一种新型脉动式灭菌器的设计与实现

0  引言
 
对医疗器械进行消毒灭菌是病人免受感染和成功康复的根本保障,而灭菌器正是实现这一保障的有力措施。本文在合理选择微控制器的基础上,设计了某一小型医用灭菌器智能控制系统,巧妙利用 Aduc812 内部资源,合理设计参数的可调节功能,满足了多区域、多种医疗器械不同消毒参数的需求。
 
1  灭菌器控制特点和控制要求
 
**内脉动真空灭菌是九十年代中期发展的一种灭菌方法,由于采用脉动真空技术,灭菌效果较好,广泛应用于医院、制药厂等部门。灭菌器的锅体设计成内、外双锅形式,灭菌物品放在内锅进行灭菌,外锅起到缓冲、隔离、预处理作用。整个系统要求装置能够完成灭菌过程的全自动智能控制,适用于织物类、器械类等,用人机界面动态显示灭菌工艺流程、灭菌参数等。 2  微控制器选择 传统的灭菌器在设计时,受到事先设计模式参数的限制,严重 影响灭菌效果。如果能够设计一种可以现场设置参数的灭菌器,将 是对现在灭菌器行业的一次深刻变革。 鉴于上述分析,筛选出 AD 公司生产的 Aduc812 作为控制系统 的主控制器,它片内带有 640B 闪速/电擦除数据存储器,系统中增 加的现场设置参数就是存储在这里,由控制子程序模块实现,而且 存储的内容断电不丢失,正好符合系统设计需要,同时片内集成 8kB 的闪速/电擦除程序存储器,以及 256B 的 SRAM 等等,外加一 片数据存储器,就能够满足系统软件设计需要。AD 公司提供了 QuickStart 软件包,可以通过串口从上位机直接把程序代码写入 Aduc812 的程序存储器中,**无须购买专门的开发系统,在调试过程中也不需要取下芯片,方便系统设计和调试,降低开发成本。3  控制系统设计3.1 硬件电路设计 根据脉动
真空灭菌器系统要求,设计出系统控制硬件电路,系统硬件总体框图如图 1 所示。
 
在本系统中,需要采集两路温度信号和两路压力信号,模拟信号对硬件电路的要求非常高,如果设
 
计的不**,计算出的数值就会有误差,影响整个控制系统的控制效果。Aduc812 具有 8 通道 12 位高性能自校准 A/D 转换器,在 A/ D、D/A 转换时,芯片自己提供的基准电压为 2.5V,如果外接基准电压不能超过 5V,对于 12 位的 ADC,转换的灵敏度为 0.5mV/B,这对印制电路板抗干扰能力的要求比较高,要求电路板中 A/D、D/A 转换端的抗干扰电压小于 0.5mV,否则会降低转换精度。
 
温度传感器采用技术成熟的 AD590,集成压力传感器采用MPX5500D,选择这两款传感器的优点是采集的数据可靠性高,能满足整个控制系统数据采集的要求,而且电路设计简单。控制输出电路采用并行输出接口 825** 来实现 20 几路开关控制量的输出控 
制。系统中实时时钟电路采用美** DALLAS 公司生产的 DS1302,它是一种高性能、低功耗实时时钟芯片,且具有闰年补偿功能,可以方便灭菌器时定时和计时,满足系统需要。
 
3.2 可视化人机交互界面设计 人机界面中输入设备主要是键盘,键盘设计成软键盘形式,由系统程序来实现键码的识别、去抖动和确认;输出设备主要是微型打印机和可视化界面,打印机用于打
 
印相关的工艺参数;可视化界面采用液晶显示屏 12864,该款 LCD 是一种具有 8 位并行接口方式,内部含有**标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为 128×64,内置 8192
 
个 16×16 点汉字和 128 个 168 点 ASCII 字符集,可构成全中文人机交互界面。液晶屏通常在灭菌时显示所选模式的各项参数,也可显示设置模式时,按键设置参数;动态显示参数比对数据。
 
3.3 系统软件设计 可靠稳定的软件设计是系统能够完成各项

具体任务的**,有了硬件的物质基础,还**设计出合理的软件
内容,系统软件设计包括各个模块工作程序的开发及嵌入式操作系
统的移植。
3.3.1 工作程序的开发 为了满足一般用户的多种需要,系统中
设计了四种工作模式:织物类、器械类、乳胶类和液体类。为了便于
程序的调试和维护,程序在开发时进行了模块化处理,对应的功能均
有相应的子程序完成。主程序有初始化、灭菌类别选择或灭菌参数
设置、相关显示、参数比较和相应的控制输出等,程序的**是将采
集到的温度和压力数值与设定的参数比对以完成相应的输出控制。
3.3.2 操作系统的移植 操作系统通过论证比较选择了 uC/OS-
II。按照灭菌器控制系统功能需要,并考虑其实时性和可靠性,将整
个应用软件分为 6 个任务,每个任务中再包含若干个子程序。每个任务都有明确的目标,实行特定的功能,任务间没有函数调用只有数据传递,任务间采用信号量、消息队列和消息邮箱实现同步与通信。控制系统 6 个并行任务的优先级为:
 
void TaskStart(void *pdata) //启始任务 优先级 2
void TaskAdSamp(void *pdata) //AD 采样任务 优先级 3
void TaskControl(void *pdata) //灭菌控制任务   优先级 4
void TaskKey(void *pdata) //键盘任务   优先级 5
void TaskLcdDisp(void *pdata) //LCD 显示任务 优先级 6
void TaskPrint(void *pdata) //参数打印任务   优先级 7
4  结束语      
 
灭菌器系统设计完成后,增加的参数设置模块,功能齐全,设置相对简洁。控制系统采用实时性强,可靠性高的 uC/OS-II,通过多次针对性的实验,整个系统运行平稳,各项输入输出控制可靠。本文的创新点是将 uC/OS-II 操作系统移植到 Aduc812 中,利用其片内闪速存储器设计了可以实时进行参数设置的专用程序模块,基本满足了不同地域不同材质医疗灭菌需求。