基于STM32制造的電仿秘方火炙研發(fā)

梁敏琦　黎先強　姚飛翔　崔更申　陳榕煒

【摘 要】本文將傳統(tǒng)的秘方火炙技術與現(xiàn)在先進的嵌入式系統(tǒng)技術結合起來，采用了電加熱的方法，研究基于STM32制作的電仿秘方火炙技術，使得測量的數(shù)值更加精確，設備控制的溫度更準確。在整個控制系統(tǒng)中，主控芯片STM32F103C8T6通過分析反饋回來的溫度信息來輸出相應的PWM值給電機驅(qū)動，從而間接地控制加熱模塊的輸出功率，同時會將溫度值顯示到OLED上。同時，主控芯片還可以接收紅外遙控信號，從而確定輸入的遙控器鍵值，進而設定相應的溫度。

【關鍵詞】電加熱；秘方火炙；STM32F103C8T6；紅外遙控信號

0 引言

隨著人們生活水平的提高，人們?nèi)找嬲J識到健康的重要性。在科技快速發(fā)展的今天，實現(xiàn)將智能科學和數(shù)據(jù)化處理融合入醫(yī)療設備當中，使得治療過程更精確化，減少醫(yī)患之間的矛盾變得尤其重要。

前期我們也略為了解了一下市場，發(fā)現(xiàn)沉寂多年的中醫(yī)術漸漸地又被人們重視。越來越多的病患長期服用西成藥物，身體機能出現(xiàn)毒副作用。中醫(yī)以其治標治本的理念，不僅治好了頑疾而且對身體不會產(chǎn)生副作用。現(xiàn)在越來越多的醫(yī)院開始重視火療這種傳統(tǒng)的治療手段。越來越多的人依靠開理療會所而發(fā)家致富。在這種情形下，減少實行中醫(yī)術的危險性變得十分重要。如果將電仿火炙技術推廣，那么就會有更多人受益。

電仿火炙是根據(jù)傳統(tǒng)秘方火炙的作用原理，結合現(xiàn)代電子技術，開發(fā)出的一種能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)火炙的新型治療儀器。使用STM32F103C8T6作為主控芯片，控制加熱片在8v以上的電壓下進行加熱。溫度傳感器感知溫度變化，將溫度傳回到主控芯片當中，主控芯片將相應的參數(shù)傳輸?shù)絆LED顯示屏上，并且調(diào)節(jié)加熱片加熱情況，實現(xiàn)加熱片的溫度在一個可調(diào)節(jié)的溫度上下小額度的波動，直到趨于穩(wěn)定。

1 電仿火炙原理

電仿秘方火炙儀器是在傳統(tǒng)火炙儀器的基礎上，結合現(xiàn)代醫(yī)療器械的發(fā)展趨勢，改良而來的新型理療器械。電仿秘方火炙儀器的治療原理與傳統(tǒng)火療器械相同，都是采用多種名貴通經(jīng)活絡藥酒，結合人體全身的穴位特點來打通經(jīng)絡。使用電熱來驅(qū)使人體表面的溫度升高，加速藥水滲入體內(nèi)，促進體內(nèi)氣的流動，進而達到人體內(nèi)的氣流正常運轉(zhuǎn)，人體內(nèi)的經(jīng)絡正常連通的目的。用陶瓷加熱片作為產(chǎn)熱源，STM32作為核心的控制芯片，通過溫度傳感器來檢測溫度，使得溫度控制在一個合理的范圍，例如50℃左右。加熱片的溫度由STM32來控制，STM32對反饋回來的溫度進行分析，從而控制陶瓷加熱片的輸出功率，進而使溫度保持恒定。

2 系統(tǒng)方案設計

2.1 主要模塊介紹

本電仿秘方火炙技術的溫度控制系統(tǒng)是由許多模塊組成的，它們之間的相互作用使得整個系統(tǒng)有條不紊的運行，分別為：主要芯片控制模塊、紅外遙控模塊、溫度檢測模塊、加熱模塊、電機驅(qū)動模塊、顯示模塊和供電模塊。

在這些模塊當中，主要芯片STM32控制模塊是整個系統(tǒng)的核心。供電模塊主要是給STM32和加熱模塊供電，而其它模塊都是受STM32驅(qū)動與控制，紅外遙控模塊將脈沖電平信號傳回STM32，溫度檢測模塊將當前溫度反饋到STM32，電機驅(qū)動模塊將占空比電壓提供給加熱模塊。它們之間的關系如下圖1所示

圖1

2.2 主要模塊選擇

在該溫度控制系統(tǒng)中選擇的器件如下：主控芯片選擇STM32F103C8T6，溫度傳感器選擇DS18B20，加熱片選擇陶瓷加熱片，顯示模塊選擇OLED液晶顯示屏，紅外模塊選擇NEC協(xié)議的紅外遙控器，電機驅(qū)動選擇MOS管驅(qū)動，供電模塊由3節(jié)18650電芯組成。

2.2.1 主要芯片控制模塊

在主要芯片控制模塊當中使用的芯片是STM32F103C8T6，該模塊主要是驅(qū)動和控制其他模塊，并且接收其他模塊給它提供的信息。

STM32F103C8T6是F1系列中資源相對較少的一塊芯片，但是其體積小，并且其所擁有的資源已足夠提供整個控制系統(tǒng)的使用，故選擇該型號芯片作為整個系統(tǒng)的主控芯片。

2.2.2 紅外遙控模塊

本模塊的功能是通過遙控器鍵入鍵值，然后通過紅外發(fā)射管將信號發(fā)射給紅外接收管，之后再由主要芯片控制模塊處理。

這次設計選擇的紅外遙控模塊使用的是NEC協(xié)議的紅外遙控器。由于STM32所有型號都具有PWM，故選擇NEC協(xié)議的遙控器。

2.2.3 溫度檢測模塊DS18B20

該模塊的功能是檢測加熱片的溫度，然后將溫度信息傳回給主要芯片控制模塊，而溫度檢測的頻率是受主要芯片控制模塊控制的。

溫度傳感器采用DS18B20，具有體積小，硬件成本低，抗干擾能力強，精度高的特點。DS18B20是直接傳回數(shù)字數(shù)據(jù)，STM32所要做的工作就是采集，所以這樣的溫度檢測大大地提高了其穩(wěn)定性，所以使用DS18B20溫度傳感器作為穩(wěn)定檢測。

2.2.4 加熱模塊

該模塊的功能是加熱，而加熱所需要的電能是由電機驅(qū)動提供，而電機驅(qū)動的輸出電壓與主要芯片控制模塊的PWM值成正比。加熱部分選擇方形陶瓷加熱片，壽命長、熱響應時間短、加熱均勻、高效節(jié)能。

2.2.5 電機驅(qū)動模塊

因為STM32引腳的最大輸出電壓為3.3V，3.3V的電壓是無法驅(qū)動加熱模塊的，所以通過電機驅(qū)動模塊來間接給加熱片供電。

電機驅(qū)動模塊選擇MOS管驅(qū)動，能承受電流的很大。MOS驅(qū)動具備開關速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動功率低等優(yōu)點。

2.2.6 顯示模塊

該模塊主要是顯示設定溫度和當前溫度，而顯示的相關信息是由STM32提供。顯示模塊選擇0.96寸的OLED液晶顯示屏，能夠漢字，其要求顯示的區(qū)域大小剛好適合設計要求。

2.2.7 供電模塊endprint

該模塊主要是給STM32（3.3V或5V）和電機驅(qū)動供電（5V和12V）。供電模塊由3節(jié)18650電池串聯(lián)成12V電壓組成。

3 性能指標

（1）溫度控制范圍：50℃左右，控制精度：±0.2℃；

（2）溫度給定跳變2℃時，調(diào)節(jié)時間≤60S，超頻≤0.5℃；

（3）對給定溫度、實測溫度進行實時顯示；

（4）利用紅外遙控器進行溫度設定；

（5）擁有斷電記憶，在控制過程中突然斷電，重新上電后原來的控制過程不受影響。

4 硬件設計

核心控制芯片電路設計如下圖2所示

圖2

4.2 紅外遙控模塊

紅外接收用的是NEC協(xié)議，脈沖寬度調(diào)制。NEC碼的位定義：一個脈沖對應560us的連續(xù)載波，一個邏輯1傳輸需要2.25ms（560us脈沖+1680us低電平），一個邏輯0的傳輸需要1.125ms（560us脈沖+560us低電平）。而遙控接收頭在收到脈沖的時候為低電平，在沒有脈沖的時候為高電平，這樣，我們在接收頭端收到的信號為：邏輯1應該是560us低+1680us高，邏輯0應該是560us低+560us高。

4.3 BOOT模式選擇

圖3

表4

在電路設計上無SRAM存儲，顧將BOOT1連接于GND，由BOOT0來選擇程序啟動與程序下載。如圖4.3所示，用跳帽將2與3連接即可開串口下載模式，將2與1連接即可讓程序啟動。

4.3 溫度檢測模塊

DS18B2是一種“一線總線”接口的溫度傳感器，其數(shù)據(jù)是以數(shù)字方式傳輸，直接讀出被測溫度。

4.4 OLED顯示模塊

OLED采用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為IIC，IIC總線是一種兩線式的串行總線，它由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構成串行數(shù)據(jù)，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

5 總結

本文所介紹的與傳統(tǒng)的火炙技術相比，具有溫度讀數(shù)準確，控制加熱片加熱溫度精確，紅外遙控等特點，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。醫(yī)生就可以根據(jù)不同的病人的病癥，采用不同的治療手段，并且通過客觀的溫度變化來識別病癥，使得火炙技術更為科學和客觀性，減少醫(yī)患糾紛和降低醫(yī)學失誤的幾率。這樣就可以為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更方便的火炙設施，讓數(shù)字化和智能化更好地為人類服務。

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