摘要  介紹了自動(dòng)中藥煎藥機(jī)的工作原理、軟硬件組成及系統(tǒng)功能。不同于其他同類產(chǎn)品的溫度控制原理，本系統(tǒng)采用分時(shí)功率控制。煎制過(guò)程更加符合中藥藥理，煎制功效基本與傳統(tǒng)的中藥煎制方法相同。本系統(tǒng)采用中斷服務(wù)子程序完成動(dòng)態(tài)LED顯示，解決了動(dòng)態(tài)顯示軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題；運(yùn)用調(diào)節(jié)輸出方波的占空比控制雙向可控硅的導(dǎo)通與截止時(shí)間，從而控制輸出功率，避免了采用軟硬件設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜的PWM控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單清晰。

    關(guān)鍵詞  自動(dòng)中藥煎藥機(jī)；單片機(jī)；功率控制；動(dòng)態(tài)LED顯示

    1  引言

    中國(guó)菜與中藥被稱作中華民族對(duì)世界的兩大貢獻(xiàn)。然而傳統(tǒng)的中藥煎制方法在城市生活中有很多不便。為了方便城市居民的生活，韓國(guó)研制了*臺(tái)自動(dòng)煎藥機(jī)。從此，自動(dòng)煎藥機(jī)在各大醫(yī)院與制藥廠得到廣泛應(yīng)用，并很快被引進(jìn)到我國(guó)。實(shí)踐證明用煎藥機(jī)煎制相對(duì)傳統(tǒng)煎制方法有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）提高工作效率，方便了患者家屬；（2）減輕了工作量；（3）保證中藥療效；（4）減少差錯(cuò)發(fā)生；（5）節(jié)約能源消耗；（6）更符合衛(wèi)生學(xué)要求。隨著生產(chǎn)廠家的增多與競(jìng)爭(zhēng)的加劇，煎藥機(jī)的性能已經(jīng)得到了很大改進(jìn)。本系統(tǒng)采用工作性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的單片機(jī)作為硬件基礎(chǔ)，結(jié)合中藥煎制要求設(shè)計(jì)軟件，符合中藥藥理，操作簡(jiǎn)單，工作性能可靠，在實(shí)用中得到了用戶較高的評(píng)價(jià)。

2、系統(tǒng)原理與功能

2.1、基本原理

目前常用的自動(dòng)煎藥機(jī)大多數(shù)采用溫度控制方法，即煎制過(guò)程不同階段將湯藥溫度控制在不同值。這種煎制原理與中藥傳統(tǒng)煎制方法有較大出入，傳統(tǒng)的中藥煎制主要靠火候控制煎制效果。本系統(tǒng)對(duì)中藥煎制進(jìn)行分時(shí)功率控制，通過(guò)控制各時(shí)程的加熱功率來(lái)模擬傳統(tǒng)煎制方法的大火、中火與小火，使自動(dòng)煎制達(dá)到與傳統(tǒng)煎制方法相同或相似的效果。煎制之前可調(diào)整系統(tǒng)的正、設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，各模式的輸出功率（系統(tǒng)功率設(shè)定值為該模式功率占全功率輸出的百分?jǐn)?shù)），以及溫度保護(hù)范圍等參數(shù)。定時(shí)控制通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)中斷來(lái)完成。功率輸出采用內(nèi)部中斷控制輸出方波的占空比，用輸出脈沖控制雙向可控硅的通斷時(shí)間從而達(dá)到對(duì)平均輸出功率的控制。這種控制方法簡(jiǎn)單，比PWM控制易于操作，適應(yīng)于這種控制要求不太高的情況。不同的輸出功率對(duì)應(yīng)于不同的工作模式（分為全功率模式、A與B 2種模式），這些模式分別與中藥傳統(tǒng)煎制方法的大火、中火、小火相對(duì)應(yīng)。為了防止系統(tǒng)溫度過(guò)高燒壞加熱裝置，系統(tǒng)對(duì)加熱溫度進(jìn)行監(jiān)控，以免發(fā)生故障。

2.2、系統(tǒng)功能

（1）參數(shù)可調(diào)功能。在開(kāi)始煎制之前可以調(diào)整系統(tǒng)的所有參數(shù)，系統(tǒng)將調(diào)整好的參數(shù)保存于可斷電保持的EEPROM芯片中，供下次參考使用。在煎制的過(guò)程中也可以調(diào)整目前計(jì)時(shí)值，以延長(zhǎng)或縮短當(dāng)前煎制時(shí)程的時(shí)長(zhǎng)；（2）數(shù)字顯示功能。用3位LED動(dòng)態(tài)顯示計(jì)時(shí)值以及系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)。為了便于維護(hù)，也用來(lái)顯示溫度采集系統(tǒng)熱敏電阻的短路、斷路以及溫度超標(biāo)等信息；（3）自動(dòng)報(bào)警功能。系統(tǒng)在出現(xiàn)故障即熱敏電阻短路、斷路以及當(dāng)前加熱溫度超出系統(tǒng)設(shè)定溫度范圍，蜂鳴器立即報(bào)警，LED顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。用戶確認(rèn)報(bào)警信息后，解除報(bào)警狀態(tài)；（4）斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能。系統(tǒng)參數(shù)保存到EEPROM  中，斷電后數(shù)據(jù)不丟失。

3、硬件電路組成

系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)思想是：在保證系統(tǒng)功能及其運(yùn)行可靠性的前提下，盡可能降低成本。故本系統(tǒng)選用單片機(jī)作為控制和信息處理的核心。單片機(jī)體積小，安裝方便，可靠性好，貨源充足，適合于批量生產(chǎn)應(yīng)用。AT89C52具有3個(gè)16位定時(shí)中斷器，8k flash EPROM，256字節(jié)RAM，32根I／O線，指令系統(tǒng)與MCS51單片機(jī)兼容，1000次電可擦寫，程序可三級(jí)加密，安全性高，性價(jià)比也較高。本系統(tǒng)所需定時(shí)中斷層數(shù)較多，程序存儲(chǔ)所占容量較大，因此選用AT89C52作為硬件核心，而不選用價(jià)格稍低的AT89C51。TLCl549是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它采用CMOS工藝，具有內(nèi)在的采樣和保持、采用差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到±ISB Max（4.8rev），串口通信占用管腳少（僅需占用單片機(jī)3個(gè)管腳），芯片體積小等特點(diǎn)。因此選用其作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用24C01C來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)，24C01C的存儲(chǔ)空間為lkB，體積小巧，采用串行通信，只需2個(gè)管腳與單片機(jī)相連，讀寫方便，可進(jìn)行頁(yè)讀寫操作，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性強(qiáng)。硬件電路原理。

3、1                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        溫度采集

采用熱敏電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚担ㄟ^(guò)分壓電路將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，運(yùn)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLCl549將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量。在軟件中運(yùn)用電壓與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將電壓值變換成為溫度值。由于本系統(tǒng)測(cè)量溫度只是為了達(dá)到系統(tǒng)保護(hù)的目的，對(duì)采樣頻率以及溫度精度要求不高，溫度精度≤1℃，采樣頻率  50Hz。本系統(tǒng)采用的這種溫度采集方法成本很低，并且滿足系統(tǒng)要求。溫度采集電路原理.

3.2、功率控制與輸出

運(yùn)用單片機(jī)管腳輸出的方波放大后控制雙向可控硅（BTl36-200）的導(dǎo)通截止。雙向可控硅在門極信號(hào)為低電平時(shí)，可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)，加熱盤中的電阻絲與電網(wǎng)構(gòu)成回路，電阻絲中有電流流過(guò)，加熱盤對(duì)湯劑進(jìn)行加熱。門極信號(hào)為高電平時(shí)，可控硅處于截止?fàn)顟B(tài)，電阻絲中沒(méi)有電流流過(guò)，加熱盤停止加熱。設(shè)定可控硅的一個(gè)導(dǎo)通截止周期為l00ms，則其導(dǎo)通時(shí)間（以ms為單位）與各模式的輸出功率設(shè)定值相等。通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)達(dá)到系統(tǒng)輸出功率控制的目的。

3.3、顯示電路與斷電數(shù)據(jù)保護(hù)

為了節(jié)省管腳，降低成本，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)LED逐位顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)值。待顯示位數(shù)字的, , 代碼段通過(guò)P0口輸出至驅(qū)動(dòng)器74LS245，然后在相應(yīng)位顯示。數(shù)碼管接成共陰極形式，通過(guò)三極管TRI、TR2、TR3分別選通DGl、DG2、DG3，顯示百位、十位、個(gè)位。動(dòng)態(tài)顯示雖然能夠節(jié)省成本，但一直困擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的問(wèn)題是如何合理分配各位的顯示時(shí)間，使動(dòng)態(tài)顯示達(dá)到穩(wěn)定的視覺(jué)效果。常用的顯示方法是將動(dòng)態(tài)顯示各位數(shù)字作為主程序框架，在顯示的過(guò)程中完成系統(tǒng)其他功能。這種顯示方法主次顛倒，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，可讀性差。本系統(tǒng)運(yùn)用獨(dú)立于主程序之外的定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成顯示功能，程序設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單清晰、可讀性強(qiáng)。系統(tǒng)所用的24C01C操作簡(jiǎn)單，3個(gè)管腳外，其余管腳接地即可。

4、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由主程序、顯示數(shù)字中斷服務(wù)子程序、功率控制中斷服務(wù)子程序、計(jì)時(shí)中斷服務(wù)子程序以及故障處理子程序組成。人眼視覺(jué)暫留時(shí)間為20ms，每位顯示時(shí)間間隔必須小于20ms。顯示中斷每次中斷間隔9ms，輪流切換顯示3位LED，每位數(shù)字的顯示時(shí)間間隔為18ms（<20ms），可以達(dá)到穩(wěn)定的視覺(jué)效果。計(jì)時(shí)中斷服務(wù)子程序包括正計(jì)時(shí)和，其中又分為以min為單位計(jì)時(shí)和以s為單位計(jì)時(shí)。故障處理子程序完成的功能是關(guān)閉系統(tǒng)中斷、關(guān)閉加熱輸出、根據(jù)采樣溫度判斷并顯示故障的類型（短路、斷路以及溫度超標(biāo)）、發(fā)出報(bào)警以及等待用戶確認(rèn)故障信息后程序自動(dòng)復(fù)位等功能。為了編程方便，本系統(tǒng)具體編制了按鍵檢測(cè)確認(rèn)子程序、從D轉(zhuǎn)換子程序、電壓＼溫度轉(zhuǎn)換子程序、讀EEPROM以及寫EEPROM等子程序。

5、結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)煎藥機(jī)目前以其突出的*性受到了各大醫(yī)院與制藥廠家的歡迎，當(dāng)然它也存在一些需要解決的問(wèn)題，即：如何解決先煎、后下問(wèn)題，增加濃縮功能等。這些問(wèn)題有待于在進(jìn)一步的實(shí)踐中不斷完善