（电力电子与电力传动专业论文）医用洗片机的开发与研究——微机控制系统的设计.pdf

a b s t r a c t东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t m e d i c a la u t o m a t i cf i l mm a c h i n ei sa na p p r o p r i a t ee q u i p m e n ti nt h ef i l md e p a r t m e n to ft h e h o s p i t a l c o n s i d e r i n g t h ec h a r a c t e ro ft h em e d i c a lt r a d ea n dt h en e e d so ft h ec o n s u m e r t h i st h e s i s f o c u s e so nr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h em e d i c a la u t o m a t i cf i l mm a c h i n e c o n t r o l l e r w h i c hi su s e dt od e v e l o p f i x w a s ha n dd r yt h ex r a yo rt h ec tf i l m t h i sr e s e a r c hi n c l u d e s t e m p e r a t u r em e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n g l c dd i s p l a y i n g c o r em o d u l ec o n t r o l l i n ga n df i l mi d e n t i f y i n g t h i st h e s i sd i s c u s s e sh o wt od e s i g nt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fm e d i c a la u t o m a t i cf i l mm a c h i n e h o wt od e v e l o pt h em a c h i n ew i t hc u r r e n ta d v a n c e de l e c t r o n i ca p p a r a t u s a n dh o wt or e a l i z et h ef u n c t i o n o f t h em a c h i n ea sp l a n t h e r ea r es e v e r a lk e yt e c h n i q u e si nt h ec o n t r o l l e rs y s t e m t h ef i r s ti su s i n gt h e t h y r a t r o nt r a n s i s t o rt oa d j u s tt h ev o l t a g eo nt h eh e a t i n gd e v i c e t h es e c o n di su s i n gt h em i c r o p r o c e s s o rt o c o n t r o lt h ep a r a m e t e r si n p u t t e db yt h eu s e r s t h et h i r di sb r i n g i n gf o r w a r dt h es c h e m e t os a v ee n e r g y w h e nt h em a c h i n ea r ew a r m i n gu p t h i st h e s i sa l s oi n u o d u c et h ea n t i 黼a n dc i r c u i tp r o t e c t i o n 1 下 t h ef i l mm a c h i n ec o n t r o l l e rs y s t e mc g nr u ni nt h er i g h tw a yw i t ht h eh a r d w a r ea n ds o r w a r e b u t a l s ot h e r ea r es o m e t h i n gm u s tb ei m p r o v e di nt h es y s t e m k e y w o r d s im e d i c a la u t o m a t i cf i l mm a c h i n e m e a s u r aa n dc o n t r o lt h e t e m p e r a t u r e t h el c dd i s p l a y f i l mi d e n t i f y i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈变的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意 签名 茎委垒整 日期 竺里 三 关于学位论文使用授权的说明 东南大学 中国科学技术信息研究所 国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致 除在保密期内的保密论文外 允许论文被查阅和借阅 可以公 布 包括刊登 论文的全部或部分内容 论文的公布 包括刊登 授权东南大学研究生院办 理 签名 扭擎翮躲鳓凄日期 以 j 汀 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 如今 各大医院都普遍使用自动医用洗片机对各种医疗影像胶片进行冲洗 其中很大 部 分采用的是进口设备 但是随着国内相关技术地提高 越来越多的医院选择了国产洗片机 但由 于该类洗片机使用的特殊性 使得洗片机的稳定性 安全保障性以及售后服务等各方面都必须得 到保证 另外 电子技术以及计算机相关技术的发展 也给洗片机的设计带来了新的活力 控制 精度越来越高 功能越来越强 性能越来越好 同时显示技术的发展也给人机界面带来革命 所 有这些都给国内厂商提供了广阔地发展空间 当然 不可否认 随着信息时代的到来 数字化 标准化 网络化作业也已经进入医学影 像界 并以奔腾之势迅猛发展 伴随着一些全新的数字化影像技术陆续应用于临床 如c t m r i 数字减影血管造影 正电子体层成像 计算机放射摄影及数字放射摄影等 医学影像诊断 的图像的数字化已逐步成为影像科室的发展趋势 但是鉴于普及性等方面的考虑 普通的胶片存 贮图象还将在一段时间内长期地存在 而且仍然占有巨大的地位 特别是电子技术以及计算机技 术的发展也使得胶片图像技术从摄影到冲洗都得到了巨大提高 1 1 存在的问题 医用洗片机作为医院影像科的必备设备 不管是国外的还是国内的产品 在使用过程中出 现的问题都很多 表现在洗相质量 能源损耗 温度控制和传动装置以及保护电路等方方面面 特别是有些国内产品 质量没有保障 经常出现故障 而国外的同类产品又价格昂贵 不能普 及 例如 现在普遍采用的加热管加热 容易产生电解银沉积 导致加热管堵塞 显影 定影液 流通不畅 药液不能充分浸湿胶片 影响了洗片质量 这些使用问题必须得到妥善地解决 所 以 在研究过程中 对医用洗片机的洗片质量 洗片速度以及安全稳定等性能都应该提出更高的 要求 而且在这些方面都应该提出较为深入的解决方案 在洗片过程中 洗片速度 药液性能 洗相温度一直处于动态的变化之中 这些因素对显 影及定影效果影响较大 而现有的有些型号的自动洗片机往往只是执行固定的流程 或者简单地 响应用户设定 或者简单地响应默认设定 都不能很好得达到最佳的洗片效果 因此 必须合理 的处理好三者之间的关系 在温度控制方面 不少类型的洗片机采用通断控制 虽然也能基本保证显影定影温度在一 定的范围内稳定但是温度的波动还是对洗片质量影响较大 因此 必须提出了较为完善的温度控 制方案 在医院里 为了保证医生能够及时的掌握第一手影像资料 必须确保机器能及时的投入 丁 作 但是 由于将显影液和定影液加热到工作温度需要一定的时间 有些型号的机器在待机状态 也不断的给机器加热 使机器运转 这不仅浪费了大量的能源 而且也增加了机械磨损 减少了 使用寿命 为此必须采取措施 尽量减小不必要的损耗 医用洗片机必须长时间开机 在设计过 程中节能效果也是必须考虑的一个重要方面 1 2 设计任务 本论文将主要围绕医用洗片机的设计和实现展开讨论 针对前面提出的问题以及用户需 求 在洗相质量 能源损耗 片型识别 温度测控以及安全保护等方面做重点研究 吸取现有的 医用洗片机系统的经验教训 并在此基础上完善洗片机控制器系统的设计 其设计任务主要包括 以下几个方面 1 设计高度可靠的温度控制系统 保证显影定影的稳定性 保持显影定影温度在士0 2 度偏 差以内 2 设计完善的循环和补液控制 保证胶片良好的冲洗均匀性 提高洗片质量 在准备期 间 也需洗片机在预定的时间间隔内动作 防止药液沉积 1 绪论东南大学硕士学位论文 3 设计灵活的人机交互接口 简化操作程序 提高系统的自动化性能 4 设计完善的速度控制方案 协调系统洗片温度 洗片速度以及药液浓度三者之间的关 系 使胶片冲洗程度适中 洗片效果良好 5 设计片型检测电路 包括进出片检测和片型检测电路以及相应的运算算法 并在此基础 上 计算洗片总面积 药液消耗量等统计数据 以便系统及时掌握当前洗片套药的使用情况 6 设计系统的统计查询功能 允许用户查询近一个月内冲洗的胶片片型及其数量以及相关 日期等统计数据 7 优化系统的节能方案 在保证系统能及时投入使用的前提下 合理的设计预热措施 并 且使得洗片机待机状态时 水电消耗尽量最小 8 设计系统自检程序 保证用户掌握机器的当前状况 9 软硬件抗干扰技术 容错措施的设计以及保护报警等措施的采用提高系统的整体性能 1 3 本章小结 本章主要阐述了当前现有医用洗片机所存在的问题以及需要改进的方面 简单她揭示了洗 片机系统设计工作的任务 初步提出了系统设计所需解决的有关内容 2 系统总体方案东南大学硕士学位论文 第二章系统总体方案 高质量的医学影像照片是科学诊断的重要依据 医用洗片机更是获取稳定 清晰的影像胶 片的重要环节 目前国内外的医用洗片机的实现方式已经大同小异 但是各厂家在具体细节的处 理方式上却不尽相同 下文将结合设计任务 对其中有代表性的几个方面进行比较分析 并根据 实际情况和用户需求选择合适的解决方案 2 1 系统结构分析 在前面的绪论部分已经提出了系统设计任务 设计过程中始终围绕着这些任务展开讨论 洗片机是一个机电一体设备 设计时不仅要考虑其系统功能 而且要充分注意到它的结构特点 在充分研究了系统需求后 初步得出洗片机的总体机构框图如图2 一 所示 将整个系统分为这 样的几个组成模块 一方面是考虑其功能特点 另一方面也考虑了安装的需要 各模块相互独立 彼此通过通讯接口相互联系 从方框图可以看出 系统班主控模块为核心 其它的温度测控模 块 键盘显示模块 胶片检测模块以及驱动模块都与主控模块直接交换信息 形成控制器系统 因此 洗片机控制器系统将涉及显示 温度测量 温度控制 片型的识别和检测以及电机 泵 阀门的驱动等问题 在系统中 键盘和显示模块安装在控制面板上 直接与用户交互信息 作为 一个独立模块设计是非常必要的 而驱动模块的干扰问题较为严重 将它设计成独立的模块减少 了对系统其它部分的影响 主控模块是系统的核心 负责整个系统的协调统一 数据处理量较 大 将它独立出来 不仅可以保证系统响应速度 也可以使得整个系统的结构更清晰更合理 这 样 系统各部分的功能就相对单一 数据处理量也随之减少 因此 选择8 9 c 5 2 单片机作为各模 块的控制核心 图2 1 医用洗片机结构框图 2 2 方案论证 在本论文中 除了讨论其基本功能的实现之外 还在系统的洗片质量控制 温度测控 逻 辑电路以及安全保障体系等方面做重点的研究 下面分别就这凡个方面作初步的论证 1 质量控制 目前医用洗片机的显影液和定影液都是循环使用的 一旦洗片参数设定 洗片机将以固定 的工作温度 固定的冲洗速度进行工作 随着使用时间的推移 显影液和定影液的活性必定逐渐 衰减 这样就不得不对参数进行调整 1 面对不断变化的活性 现有的大多数洗片机都依赖操作者随时调整相关工作温度和洗 片速度 从而得到相对清晰的洗像效果 这样 操作者的个人经验将成为决定因素 设计简单但 随机性太强 2 合理地组合工作温度和工作时间 根据选取的套药的特点 设定一个基准参数 然后 采用计算冲洗的胶片总面积的方法 随着面积的增大 实验获取最佳的工作温度和工作时间控制 参数表 在洗片过程中自动调整 这样就大大的减少人为因素 当然 操作者一样可以根据洗像 系统总体方案东南大学硕士学位论文 效果做参数微调 但是如何建立合理的参数控制表是一个研究的方向 而且不同品牌的套药的使 用寿命是不同的 就存在参照基的问题需要解决 2 温度控制 洗片机中有显影槽 定影槽 烘干箱多路温度需要控制 还有环境温度需要测量 胶片在 冲洗过程中也需要一个相对稳定的温度工作环境 下面就对加热设备的控制方式展开讨论 1 到目前为止 仍有许多洗片机仍然采用通断控制方法绘加热炉丝供电 实现方式简 单 但是供电电压不连续 在温度控制准确度要求不高的情况下可以使用 2 相对于通断的供电方式 就是使用可控硅控制的连续供电方式 通过对可控硅导通角 的控制实现对输出电压的调节 这种方式下 输出电压连续可调 控制效果好 而且通过选择合 适韵电压模块 可以方便的引入数字控制信号 实现数控 另外 也有厂家直接使用模拟信号控 制的 效果也不错 3 逻辑控制电路 在一般的微机控制系统中 逻辑控制电路是必不可少的 不仅包括c p u 各个外围器件的控 制逻辑 还可能具有一些功能逻辑电路 逻辑电路的设计也是硬件设计重要环节 目前 可以采 用基本的数字集成芯片搭建 也可以使用可编程逻辑器件c p l d 构建 下面对此两着作比较 1 采用单一的数字集成芯片组成相应的控制逻辑 这是以前实现各种逻辑控制信号的主 要方式 原理清晰 易懂 缺点是结构庞杂 制作麻烦 在电路板上占居很大空间 造成资源浪 费 而且调试困难 开发周期长 2 使用可编程逻辑器件c p l d 构成相关逻辑 这种设计方式硬件比较简单 主要逻辑都 是在c p l d 内部实现 编制起来非常方便 而且可以仿真 必要时 无需改变硬件电路就可以根 据实际情况改变输入输出逻辑 4 安全保障体系 医用洗片机使用于医院中 是科学诊断的重要设备 在使用中 需要保证洗片质量和胶片 安全及人身安全 对于超温保护 不仅有测控措施 而且还应该增加了过温保护开关等保护措 施 但是有些型号的医用洗片机在待机时 即使各个槽内药液被排空 仍然可以加热 造成潜在 的危险 其实解决这个问题也很简单 可以增加液位开关 一方面控制液面高度 同时也可以用 来探测药液余量 不增加成本 但保护性能得到明显加强 2 3 总体方案 综上所述 医用洗片机控制系统选择微处理器8 9 c 5 2 与c p l d 的组合逻辑实现智能控制 采用晶闸管器件通过调节导通角的方法连续地调节温度 另外 选用用户设定和系统调整参数相 结合的方式选取工作参数 减少人为因素的影响 追求完美的洗像效果 安全系统增加保护环 节 保障设备的安全运行 根据方案论证的结果以及前面提及的设计内容 整个医用洗片机控制 器系统可以分为主控模块 显示模块 温度测控模块 驱动模块以及进出片检测模块几个功能模 块 分别完成显示 控制 驱动 检测 保护等功能 具体描述如下 1 主控模块 主控模块对进片 出片进行连续监视 进行片型识别 数据统计 时钟管理等功能 并根 据其它子功能模块传送的相关信息 及时准确的调整各种运行参数 包括洗片温度 洗片速度 等 并控制泵 阀 电机的传动 同时还跟显示模块 温度测控模块进行通讯 及时反映当前系 统状态保证系统正常运行 2 显示模块 选择当前流行的图形式液晶显示器件 设计系统的人机界面接口 使用者能够非常容易地 操作洗片机 设计工作包括硬件设计制作 驱动软件编制调试以及菜单构建 键盘扫描等 方便 用户进行参数设定 参数查询 手动自检以及命令传送 此外 还显示当前相关的系统信息以便 用户及时掌握系统工作状况 3 温度测控模块 4 系统总体方案东南大学硕士学位论文 通过串口与主控模块进行数据通讯 接收用户设定的参数 实现对显影槽 定影槽以及烘 干箱的温度的控制 并及时的将相关的温度信息传送到显示模块供用户监视 测量显影槽 定影 槽 烘干箱以及环境温度 经p i d 调节恒定工作温度 4 驱动模块 驱动模块根据主控模块发送来的命令信息 提供各种驱动信号 包括进水阀 出水阀 循 环泵 补液泵 冲洗泵 还有传动电机的控制等 2 4 本章小结 本章主要阐述了对医用洗片机控制器系统进行了需求分析论证 分析了市场上已经出现的 同类产品构建方案的优点和不足 并以此为基础上提出了自己的改进方案 给出了整个系统的总 体框图 并简述了各子模块的功能以及基本实现方式 键盘显示模块的设计东南大学硕士学位论文 第三章键盘显示模块的设计 在洗片机控制器系统中 随着对洗片效果要求的提高以及为了使得用户操作起来更为简单 方便 必须设计人机交互界面 本论文将该功能设计成独立的键盘显示功能模块 键盘显示模块 负责人机交互 承担系统参数设定 统计查询 状态显示等任务 3 1 模块总体结构 键盘显示模块是人机结合的关键 为了提高洗片效果 操作者需要通过键盘设置工作参 数 同时 也是避过液晶显示了解系统当前的工作状况 由此 系统中菜单设计显得尤为重要 当前显示技术已经得到巨大的发展 各种显示模块的使用都非常方便 鉴于本模块的核心采用单 片机8 9 c 5 2 因此在液晶驱动模块的选择上 因该注意液晶驱动模块与单片机的时序匹配问题 这里选择了g m l 2 6 4 1 与单片机连接 接口非常简单 键盘显示模块作为整个系统的 部分必然 与其它部分进行信息交换 因此在功能设计时不仅贾设计键盘 显示还要设计通讯 报警等功 能 模块的结构总体框图如图3 一 所示 键盘显示 图3 1 键盘显示模块结构框图 从结构框图3 1 可以看出 键盘显示模块由显示器件 驱动电路 键盘以及报警通讯等单 元所组成 单片机实现对显示器件的读写 完成菜单 数据 状态 参数以及日历时钟的显示 键盘由一个3 4 行列式键盘系统所构成 供操作者输入命令和参数 进行人机交互 软件上本 模块设计工作的关键在于单片机对液晶显示器件g t 1 2 6 4 1 的驱动以及菜单的实现等 3 2 显示电路的设计 在前面的结构分析中已知模块采用液晶模块实现信息显示 在分析接口电路之前 首先分 析液晶模块接口时序 其时序图如图3 2 所示 e c s l b c s 盟 c s 3 r s d 8 0 7 图3 2 显示接口时序 当选通信号r w i 为读选通 此时在信号e 的高电平期间 内部数据出现在数据口d b o d b 7 允许读数据 当r w o 为写选通 此时在信号e 的下降沿 数据线上的数据被写入 因此 6 键盘显示模块的设计东南大学硕士学位论文 控制液晶模块的控制信号只要由单片机的输出1 3 直接提供就可以了 与单片机接口电路如图3 3 所示 单片机 8 9 c 5 2 图3 3 显示接口 单片机的p o 口和显示模块的数据输入输出口d b 0 d b 7 直接相连 控制信号d i e r w 由p 2 5 p 2 6 1 2 7 给出 工作时可以根据g m l 2 6 4 1 的命令以及引脚功能确定控制端及p 2 口的 信号 当r j w 0 d i 0 时 系统通过区别d b 7 d b 0 口上数据的异同 分别进行开关显示 设 定起始行或者设定显示页 列等工作 当r w i d n 0 时 模块将当前工作状态送到数据线 上 单片机根据数据中包含的信息 确认模块的状态 当r w 0 d i i 时 单片机向显示 r a m 区写数据 当r a v i d i i 时 单片机系统可以读取当前显示r a m 中的数据 由于显示 缓存r a m 中每位数据对应l c d 屏上一个点的亮 暗状态 即 相应的r a m 位为l 时 该点 亮 为0 时 该点暗 因此 在洗片机控制其系统中 只要将需要显示内容通过单片机输出口直 接写入相应的显示缓存r a m 单元就可以实现显示 事实上g m l 2 6 4 1 包含了一片1 2 8 x 6 4 点的液 晶屏 其中1 2 8 列分为左右两个半屏 左毕屏的o 6 3 列和右半屏的6 4 1 2 7 列 而左右两个半 屏共 2 8 6 4 点阵分别对应两块h d 6 2 0 2 提供的r a m 单元的1 2 9 x 6 4 位 每一半屏对应的 r a m 结构如图3 4 所示 r o w l r o w 8 r o w 9 r o w l ya d d r e s s 012 一喝16 26 3 d b 0 fiageo d b 7 d b 0 1 p a g e i d b 7 r o w 6 4 d b 0 page6 d b 7 d b 0 p嘎ge7 d b 7 图3 4r a m 结构图 7 一1 1 1 一6 一7 晶示嘲 鳔一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 l 2 3 d 5 6 7 8 9 5 7 6 0 2 3 4 5 6 7 2 3眩陀弛mmm雕魁 雎陛 键盘显示模块的设计东南大学硕士学位论文 从图上可以分析得出 构成液晶显示屏的1 2 8 6 4 点阵 被分为左右两边 o 6 3 列 6 4 1 2 7 列 具体到一边 又分为6 4 列 6 4 行 而每8 行对应一页 共8 页 在写入数据的时 候 要保证字符编码对应页和列 即 在每一页中字符编码的高位对应r a m 的高位 低位对应 r a m 的低位 表现在l c d 显示屏上 从上至下按0 7 页排列 每一页中 r a m 单元对应位高 位在下 低位在上 前面字节在左 后面字节在右 因此如果设置了页地址和列地址 就唯一确 定了显示r a m 中的一个单元 这样 镦处理器就可以用读 写指令读出该单元的内容或向该单元 写进一个字节数据 命令中d b 5 d b 0 对应o 6 3 列 程序设计时 如果指令使用得当 就可以 实现显示开关 字符滚屏 位置确认等 至于液晶模块的背光l e d a 驱动信号以及亮度调节信号v o 则由图3 5 所示电路给出 其 控制输入b a c kl i g h t 同样由单片机输出口提供 经图示的放大驱动电路作为背光信号 l e d a 图3 5 显示器驱动电路 3 3 晟示软件的设计 在显示模块中 大量的信息以及显示的内容都由主控模块通讯获取 在这个环节上 即使 存在干扰使得数据在传送过程中发生误码 但是由于串口通讯具有完善的校验措施 不会构成显 示错误 但是在设计及调试过程中发现 在单片机对显示缓存r a m 读写数据过程中却常常会发 生误码 使得液晶屏上信息混乱 为了解决这样的问题 在软件上采取以下措旌加以解决 图3 6 循环执行示意图 8 一雪审 一 一 键盘显示模块的设计东南大学硕士学位论文 如图3 6 所示 在主流程中 引入 写显示缓存 环节 将系统r a m 区中的显示数据 重复的写到显示缓存中去 这样即使出现了一次写缓存错误 也会在下一次重复写的过程中得到 修复 不影响显示效果 但是 由于写缓存就相当于显示刷新 刷新频率不当会造成液晶屏的闪 烁 这一点也是需要在编程中合理解决的 3 3 1 软件主流程 键盘显示模块是人机交互通道 完成用户命令输入功能 同时 各种信息也通过液晶显示 屏向用户展示 其主流程如图3 7 所示 该模块主委功能包括键盘扫描 键处理 菜单显示 统计数据的显示 通讯等 为了保证程序的稳定执行 各功能子程序都尽量采用循环执行的方 式 并且对子程序中的一些重要数据都作重点保护 重复使用 这样 即使程序在运行过程中受 到了外在干扰或着由于其它原因出现偏差 子程序也可以在短时间内重新运行时修复错误 提高 了系统的稳定性 系统中 数据通讯采用中断的工作方式 图3 7 键盘显示模块主流程图 3 3 2 程序结构 显示程序跟液晶显示器件联系相对紧密 随着选择的液晶模块型号的不同 其设备驱动有 较大的差异 虽然本洗片机键盘显示模块所选液晶模块型号固定 但是为加强程序的可移植性 能 程序设计时吸收了嵌入式程序结构的特点 将程序分成应用程序 接口程序 驱动程序几个 组成部分 将应用程序跟硬件部分分离开来 应用程序不需直接跟硬件打交道 使得程序结构更 加清晰 编写更加容易 图3 8 说明了l c d 模块程序方框图 应用程序只要选择提供的相应的 接口程序 就可以根据要求显示相应的内容 由有关显示模块硬件的介绍可知 液晶显示屏分为左右两块 分别由两片h d 6 1 2 0 2 驱动 所以程序的液晶驱动程序对显示r a m 区及有关寄存器的读写也分为左右两部分 由此 l c d 驱 动程序也由左右两组命令写和数据写子程序组成 p r l 0 0 写指令代码子程序 左 p r l 0 写显示数据子程序 左 e r r 0 0 写指令代码子程序 右 p r r l 0 写显示数据子程序 右 9 键盘显示模块的设计 东南大学硕士学位论文 c l e a r 清显示r a m 区子程序 接口子程序直接调用硬件驱动程序 为系统应用程序提供应用程序接口 这样 应用程序 无需了解硬件结构 只要提供相应的接口参数 入口条件就可以完成对硬件器件的操作 在显示 模块上 体现在菜单显示以及查询程序等应用程序中 下面列出了几个主要的显示接口子程序 c c w 显示一个汉字子程序 p r o c h i n al c d 显示任意行数汉字子程序 c wp r o 显示一个西文字符子程序 t n tw o r dd i s 0 初始化字予程序 w e s tl c 0 0 数字显示子程序 c u r s o r s i g n 显示光标符号子程序 显示接口程序 显示驱动程序 c c w p r c wp r p r l 0 i 显示相关 i n t w o r d d i s c w e s tl i n e p r l 应用程序 c h i n al c d p r r 0 砸s tu c d p r r l c u r s o rs i g n 图3 8l c d 显示程序方框图 应用程序接口程序的存在 避免了应用程序直接操作硬件 使得在编写应用程序的时候 只要通过接口函数应用程序就能了解有关摄示方面的内容 当然 在使用接口程序前也必须给出 入口条件 有了显示接口程序 在编写显示相关的应用程序的时候 就显得灵活自如了 在该模块的 软件系统中 跟显示有关的程序有很多 包括菜单显示程序 查询显示程序 查询指令程序 日 历时间显示程序以及参数显示程序等 对于菜单程序 本系统只提供二级下拉式菜单 每当用户 通过键盘操作 选择某一个菜单命令行以后 程序自动查找该命令行的属性单元 了解该属性情 况 根据属性单元提供的资料 判别有无下级菜单 若有 有几级 显示下级菜单 若无 则执 行该命令 3 3 3 显示驱动的实现 经过以上对显示模块地软硬件原理的分析 这里将结合写显示数据子程序 左 p r l l o 介绍 显示模块的c p u 对液晶单元驱动过程 由于液晶显示屏的1 2 8 列分由两片h d 6 4 2 0 2 控制 分为 左右两屏 因此 在对显示屏的相关显示缓存进行读写的时候要通过有关片选设定接口弓l 脚 c s i c s 2 选择左右屏 由程序可以看出 这里设定c s i 0 c s 2 1 即选择了左半屏 另外前 面已经提过使得di 0 r w 1 液晶模块将当前工作状态送到数据线上 其中 设定e l 确 定读使能 单片机此时读取液晶单元的控制单元的内容 根据其数据中包含的信息 确认模块的 状态 如果液晶模块不忙 就可以进行写r a m 的操作了 注意 液晶模块是在 e 的下降沿 将数据写入内部缓存的 具体程序如下 p r l l s e t bc s a c l rc s b c l rdi s e t b r w p r l 1 m o vp o 0 f f h s e t be o 键盘显示模块的设计 东南大学硕士学位论文 m o va p 0 c l re j ba c c 7 p r l l1 s e t bdj c l rrw m o vp o d a t s e t be c l re r e t 3 4 功能综述 洗片机的液晶显示是由单片机通过控制液晶显示控制单元来完成的 负责显示多级菜单内 容 统计信息 状态信息以及系统信息 本系统设计有两级菜单 第一级主菜单包括 工作参数 设置 统计参数查询 工作状态设置和控制命令设定四项 在洗片机工作的过程中 允许操作者 根据系统运行情况对相应工作参数进行调整 特别的 洗片温度和洗片速度的变化对洗片效果有 较大的影响 因此 该类参数的设定尤为重要 根据系统实际需要 温度参数设定包括显影 定 影和烘干温度的设定 预热和工作温度是不同的 这样区分保证系统的显影定影槽以及烘干箱温 度能够及时地从待机状态转到工作状态所需温度 另外 洗片速度分为四级 在命令菜单中选 择 至于统计数据查询主菜单下 也附有多个命令选项 包括洗片累计数 片型累计数 日洗片 统计 日洗片统计以及药液用量等 在洗片机控制系统中 还在单片机的p 1 口设计了一个3 4 的行列式键盘供操作者输入命 令和参数 现简要的说明几个主要功能键 1 b a c k l i g h t 键 控制液晶显示器的背光键 2 m e n u e n t e r 键 菜孽 确认键 3 u p 键 数据加一或菜单向下移动键 4 d o w n 一 键 数据减一或菜单向上移动键 5 s t a r t s t o p 键 系统启动和停止键 6 e s c 键 退出键 7 p a g e 键 系统信息转换键快速查询当前信息 总之 键盘显示模块为使用者提供了一个方便简洁的操作平台 整个模块即为一个小型的 完整的智能控制系统 有输入输出单元 有控制中心单元 还有通讯单元等 在整个洗片机控制 系统中占据着重要的地位 既能够跟使用者直接对话 也能够跟系统的主控模块进行信息交换 简化了系统结构 丰富了系统功能 3 5 本章小结 本章具体的描述了键盘显示模块工作原理 重点从软硬件两个方面分别对显示单元进行阐 述 硬件上 本模块主要是由单片机8 9 c 5 2 实现对显示单元g m l 2 6 4 1 的驱动 论文中对其控制 原理做了论述 软件上 论文主要论述其程序结构 在本章的最后还将软硬件结合起来 通过对 一个具体的驱动软件实例的具体分析 说明了系统硬件逻辑协调工作的时序 温度测控模块的设计东南大学硕士学位论文 第四章温度测控模块的设计 在前面的章节中已经提及 洗片机系统洗片质量很大程度上取决于显影槽 定影槽工作温 度的稳定 在一定的洗片速度和药液浓度基本不变的情况下 工作温度决定了药渡的活性 只有 保证其在稳定的范围内波动才能使胶片冲洗均匀 得到较好的洗片效果 另一方面 随着药液浓 度或者洗片速度的变化 显影定影槽的工作温度也应该随之而调整 当系统本身或者操作人员调 整了温度参数的时候 如何保证系统中显影 定影以及烘干温度及时稳定在目标温度也是非常重 要的 在医用洗片机控制器系统中 与温度相关的包括显影槽 定影槽 烘干箱的预热温度和工 作温度的稳定以及环境温度的测量 4 1 温度测控模块方案 4 1 l 硬件结构 该模块选择先进的温度检测器件d s l 8 b 2 0 根据该器件的传送协议 读取当前温度 设定 报警温度极限 钡i 鬣和控制显影槽 定影槽 烘干箱的实时温度 通过串口跟主控模块进行数据 通讯 接收用户设定的或缺省的相关参数 实现对显影槽 定影槽 烘干箱的温度控制 并及时 的将相关温度信息送到显示模块供用户监视 单片机对所测得的温度数据经相关处理后得到对应 的控制信号 如图4 一j 所示 该模块包括智能核心 p i d 调节 f v 转换单元 晶闸管电源单 元 通讯单元等 图4 1 温度检测模块 4 1 2 软件流程 为保证洗片效果医用洗片机必须在恒温环境中进行 而且对温度的准确度和稳定性均有较 高的要求 采用d s l g b 2 0 测温器件能够准确的测量洗片机各槽的工作温度 通过p i d 调节 及 时准确地调整系统的加热供电电压 使温度恒定在规定的工作范围之内 其系统主流程如图4 2 所示 图4 2 温度模块主流程图 1 2 温度溅控模块的设计 东南大学硕士学位论文 主循环中 系统连续读取当前温度值 并发送至主控模块 这样的结构方式有助于修复系 统因干扰等原因发生读数或者通讯出错 当某一次循环过程中程序的执行输出量出现了错误 在 系统还没有来褥及响应的时候就在是一次循环执行中修改过来 降低了系统故障率 当然 在系 统串口通讯中也安排了校验 这样就形成了双重保险 另外 在前面硬件介绍时已经提及 对 d s l 8 8 2 0 读数时 采用了c r c 校验 所有这些措施都有效的增加了系统的可靠性 4 2 温度测量的实现 温度测量的关键是选择合适的温度传感器 选择合适的测量方式 在本系统中 虽然显影 定影烘干等工作温度的稳定程度要求较高 但是温度变化范围不大 因此在器件的选择上有较大 的余地 对于测量方式 可以根据器件的不同而作适当的调整 充分莉用所选器件测量性能 4 2 1 温度传感器的选择 温度传感技术被广泛应用于工业测量以及各种重要的计算机应用场合 传统上热敏电阻是 最常见温度传感元件 而随着集成温度传感器的推出 a d 5 9 0 d s l8 8 2 0 等测温器件更是得到了 广泛的运用 特别是数字温度传感器将传感器和数字化功能集成在一芯片内 这种芯片的数字输 出级在最后出厂前都经过试 以排除误差来源 设计时如何作出正确的选择将视具体情形而定 下面对几种温度传感器作简单的比较 1 热敏电阻 在小范围内测量度 例如体温计 热敏电阻具备输山微调能力 配合外加线路 可以得到 精确的读数 另一方面 使用熬敏电阻时为了达到一致的精度 需对每批熟敏电阻或每颗热敏电 阻进行调校 然而集成温传感器在出厂时即完成测试 保持了系统生产时的稳性 因此 在测量 温度准确度要求不商的情况下可以使用热敏电阻 2 a 1 5 9 0 a d 5 9 0 是a d 公司利用p n 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器 这种器件在被测温度一定时 相当于一个恒流源 该器件具有良好的线性和互换性 测量精度 高 荠具有消除电源波动的特性 a d 5 9 0 是电流型温度传感器 通过对电流的测量可得到所需要 的温度值 工作范围是 5 5 c 5 5 a d 5 9 0 的输出电流与绝对温度成正比绝对温度每上升 1 k 输出电流上升1 a 但是由于其输出为电流 在使用时必须设计一个电流 电压和绝对 摄氏 温度的转换电路 而且调试较为麻烦 3 d s l 8 8 2 0 d 1 8 8 2 0 是d a l l a s 公司生产的一线式数字温度传感器 可以产生九到十二位的数字数 值 只通过一根数据线跟主机串行通讯 d s l 8 8 2 0 数据传送只有一根数据线 读写数据以及温度 转换所需电源也可以由该数据线提供 寄生电源 当然也可以由电源供电 每一个d s l 8 8 2 0 都有一个唯一的系列号 因此 多个d s l 8 b 2 0 可以连接在一根输入输出线上 不会相互混淆 主 机可以根据系列号识别 使得多点温度检测得到简化 最重要的是 只要将d s s b 2 0 输出的数 字值稍加变化就可以得到具体的测量温度 无需其它电路 简化了电路设计 根据以上的分析 结合本系统的测温的特点 选取d s l 8 1 3 2 0 作为温度测量传感器 其原理 框图如图4 3 所示 该温度传感器具有四个数据部分 位的激光r o m 温度灵敏元件 存贮 器和非易失性温度报警触发器t h 和t l 以及一个配置寄存器 该器件的驱动电源来自于内部寄 生电容 当信号线处于高电平的时候 电容充电 另外 也可以采用3 到5 5 伏的外部电源供 电 其中 6 4 位的激光r o m 的前8 位是单线产品的系列编号 接着的4 8 位是唯一的系列号 后面的8 位是r o m 的c r c 校验值 d s 8 8 2 0 对r o m 提供了五种操作指令 r e a dr o m m a t c hr o m s k i pr o m s e a r c hr o m a l a r mr o m 这些命令针对6 4 位的r o m 操 作 如果一条信号线上有多个d s l 8 8 2 0 也可以由这些命令识别 d s l 8 8 2 0 的存储器由一个有9 个字节的高速暂存r a m 和一个非易失性电可擦除的e e r a m 组成 后者是存储高温和低温触发器t h 和t l 以及配置寄存器 9 字节r a m 的第一和第二字节 温度测控模块的设计东南大学硕士学位论文 为温度数据寄存器 第三和第四字节为t h 和t l 第五字节为配覆寄存器 第六 第七和第八字 节保留 第九字节为r a m 的c r c 值 d q卜刊存曼 与控制逻辑 z 内部电源端 上 啪 鲋缝嘲 高速暂存器 l1 r 7 一线端口 乡z l v d d 叫t 啦技器 i 电源检测卜 c r c 校验 l 一 配置寄存嚣 4 2 2 硬件接口的设计 图4 3d s l 8 8 2 0 框图 在温度测控模块系统中 需要测量显影槽 定影槽 烘干箱和环境温度四路温度 因此选 择了四个d s l 8 8 2 0 作为输入 在硬件接法上 有两种可选方法 寄生电源供电接法和外部电源 供电的接法 图4 3 的方框图中揭示了传感器的寄生电源电路 在这个电路中 无任是d q 呈现高电平 还是v d d 呈现高电平 都可以对电容充电 对与d q 来说 只要高电平维持时间足够长 就可 以提供足够的电能 这就使得无需外部电源也可以保证传感器工作 对于寄生电源接法来说 当 温度变换发生的时候 为了保证总线上有足够的驱动能力 必须使用一个m o s f e t 把总线直接 拉至电源 同时 v d d 接地 每次完成一个温度转换或者存储器拷贝 都必须至少将d q 线接入 高电平1 0 u s 以上 如图4 4 所示 图4 4d s l 8 8 2 0 寄生电源接法 如果使用外部电源则无需强行上拉一线总线 主机就无需在温度转换期间强迫一线总线 d q 保持高电平了 如图4 5 所示 这就允许器件在进行温度变换时也可以传送数据 这样就允 许多个温度传感器可以同时接到一根数据线上 独立工作而不相互干扰 1 4 温度测控模块的设计 东南大学硕士学位论文 图4 5d s l 8 8 2 0 采用外部电源的接法 本系统就采用外部电源的接法 在温度测控系统中 四个温度传感器d s l 8 8 2 0 采用外部电 源供电 分别测量显影槽 定影槽 烘干箱和环境温度 单片机8 9 c 5 2 的p 2 0 p 2 1 p 2 2 p 2 3 分别作为四路单线总线 分别连接在四个d s l 8 8 2 0 的数据通讯脚d q 上 单片机访问温度 传感嚣 将所读得的温度数据经数字滤波及相应处理后作为p i d 调节的输入量 最终由p 2 4 p 2 5 p 2 6 口输出 4 2 3 测量精度的提高 前面的介绍中可以了解 传感器的温度数据寄存器由两个字节组成 分别存放温度值的高 位和低位 结构如图4 6 可以看出d s l 8 1 3 2 0 的分辨率可达2 口丑王工e 口 筹 她由 单位 ci 曲 符号经 图4 6 温度数据寄存器 设定1 2 位 在这一点上 d s l 8 8 2 0 与以前的d s l 8 2 0 相比具有了较大的改进 虽然两者在实现原理上 是一致的 但是通过比较就会发现 两者的高速暂存r a m 的意义由所不同 在d s l 8 2 0 中原有 的计数剩余值和每度计数值两个r a m 单元在d s l 8 8 2 0 中由一个配置寄存器所取代 这 变化的 理论依据如下 在d s l 8 2 0 中为温度数据寄存器中存放的是精确到o 5 度的温度值 正常使用时 读取的温 度值只能精确到0 5 度 但是由于可以通过读取 计数剩余值 和 每度计数值 两个r a m 单 元的数据可以了解温度的舍入情况 根据下式可以获得较为精确的值 强际 数一o 2 5 0 c 拟每度一彤剩余 每廑 而在改进的传感器中 将该运算方式已经集成到传感器中 提供一个配置寄存器选择分辨 率 系统中 要提高温度传感器的输出精度 可以设定温度传感器转换位数为1 2 位 其配置存 储器由一个字节构成 位数如图4 7 所示 m s bl s b 图4 7 配置寄存器 温度测控模块的设计 东南大学硕士学位论文 该寄存器是用来设定分辨率的位数的 r 1 r 0 0 0 表示精确到9 位 r r 0 一0 1 表示精确到1 0 位 r 1 r 0 1 0 表示精确到1 1 位 r 1 r 0 一11 表示精确到1 2 位 这样 只要合理的设定配置寄存器的值就可以改变测量精度 但是精度的提高却是以牺 牲测量转换时间为前提的 本系统中对时间的要求不甚严格 因此选择r 1 r 0 i 精确到1 2 位 4 2 4 通讯误码的解决 误码的原因主要来至于四个方面 1 总线时序与其内部控制器的冲突 2 总线受至4 外部干扰的影响 3 引线的分布电容 分布电感引起波形畸变和延迟增大 4 主机定时误差大或者中断等因数影响了正常的命令和读写时序 在上述的几个方面 除了第一点无法控制 第二和第三点都可以通过缩短引线长度 增加 屏蔽和接地等方式减少误码来源 而第四点必须在程序编写过程中引起足够的重视 下面将就误 码问题作探索性的讨论 误码总要产生 误码影响一般有两种方法 无校验法和校验法 1 无校验法 无校验法可采用渐进法 中值法 1 渐进法 假定主机中的温度值放在一个变量一y 中 首先 给y 赋一个初值 然后 每读到 二个新豹 温度值 设为x 就与y 比较 当读到的温度新值x 大于y 时 y 就增加一个小步距 y 反 之 就减少一个ay 这样当出现误码时 只会造成y 以 y 为单位向真实值逼近过程中 出现 一个小跳动 如果 y 取值较小 偶然有误码也感觉不到 这种方式只适合主机与d s l 8 8 2 0 距 离较近 误码率低的场合 2 中值法 主机每读到三个温度值的时候 傲一次处理 去掉最大值和