醫用自動洗片機控制器的研制?

洗片機是各醫院影像科的必需設備。醫院影像科每天要沖洗大量的X－射線透射膠片，工作量大，且洗片操作有一定難度，對操作人員專業技術要求高，另外，洗片時化學藥液對人體有傷害。因此，目前醫院大多采用醫用自動洗片機。進口的自動洗片機效果好，但價格昂貴。本文介紹了一種自行研制的由微型機控制的醫用自動洗片機控制器，主要介紹其軟硬件設計方案，并重點介紹了溫度檢測模塊及CPLD（Complex Programmable Logic Device）在設計中的應用。
2　系統概述及功能要求
    洗片過程主要由顯影、定影、沖洗和烘干四部分組成

膠片先在裝有顯影藥液的顯影槽中放置一定時間，再在裝有定影藥液的定影槽中放置一定時間，接著在沖洗槽中用清水沖洗，最后烘干，洗片過程即完成。四個過程對溫度、時間均有要求，且顯影、定影過程對藥液濃度有要求。
洗片機有四種狀態：冷機、預熱、洗片和自檢。冷機狀態即系統上電但不工作；預熱狀態即機內無膠片但工作區加熱到一定溫度，當有進片時可迅速升溫到洗片溫度；洗片狀態時進行洗片流程；自檢狀態時可檢查各執行機構是否正常。
控制器實現的主要功能有：（1）控制整個洗片工藝的流程；（2）檢測并控制顯影、定影、烘干三個工作區的溫度，顯影、定影的藥液量及液面高度，洗片的速度（即膠片在各工作區的時間）及泵與閥；（3）判斷進出片及膠片型號；（4）統計各型號膠片的洗片數量，統計藥液使用量；（5）機內時鐘，定時開、關機；（6）由鍵盤和液晶顯示器組成的人機接口，方便操作，并可實現參數的設置。
3　硬件系統的設計
    控制器由主控模塊、鍵盤顯示模塊及執行機構三大部分組成，如圖2所示。

主控模塊和鍵盤顯示模塊各由一片AT89C52單片機控制，兩部分之間采用串行通訊。設計采用雙CPU，是考慮到執行機構在機箱下部，而主控模塊與執行機構之間的距離應盡量小，以提高系統可靠性。液晶顯示與鍵盤模塊完成任務較多且功能獨立，可單獨采用一片CPU，另外，鍵盤顯示模塊與主控模塊分開，可放在機箱上部，方便操作。

鍵盤顯示模塊主要由AT89C52單片機、鍵盤、液晶顯示和串行通訊接口等組成。
3．1　主控模塊
主控模塊包括AT89C52單片機、溫度檢測、膠片檢測、溫度控制、泵和閥的控制、電機速度控制、串行通訊接口、擴充RAM、實時時鐘、譯碼電路和開關電源等模塊，主控模塊結構如圖3所示。
由于控制器要求能對藥液使用量、各片型洗片數量進行統計并保存統計數據，需要外擴非易失性存儲器?？紤]到價格因素，沒有采用內含實時時鐘的存儲器，而是采用了一片NV SRAM和單獨的實時時鐘。外擴的存儲器采用了集成電路DS1225，其存儲容量為64K。時鐘電路采用了DALLAS公司的集成電路芯片DS12887。DS12887可提供年月日時分秒的計時、定時報警、一個一百年的日歷、可編程中斷及114字節的非易失性RAM。洗片機控制器的溫度控制中采用了集成調壓模塊。
3．2　CPLD在設計中的應用
CPLD是一種新型的復雜可編程邏輯器件。這種器件具有可編程性和實現方案容易改動的特點。CPLD器件的使用大大縮短了產品的設計周期，提高了系統的集成化程度、具可靠性和可擴充性，在電子產品設計中得到了廣泛的應用。
設計中CPLD采用了XiLinx公司的集成芯片XC9572。XC9572內有72個宏單元，可多次編程，支持在線編程。CPLD中實現的功能包括：譯碼；輸出控制量、進／出片檢測及過溫檢測的接口；中斷控制；地址鎖存。
CPLD內中斷控制的原理圖如圖4所示。INT1接到CPU的外部中斷腳INT1。主控模塊有四個外部中斷源：實時時鐘中斷信號CLK_INT、過溫中斷信號OV_TEM、進片中斷信號POS_IN和出片中斷信號POS　OUT。當其中任何一個中斷源有效時，D觸發器被清零，INT1為低電平，CPU執行中斷程序。在中斷程序中，CPU通過讀INT　CE對應的I／O地址單元的數據辨認出相應的中斷源，　　執行對應的處理。其中，INT_是讀中斷源的使能信號,INT_CE為低電平時，讀中斷源，同時D觸發器被置位，INT1恢復高電平。

3．3　溫度檢測模塊
溫度檢測電路如圖5所示。溫度傳感器采用AD590，工作范圍是－55℃～＋155℃，其線性度良好，且有恒流傳輸特性，便于遠距離傳送。AD590的輸出電流與絕對溫度成正比，供電電源為＋4V～＋30V時，絕對溫度每上升1K，輸出電流上升1μA，電流變化范圍很小，所以接一個9．8kΩ電阻及511Ω的可調電阻，增大電流變換范圍，以滿足LM324運算放大器的要求。
AD590的輸出信號經第一級放大器LM324將電流信號變換為反相的電壓信號，其中，510Ω的可調電阻RW1用來調整電流－電壓變換的斜率。信號經第二級放大器放大為穩定的電壓信號，可調電阻RW2起調零功能。Vref＝＋5V為參考電壓，由電源模塊LM317給出。