基于STM32与机智云的智能蜡疗机

摘要: 随着物理疗法在慢病治疗中的效果获得认可, 传统的石蜡疗法被广泛应用在医院的理疗科。目前, 蜡疗机的制蜡方法虽已趋于成熟, 但仍存在制蜡效率低下、功耗大、不够智能等问题, 因此有必要对蜡疗机的制蜡效率及智能化程度进行研究。以STM32微控制器为核心, 结合G510通信模块, 对蜡疗机的硬件系统进行优化设计;通过机智云物联 开发技术, 对蜡疗机进行控制和通信。 试验结果表明, 与现有产品相比, 该系统减少了制蜡时间、降低了蜡疗机的功耗, 实现了蜡疗机的物联 控制。该研究为进一步完善蜡疗机的功效提供了设备基础, 对蜡疗机的广泛应用具有积极促进作用, 对今后利用石蜡疗法进行理疗大数据的挖掘与应用具有重要意义。 0 引言 经过优化, 将融蜡和保温组合在一起, 设计了具有融蜡、蜡饼保温功能的自动化一体机[3- 5]。其不仅大大降低了主观因素对制蜡过程的影响, 而且在蜡饼成型的过程中使用了带温度传感器的可调温恒温箱, 可以准确设置蜡饼在使用时的温度, 提高了热疗效果。然而蜡饼成型过程所耗时间过长, 严重降低蜡疗机的工作效率和性价比, 同时不支持远程无线控制, 也无法支持融入物联 , 以及为规模应用与医疗大数据提供支撑. 因此, 本设计在当前热销智能蜡疗机的基础上, 通过智能化控制恒温箱侧门开闭, 以减少液体蜡饼成型时间来降低功耗;增加了物联 模块, 并使用机智云开发平台开发了移动客户端控制程序, 以支持远程控制、显示与云端数据存储与共享。 1 整体设计方案 本设计主要由融蜡箱、注蜡系统、恒温箱、控制系统组成。融蜡箱是采用水融蜡原理将固体蜡融化为液体蜡的场所, 其下部的加热棒通过加热融蜡箱下部的水, 使与水接触的蜡慢慢融化。水融蜡方式不仅可以增加医用石蜡的使用寿命, 而且可以防止因加热棒直接加热固体蜡导致局部高温而造成石蜡燃烧等意外事故的发生[7]。注蜡系统主要由杂物过滤器、推杆电机、注蜡管和开关阀门组成。 在注蜡阶段, 液体蜡通过杂物过滤器后进入注蜡管, 并通过打开的注蜡阀门流入相应的蜡盘内。恒温箱是医用石蜡由液态凝固为略高于人体体温且具有可塑固体石蜡的场所。在融蜡过程结束之后、注蜡之前, 系统会将恒温箱升至59 ℃左右, 防止注蜡管中凝蜡和蜡在盘中凝蜡不均导致的溢出[8]。控制系统由传感器、控制板、工业屏幕和控制输出部分组成。微控制器通过接收温度传感器、水位 警传感器、开/关门检测传感器的信 , 判断当前设备运行状态并作出相应的决策。 系统整体框图如图1所示。

图1 系统整体框图 2 硬件电路设计 智能蜡疗机的硬件电路部分主要由STM32最小系统、电压变换电路、数据存储电路、温度传感器、水位/开门/关门检测器、输出控制器电路和TTL-485信 转换电路组成。 2.1 主控电路设计 主控电路由以STM32F103C8T6为核心的微控制器和**电路构成。该控制器是一款基于ARM Cortex- M 内核STM32系列的32位的微控制器, 程序存储器容量为64KB, 工作电压为2～3.6 V, 可在-40～85 ℃温度下工作[9- 10]。其具有33个I/O接口和3个USART通信接口, 可以满足连传感器、控制器和G510通信模块的需求。 2.2 供电电路设计 考虑到控制侧门开关和注蜡阀门的推杆电机皆为24 V供电, 因此系统采用24 V供电, 并通过降压得到12 V、5 V和3.3 V, 以满足触摸屏和不同芯片对电压的需求。其中, 24 V转12 V降压芯片采用3 A电流输出降压开关型集成稳压电路LM2576- 12 V。该芯片与电容、电感组成的降压电路产生的12 V电压可以满足为工业触摸屏供电的要求。12 V转5 V降压芯片采用输出为1 A的集成稳压芯片LM4805。5 V转3.3 V采用AMS1117- 3.3 V正向低压降稳压器。供电电路设计如图2所示。

图2 供电电路设计图 2.3 水位/开/关门检测传感器 智能蜡疗机融蜡过程采用水溶蜡原理, 当融蜡箱内含水较少时, 可能出现局部温度达到蜡燃点导致火灾的严重后果, 因此需要对融蜡箱设置最低水位 警。而开门/关门检测传感器能够检测在运行中侧门的开关状态并判断部分运行故障。水位检测传感器信 接收电路如图3所示。 当水位低于最低 警刻度时, 传感器输入信 线与输出信 线导通, 光电耦合器发射管工作使接收二极管导通, 微控制器的PB5端口电位拉低, 触发相应外部中断提醒融蜡箱缺水并进行 警。开/关门检测传感器采用限位开关检测侧门的打开关闭状态。当侧门打开/关闭后, 触动相应的限位开关并使其导通, 其信 接收原理与水位信 接收原理一致。

图5 自动运行模式流程图 3.4 现场应用 本设计的智能蜡疗机在盘锦市某医院理疗科进行了4个月的试运行。传统蜡疗机和智能蜡疗机每天分别制蜡30盘、运行12h、待机12h。记录其平均制蜡时间、石蜡寿命和功耗, 如表1所示。

由表1可以看出, 蜡疗机的平均制蜡时间由原来的4h缩减到2h。其主要原因是在蜡饼成型阶段, 液体蜡进入恒温箱后引起恒温箱温度上升,封闭的恒温箱使得温度下降缓慢。传统制蜡技术忽略这一特性使得蜡饼成型过程较长, 而智能蜡疗机通过控制侧门的不断开闭使恒温箱温度快速降低,从而减少蜡饼成型时间。 医用石蜡的使用寿命由原来的两个月增加到三个月, 蜡疗机功耗降低了40%。其主要原因是智能蜡疗机在非制蜡状态下, 水箱采用间歇性加热技术, 使石蜡温度始终略高于最低熔点温度, 不仅降低了设备功耗, 而且延长了石蜡使用寿命。 4 结束语