基于STC89C52的脈動真空滅菌器控制系統的研究

摘要： 在此主要敘述以STC89C52單片機為核心的脈動真空滅菌器控制系統的設計，給出了系統的實現原理、硬件組成及相應的軟件設計。在滅菌過程中，采用Fuzzy?PID混和算法對溫度進行非線性控制。利用該系統的智能化軟件可方便地實現對脈動真空滅菌器的自動化控制。該系統在消毒滅菌的過程中，可以實時顯示參數和圖形化顯示滅菌過程，還可以儲存所需要的所有參數及打印等功能，同時還采取了軟、硬件抗干擾措施。實驗表明該系統提高了滅菌器的控制精度，功能齊全且實用性強，可以安全運行，實現了滅菌器的自動化工作過程。

關鍵詞： STC89C52； Fuzzy?PID混和算法； 控制精度； 滅菌器

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0066?03

現在人們生活水平提高了，人們更加的關注醫療滅菌消毒。在90年代中期，國內研制了一種新型滅菌設備——脈動真空滅菌系統。該系統采用了先進的脈動真空技術，其滅菌效果良好，因此在醫院供應室、制藥廠、手術室及科研部門被廣泛應用 [1?3]。目前國內外出現了各式各樣滅菌器控制系統，本文根據這一現狀，開發了一種由單片機控制的脈動真空滅菌控制器。利用FUZZY? PID混和控制算法，通過控制滅菌溫度、壓力和時間等主要工藝參數，可以對多種物品進行快速有效地滅菌，例如包裹類、器械類等。該系統上位機視圖監控軟件采用VC++6.0來編寫，通過采用串行通信接口，可以實現遠程監控的功能。同時具有實時參數顯示、消毒滅菌過程參數存儲及打印等功能。該控制系統符合現代電子產品自動化、智能化、模塊化、人性化的設計要求且人機界面友好。

壓力傳感器采用的電流型傳感器ETL?200?375系列。該產品提供4～20 mA電流輸出，體積小、質量輕，適合于安裝空間受限場合。ETL?200?375M系列供電電壓（28±4） V DC。采用美國RURR?BROWN公司生產的精密電流環接收器芯片RCV420，可將壓力傳感器4～20 mA的電流直接轉換成0～5 V的電壓信號，經A /D轉換送單片機，完成對壓力的采集。壓力采集轉換電路如圖4所示。其中A/D部分采用美國TI公司生產的多通道、低價格的模/數轉換器TLC1543。它是10位逐次逼近式A/D轉換器，測量范圍為0～5 V。采集的數字信號，經過數字濾波變換后，通過通信電路傳到PC機上顯示，并且與設定的溫度等參數進行比較，得到誤差與誤差變化率，可以提供后續控制的依據。開關量輸入電路的主要作用是：在滅菌的過程中，用來判斷高溫高壓容器的密封門開關和門限位開關的開與關。開關量輸入電路的主要作用是：控制各個固態繼電器的通與斷，來控制所有的數字閥門的通與斷，從而達到控制滅菌器內外的溫度和壓力作用。

2.3 通信電路

該部分電路主要作用是實現對滅菌器的遠程控制與診斷，首先控制系統通過發送的命令和數據來對滅菌器進行各種控制；在通過上傳的當前的溫度與壓力等各種工藝參數來實時的反映滅菌的詳細情況。硬件電路使用的芯片是處理器STC89C52和MAX232。因為考慮到通信速度和傳送距離的問題。采用RS 232C標準進行單向數據傳輸時，最大數據傳輸速率為20 Kb，最大傳送距離為15 m，滿足不了遠距離的控制。改用RS 485標準傳輸大幅度提高，最大傳輸距離為300 m，降低數據傳輸速率，可傳輸的距離可達到1 200 m。基本上滿足要求。

3 系統的軟件設計

該系統的軟件分為2個部分，一部分是C51的單片機程序；另一部分是VC++的上位機程序，采用C語言來進行程序的編寫[6]。其設計思想是：采用劃分程序模塊的方法，先進行各個模塊的設計和調試，從而使程序更有條理性。采用自上向下的程序設計方式并采用中斷方式和CPU聯系，使整個系統的模塊化增強。從而提高了系統的可靠性。

3.1 系統的主程序設計

3.2 定時中斷程序設計

定時中斷程序是整個系統的核心，整個控制都在定時中斷中完成。在整個設計中設置定時中斷100 ms，在中斷中完成溫度和壓力的測量，完成排除真空、升溫、恒溫滅菌、排空氣、干燥、結束等滅菌過程。其中排除真空主要是使滅菌器內部盡量是真空狀態，可以根據需要設置脈動次數；蒸汽通過進汽閥門進入，從而使滅菌器內的溫度慢慢上升，在溫度上升的過程中，使用模糊控制算法，當溫度升到132 ℃，開始采用PID控制算法。

進入恒溫滅菌階段，滅菌時間6～20 min自行設置，但不宜過長。達到恒溫時間后自動轉入干燥過程。干燥過程結束后，打開進汽閥門，直到滅菌過程全部結束。定時中斷流程圖如圖6所示。

3.3 滅菌控制系統上位機監控程序設計

4 FUZZY? PID混和控制算法

5 結 語

本文介紹了一種可靠性高的滅菌器控制系統，其滅菌過程是全自動化的。該系統可以根據用戶不同的滅菌要求來靈活的設置滅菌器的各種工作參數，使滅菌器的應用得到大大的擴展。在滅菌消毒過程中，本文使用了先進的控制理論方法，使溫度上升的過程得到優化，從而使滅菌過程的壓力、溫度和時間得到精確控制，使滅菌效率得到大大的提高，因此具有很高的性價比。

參考文獻

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