電子煎藥全程控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

李利花 袁欽

（南昌大學共青學院 江西省共青城市 332020）

現(xiàn)階段，電子煎藥項目逐漸成為各個醫(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量，幫助患者更好的進行保健以及治療，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、調劑藥物、復核、煎煮藥物、包裝配送、科室或者患者簽收等多個環(huán)節(jié)進行監(jiān)管。基于此，本文將主要研究構建電子煎藥全程控制的系統(tǒng)進行設計，并對其進行合理的分析以及策略，開展高質量的電子煎藥。

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用臨床治療中，且設計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，當前的煎藥壺則具有更多的功能。電子煎藥壺設計目的就是要實現(xiàn)全自動煎藥，本設計在開始煎藥前，需做好兩樣準備，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)中藥種類及份量進行設置。當設備開始工作時，先根據(jù)使用者設置水量自動進水，然后根據(jù)設定的浸泡時間浸泡藥物，之后自動轉為大火煎藥狀態(tài)，將壺內(nèi)中藥燒至沸騰（為安全起見，本設計假設95 攝氏度為沸騰狀態(tài)），再根據(jù)設定的時間來進行小火煎藥，當預定時間到時，系統(tǒng)停止工作，進入下一狀態(tài)。

本次軟件編程，選擇用C 語言對單片機進行編程，先將整個系統(tǒng)細化，再將各個模塊分部分，由分部分做起，逐一完成設計要求，最后將所有部分結合在一起，完成這個系統(tǒng)的總體設計。單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，它可以通過編寫代碼來實現(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)定要求進行工作。此設計的想法是利用單片機結合各種種類的傳感器，例如溫度水位等，從而可實現(xiàn)對電子煎藥壺的設計。溫度采集模塊由DS18B20 來實現(xiàn)，其功能是檢測實時水溫，將結果傳送到控制系統(tǒng)。單片機可以根據(jù)溫度值來判斷當前狀態(tài)（從安全方面著想，設定本系統(tǒng)的沸騰溫度為95 攝氏度），并指揮其他部分繼續(xù)工作。時間設定模塊的功能是在設備工作前對三個時間進行設定，使用者可根據(jù)飲用藥時間和藥性來分別進行設置。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實現(xiàn)設備自動進行加水及停止加水，用戶可以根據(jù)中藥量自己設置相應的加水量。

本系統(tǒng)根據(jù)繼電器和水泵來實現(xiàn)此功能，當用戶所設置的時間到時，設備自動進行加水，加至用戶所設置的加水量時，設備自動停止加水。火候的變化則通過兩種器件來實現(xiàn)。液晶顯示模塊作用是顯示各個信息，使得使用者可以實時了解設備的運行狀態(tài)，電子煎藥系統(tǒng)設計中用LCD12864 來實現(xiàn)。水位檢測模塊利用傳感器來實時檢測水位，根據(jù)水位的不同高度，改變設備的狀態(tài)。

圖1：電子煎藥壺整體設計框圖

溫度傳感器是該模塊中不可缺少的組成部分，其性能直接關系到系統(tǒng)的性能，因此溫度傳感器的選擇非常重要，本設計中需要的傳感器必須可以實時檢測到水溫，且可以將此信息傳送到單片機中，DS18B20 可以實現(xiàn)設計的全部要求，所以本設計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；用戶可以自行設計報警的上限和下限；工作電源可以在遠端引入進來，也可以由寄生電源產(chǎn)生；當電源接反時設備不會被燒毀，但是此時設備不能實現(xiàn)要求的功能。從上述特征中可以看出，DS18B20符合本設計要求。

2 電子煎藥壺系統(tǒng)方案設計概括

本系統(tǒng)由單片機、采集溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器、火候轉換控制的可控硅、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定七大部分組成，本設計是分模塊進行設計的，通過對每個模塊的設計后，整合各個模塊，然后完成對整個系統(tǒng)的設計。電子煎藥壺整體設計框圖如圖1。

單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，它可以通過編寫代碼來實現(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)定要求進行工作。此設計的想法是利用單片機結合各種種類的傳感器，例如溫度水位等，從而可實現(xiàn)對電子煎藥壺的設計。溫度采集模塊由DS18B20來實現(xiàn)，其功能是檢測實時水溫，將結果傳送到控制系統(tǒng)。單片機可以根據(jù)溫度值來判斷當前狀態(tài)（從安全方面著想，設定本系統(tǒng)的沸騰溫度為95 攝氏度），并指揮其他部分繼續(xù)工作。時間設定模塊的功能是在設備工作前對三個時間進行設定，使用者可根據(jù)飲用藥時間和藥性來分別進行設置。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實現(xiàn)設備自動進行加水及停止加水，用戶可以根據(jù)中藥量自己設置相應的加水量。本系統(tǒng)根據(jù)繼電器和水泵來實現(xiàn)此功能，當用戶所設置的時間到時，設備自動進行加水，加至用戶所設置的加水量時，設備自動停止加水?；鸷虻淖兓瘎t通過兩種器件來實現(xiàn)。液晶顯示模塊作用是顯示各個信息，使得使用者可以實時了解設備的運行狀態(tài)，在我的設計中用LCD12864 來實現(xiàn)。水位檢測模塊利用傳感器來實時檢測水位，根據(jù)水位的不同高度，改變設備的狀態(tài)。

3 電子煎藥壺系統(tǒng)方案改進概述

當確定電子煎藥壺系統(tǒng)方案之后，需對其進行一系列的學習，并深入研究相關內(nèi)容，以此根據(jù)項目任務書相關要求進行設計。對電子煎藥壺系統(tǒng)進行改進的時候，首先需要對核心單片機進行合理的選擇，并通過多次、反復的對比以及單片機學習，最終選擇STC89C52 作為單片機控制核心。其次，則需要對電子煎藥壺的溫度檢測部分進行合理的設計，針對這一部分需要實現(xiàn)合理的實時的檢測，并對檢測所得數(shù)值進行計算，同時將數(shù)據(jù)結果在顯示屏上顯示出來，當電子煎藥壺的溫度達到預先設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現(xiàn)，其能夠根據(jù)水位高低進行報警和加水，報警功能則通過蜂鳴器實現(xiàn)。光耦合器結合可控硅調節(jié)火候大小，本設計有三種火力狀態(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)。

方案改進一：溫度、水位、顯示、火力模塊不用改動，在時間設置模塊新增對定時時間的設置功能，本設計中的定時時間指的是對設備開始工作時間的設定，使用者可以通過喝藥的時間來自由設置煎藥壺開始工作時間，方便使用者喝藥，定時時間設計是通過核心單片機中的定時器2 完成的。

方案改進二：在方案一的基礎上，新增自動注水模塊，自動注水模塊主要實現(xiàn)的功能是，可以給設備自動進水，設計為通過水泵和繼電器使得設備可以進行自動進水，當水量達到壺中土壤傳感器的探頭時，自動停止進水。

方案改進三:通過設計方案二，系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)設計目標，但在操作過程中存在一些問題，如進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，方案三是進水量不與探頭位置有關，使用者根據(jù)藥性自己設置進水量，在注水過程中，達到設定注水量時，自動停止注水。

本次電子煎藥壺系統(tǒng)設計可以實現(xiàn)以下相關功能：

（1）設備可以根據(jù)使用者自己設置的水量進行自動加水和停水；

（2）對溫度進行實時采集，經(jīng)單片機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）可以實現(xiàn)火力的自動轉換，設定三個不同狀態(tài)，用發(fā)光二極管顯示狀態(tài)信息，各個狀態(tài)之間可自動進行轉換，實現(xiàn)真正的全自動煎藥；

（4）可實現(xiàn)三個時間的設定，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備是否報警并進入保溫狀態(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，方便使用者觀察設備運行情況。

但是，本次系統(tǒng)設計中也存在部分技術難點，其主要包括以下幾點：

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

（2）如何將單片機和傳感器進行結合，保證溫度、水位等信息的傳遞，使得單片機可以控制整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。

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

（4）設備可以自動進行火力調節(jié)，真正實現(xiàn)全自動智能煎藥。

4 系統(tǒng)硬件部分的設計實現(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計的核心器件，例如存儲空間充裕，方便使用者使用、32 個通用的I/O 口、可直接使用串口進行下載、看門狗設計，能夠防止程序進入死循環(huán)等。并且，單片機的最小系統(tǒng)由三部分構成：電源電路、復位電路、晶振電路。

溫度傳感器是該模塊中不可缺少的組成部分，其性能直接關系到系統(tǒng)的性能，因此溫度傳感器的選擇非常重要，本設計中需要的傳感器必須可以實時檢測到水溫，且可以將此信息傳送到單片機中，DS18B20 可以實現(xiàn)設計的全部要求，所以本設計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；用戶可以自行設計報警的上限和下限；工作電源可以在遠端引入進來，也可以由寄生電源產(chǎn)生；當電源接反時設備不會被燒毀，但是此時設備不能實現(xiàn)要求的功能。從上述特征中可以看出，DS18B20符合本設計要求。

而時間設定模塊則是由S1～S4 四個按鍵組成，四個按鍵與單片機相連。在設備工作前，需要先進行時間設置，需要提前設定的時間有三個，分別是定時時間、浸泡時間和小火煎藥時間。定時時間決定這設備開始工作的時間，本設計中采取倒計時方法，利用單片機中的定時器2 實現(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)藥物特性自由設定。

5 結束語

綜上所述，隨著我國科學技術以及社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，當代人們的生活節(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需求?；贏T89S52 單片機的水溫控制系統(tǒng)的測量、處理、輸出形成閉環(huán)控制，調節(jié)PWM 脈沖占空比的加熱方法，結構簡單，易于實現(xiàn)，成本低，可根據(jù)用戶的實際需要設定溫度，溫度測量和熱效應達到了令人滿意的結果，快速上升時間，超調量小，控制精度達到0.2℃，模塊也可應用于其他溫度控制中的應用。