明主要介绍了通过单片机以及外围配套器件来实现划板机的控制，并对系统 的硬件部分进行详细说明。一种医用划板机自动控制系统，包括主控制器1、存储装置2、串 口驱动电路3、触摸屏4、扫码器5、RFID读卡器6、上位机7、电平转换及缓冲部分8、光电隔 离部分9、减速电机驱动10及电磁阀驱动11部分、步进电机驱动12和位置传感器13。
[0026] 图1所示主控制器1采用STM32F407内核为ARM32位的Cortex(TM) -M4CPU，最高 168MHz工作频率，3个12位A/D模数转换器，1ys转换时间（多达24个输入通道），2通 道12位D/A转换器、12通道DMA控制器，多达140个I/O端口具有中断功能，136个快速1/ 0高达84MHz