李利花 袁欽

（南昌大學(xué)共青學(xué)院 江西省共青城市 332020）

現(xiàn)階段，電子煎藥項(xiàng)目逐漸成為各個醫(yī)院中藥房的主要工作模式，醫(yī)院通過電子煎藥，可以有效保證藥物的效果以及質(zhì)量，幫助患者更好的進(jìn)行保健以及治療，大幅度提高患者的滿意度。并且，醫(yī)院通過開展電子煎藥，可以提高工作人員的效率、降低發(fā)生錯誤的幾率、優(yōu)化工作環(huán)節(jié)、減少質(zhì)量事故的發(fā)生。因此，本院針對電子煎藥主要從醫(yī)生開藥方、審方、調(diào)劑藥物、復(fù)核、煎煮藥物、包裝配送、科室或者患者簽收等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管?；诖?，本文將主要研究構(gòu)建電子煎藥全程控制的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行合理的分析以及策略，開展高質(zhì)量的電子煎藥。

1 電子煎藥壺的基本概述

智能電子煎藥壺作為日本生產(chǎn)的第一臺煎藥壺，其深受中國傳統(tǒng)文化的熏陶，且近幾年越來越多的中藥在國外被應(yīng)用臨床治療中，且設(shè)計(jì)出的電子煎藥壺種類比較繁多。但是，此種煎藥壺與傳統(tǒng)的煎藥壺存在較大的差異，當(dāng)前的煎藥壺則具有更多的功能。電子煎藥壺設(shè)計(jì)目的就是要實(shí)現(xiàn)全自動煎藥，本設(shè)計(jì)在開始煎藥前，需做好兩樣準(zhǔn)備，一根據(jù)中藥份量定好加水量，確保中藥全被浸泡在水中，二是設(shè)定好三個時間。其中定時時間根據(jù)使用者喝藥時間決定，浸泡時間和小火煎藥時間則根據(jù)中藥種類及份量進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)設(shè)備開始工作時，先根據(jù)使用者設(shè)置水量自動進(jìn)水，然后根據(jù)設(shè)定的浸泡時間浸泡藥物，之后自動轉(zhuǎn)為大火煎藥狀態(tài)，將壺內(nèi)中藥燒至沸騰（為安全起見，本設(shè)計(jì)假設(shè)95 攝氏度為沸騰狀態(tài)），再根據(jù)設(shè)定的時間來進(jìn)行小火煎藥，當(dāng)預(yù)定時間到時，系統(tǒng)停止工作，進(jìn)入下一狀態(tài)。

本次軟件編程，選擇用C 語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，先將整個系統(tǒng)細(xì)化，再將各個模塊分部分，由分部分做起，逐一完成設(shè)計(jì)要求，最后將所有部分結(jié)合在一起，完成這個系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心，它可以通過編寫代碼來實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，最后保證整個系統(tǒng)能夠按照規(guī)定要求進(jìn)行工作。此設(shè)計(jì)的想法是利用單片機(jī)結(jié)合各種種類的傳感器，例如溫度水位等，從而可實(shí)現(xiàn)對電子煎藥壺的設(shè)計(jì)。溫度采集模塊由DS18B20 來實(shí)現(xiàn)，其功能是檢測實(shí)時水溫，將結(jié)果傳送到控制系統(tǒng)。單片機(jī)可以根據(jù)溫度值來判斷當(dāng)前狀態(tài)（從安全方面著想，設(shè)定本系統(tǒng)的沸騰溫度為95 攝氏度），并指揮其他部分繼續(xù)工作。時間設(shè)定模塊的功能是在設(shè)備工作前對三個時間進(jìn)行設(shè)定，使用者可根據(jù)飲用藥時間和藥性來分別進(jìn)行設(shè)置。供電模塊就是通過電源和USB 接口提供電。自動注水模塊的功能是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動進(jìn)行加水及停止加水，用戶可以根據(jù)中藥量自己設(shè)置相應(yīng)的加水量。

本系統(tǒng)根據(jù)繼電器和水泵來實(shí)現(xiàn)此功能，當(dāng)用戶所設(shè)置的時間到時，設(shè)備自動進(jìn)行加水，加至用戶所設(shè)置的加水量時，設(shè)備自動停止加水?；鸷虻淖兓瘎t通過兩種器件來實(shí)現(xiàn)。液晶顯示模塊作用是顯示各個信息，使得使用者可以實(shí)時了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，電子煎藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用LCD12864 來實(shí)現(xiàn)。水位檢測模塊利用傳感器來實(shí)時檢測水位，根據(jù)水位的不同高度，改變設(shè)備的狀態(tài)。

圖1：電子煎藥壺整體設(shè)計(jì)框圖

溫度傳感器是該模塊中不可缺少的組成部分，其性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能，因此溫度傳感器的選擇非常重要，本設(shè)計(jì)中需要的傳感器必須可以實(shí)時檢測到水溫，且可以將此信息傳送到單片機(jī)中，DS18B20 可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的全部要求，所以本設(shè)計(jì)模塊中選擇它作為該模塊元件。此傳感器在與微處理器之間通信時僅需要一個引腳就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信；體積小、測量系數(shù)范圍廣、測量精度很高；用戶可以自行設(shè)計(jì)報警的上限和下限；工作電源可以在遠(yuǎn)端引入進(jìn)來，也可以由寄生電源產(chǎn)生；當(dāng)電源接反時設(shè)備不會被燒毀，但是此時設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)要求的功能。從上述特征中可以看出，DS18B20符合本設(shè)計(jì)要求。

2 電子煎藥壺系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概括

本系統(tǒng)由單片機(jī)、采集溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器、火候轉(zhuǎn)換控制的可控硅、檢查水位的濕度傳感器、水泵和繼電器組成的注水部分、LCD 液晶顯示屏和時間設(shè)定七大部分組成，本設(shè)計(jì)是分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過對每個模塊的設(shè)計(jì)后，整合各個模塊，然后完成對整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。電子煎藥壺整體設(shè)計(jì)框圖如圖1。

單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心，它可以通過編寫代碼來實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，最后保證整個系統(tǒng)能夠按照規(guī)定要求進(jìn)行工作。此設(shè)計(jì)的想法是利用單片機(jī)結(jié)合各種種類的傳感器，例如溫度水位等，從而可實(shí)現(xiàn)對電子煎藥壺的設(shè)計(jì)。溫度采集模塊由DS18B20來實(shí)現(xiàn)，其功能是檢測實(shí)時水溫，將結(jié)果傳送到控制系統(tǒng)。單片機(jī)可以根據(jù)溫度值來判斷當(dāng)前狀態(tài)（從安全方面著想，設(shè)定本系統(tǒng)的沸騰溫度為95 攝氏度），并指揮其他部分繼續(xù)工作。時間設(shè)定模塊的功能是在設(shè)備工作前對三個時間進(jìn)行設(shè)定，使用者可根據(jù)飲用藥時間和藥性來分別進(jìn)行設(shè)置。供電模塊就是通過電源和USB 接口提供電。自動注水模塊的功能是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動進(jìn)行加水及停止加水，用戶可以根據(jù)中藥量自己設(shè)置相應(yīng)的加水量。本系統(tǒng)根據(jù)繼電器和水泵來實(shí)現(xiàn)此功能，當(dāng)用戶所設(shè)置的時間到時，設(shè)備自動進(jìn)行加水，加至用戶所設(shè)置的加水量時，設(shè)備自動停止加水?；鸷虻淖兓瘎t通過兩種器件來實(shí)現(xiàn)。液晶顯示模塊作用是顯示各個信息，使得使用者可以實(shí)時了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在我的設(shè)計(jì)中用LCD12864 來實(shí)現(xiàn)。水位檢測模塊利用傳感器來實(shí)時檢測水位，根據(jù)水位的不同高度，改變設(shè)備的狀態(tài)。

3 電子煎藥壺系統(tǒng)方案改進(jìn)概述

當(dāng)確定電子煎藥壺系統(tǒng)方案之后，需對其進(jìn)行一系列的學(xué)習(xí)，并深入研究相關(guān)內(nèi)容，以此根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)書相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。對電子煎藥壺系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的時候，首先需要對核心單片機(jī)進(jìn)行合理的選擇，并通過多次、反復(fù)的對比以及單片機(jī)學(xué)習(xí)，最終選擇STC89C52 作為單片機(jī)控制核心。其次，則需要對電子煎藥壺的溫度檢測部分進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，針對這一部分需要實(shí)現(xiàn)合理的實(shí)時的檢測，并對檢測所得數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，同時將數(shù)據(jù)結(jié)果在顯示屏上顯示出來，當(dāng)電子煎藥壺的溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的沸騰溫度值時（95度），電子煎藥壺能夠自動從大火狀態(tài)轉(zhuǎn)為小火狀態(tài)，并將溫度傳感器DS18B20 作為這一系統(tǒng)的模塊核心。檢測水位主要是通過土壤濕度傳感器實(shí)現(xiàn)，其能夠根據(jù)水位高低進(jìn)行報警和加水，報警功能則通過蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。光耦合器結(jié)合可控硅調(diào)節(jié)火候大小，本設(shè)計(jì)有三種火力狀態(tài)，分別為大火燒水、小火煎藥和保溫狀態(tài)。LCD液晶顯示屏可以顯示各種信息，方便使用者觀察煎藥狀態(tài)。

方案改進(jìn)一：溫度、水位、顯示、火力模塊不用改動，在時間設(shè)置模塊新增對定時時間的設(shè)置功能，本設(shè)計(jì)中的定時時間指的是對設(shè)備開始工作時間的設(shè)定，使用者可以通過喝藥的時間來自由設(shè)置煎藥壺開始工作時間，方便使用者喝藥，定時時間設(shè)計(jì)是通過核心單片機(jī)中的定時器2 完成的。

方案改進(jìn)二：在方案一的基礎(chǔ)上，新增自動注水模塊，自動注水模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是，可以給設(shè)備自動進(jìn)水，設(shè)計(jì)為通過水泵和繼電器使得設(shè)備可以進(jìn)行自動進(jìn)水，當(dāng)水量達(dá)到壺中土壤傳感器的探頭時，自動停止進(jìn)水。

方案改進(jìn)三:通過設(shè)計(jì)方案二，系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，但在操作過程中存在一些問題，如進(jìn)水量完全由土壤濕度傳感器探頭位置決定，需要使用者在每次煎藥前，手動調(diào)整土壤濕度傳感器探頭位置，操作比較麻煩，因存在的問題，經(jīng)再三考慮，提出方案三，方案三是進(jìn)水量不與探頭位置有關(guān)，使用者根據(jù)藥性自己設(shè)置進(jìn)水量，在注水過程中，達(dá)到設(shè)定注水量時，自動停止注水。

本次電子煎藥壺系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)以下相關(guān)功能：

（1）設(shè)備可以根據(jù)使用者自己設(shè)置的水量進(jìn)行自動加水和停水；

（2）對溫度進(jìn)行實(shí)時采集，經(jīng)單片機(jī)處理后在顯示屏上顯示出來，使得使用者更方便了解溫度情況；

（3）可以實(shí)現(xiàn)火力的自動轉(zhuǎn)換，設(shè)定三個不同狀態(tài)，用發(fā)光二極管顯示狀態(tài)信息，各個狀態(tài)之間可自動進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)真正的全自動煎藥；

（4）可實(shí)現(xiàn)三個時間的設(shè)定，智能方便，節(jié)約使用者時間；（5）防干燒功能的完善，可以檢測煎藥壺中水位的高低，并根據(jù)水位的高低來判斷設(shè)備是否報警并進(jìn)入保溫狀態(tài)；

（6）利用液晶顯示屏顯示各模塊信息模塊的代碼，能夠顯示各狀態(tài)信息，方便使用者觀察設(shè)備運(yùn)行情況。

但是，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也存在部分技術(shù)難點(diǎn)，其主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）時間控制需完成三個時間的設(shè)定，其中定時功能需可以控制整個系統(tǒng)的開始時間。

（2）如何將單片機(jī)和傳感器進(jìn)行結(jié)合，保證溫度、水位等信息的傳遞，使得單片機(jī)可以控制整個系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。

（3）防干燒功能的完善，防干燒需要做到根據(jù)水位的實(shí)時高度，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)水位降低時及時報警，并改變設(shè)備的狀態(tài)。

（4）設(shè)備可以自動進(jìn)行火力調(diào)節(jié)，真正實(shí)現(xiàn)全自動智能煎藥。

4 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本文選擇STC89C52 作為核心控制器，其存在的多方面特性很適合做本設(shè)計(jì)的核心器件，例如存儲空間充裕，方便使用者使用、32 個通用的I/O 口、可直接使用串口進(jìn)行下載、看門狗設(shè)計(jì)，能夠防止程序進(jìn)入死循環(huán)等。并且，單片機(jī)的最小系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：電源電路、復(fù)位電路、晶振電路。

溫度傳感器是該模塊中不可缺少的組成部分，其性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能，因此溫度傳感器的選擇非常重要，本設(shè)計(jì)中需要的傳感器必須可以實(shí)時檢測到水溫，且可以將此信息傳送到單片機(jī)中，DS18B20 可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的全部要求，所以本設(shè)計(jì)模塊中選擇它作為該模塊元件。此傳感器在與微處理器之間通信時僅需要一個引腳就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信；體積小、測量系數(shù)范圍廣、測量精度很高；用戶可以自行設(shè)計(jì)報警的上限和下限；工作電源可以在遠(yuǎn)端引入進(jìn)來，也可以由寄生電源產(chǎn)生；當(dāng)電源接反時設(shè)備不會被燒毀，但是此時設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)要求的功能。從上述特征中可以看出，DS18B20符合本設(shè)計(jì)要求。

而時間設(shè)定模塊則是由S1～S4 四個按鍵組成，四個按鍵與單片機(jī)相連。在設(shè)備工作前，需要先進(jìn)行時間設(shè)置，需要提前設(shè)定的時間有三個，分別是定時時間、浸泡時間和小火煎藥時間。定時時間決定這設(shè)備開始工作的時間，本設(shè)計(jì)中采取倒計(jì)時方法，利用單片機(jī)中的定時器2 實(shí)現(xiàn)定時功能；浸泡時間和小火煎藥時間由藥物成分決定，使用者可根據(jù)藥物特性自由設(shè)定。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)以及社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，當(dāng)代人們的生活節(jié)奏也在逐漸增快，越來越多的患者對醫(yī)院內(nèi)的中藥服務(wù)推出了更多的需求。傳統(tǒng)的中藥煎煮過程中存在一系列的問題，嚴(yán)重影響患者最終服用藥物的效果，無法滿足患者更高的中藥服務(wù)需求?；贏T89S52 單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)的測量、處理、輸出形成閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)PWM 脈沖占空比的加熱方法，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，可根據(jù)用戶的實(shí)際需要設(shè)定溫度，溫度測量和熱效應(yīng)達(dá)到了令人滿意的結(jié)果，快速上升時間，超調(diào)量小，控制精度達(dá)到0.2℃，模塊也可應(yīng)用于其他溫度控制中的應(yīng)用。