气液密闭循环中药熏洗仪设计

摘要：为了使保证中药熏洗过程的密闭循环以及长时间温度恒定，进而提高熏洗疗效，设计研制了一种自动熏洗仪。对该自动熏洗仪进行结构设计、控制系统硬件设计和软件设计，使其具备熏蒸、熏洗和洗浴功能。控制系统采用主从式两级MCU控制方式，设计有输入／输出、通信、人机交互以及保护等功能模块。该自动熏洗仪经临床验证药液温度控制精度可达±0．5℃；熏蒸室温差保持±1℃内；在洗浴时药液循环利用，满足了洗浴非间断性和保持药效，并具有全身、密闭、防交叉、操作方便、系统稳定性好、设计合理等特点。
关键词：熏洗仪；循环系统；密闭循环；MUC控制

0 引言
    中药熏蒸疗法是我国传统中医学的主要外治疗法之一，因其对风寒湿痹、通调气血、祛风除湿、清热解毒、消肿止痛、疏风止痒等病疗效显著为中药临床医生所青睐。由于熏洗疗法主要是通过热量和药物共同作用，因而传统的熏洗方法存在很大的局限性；药液熏蒸的密闭性不好，有效药液蒸气得不到循环利用；洗浴药液温度不易控制，不能保证恒定温度，使热量和药液有效成份向病变部位充分渗透。
    针对传统中药熏洗疗法的缺陷，自行研制出一款新型的自动熏洗仪。该系统以STC系列单片机为核心，能够根据用户的不同要求自动调节药液、熏蒸室的温度、能依据病情调节最佳的治疗时间，并且药液、药蒸气循环都在一个密闭的环境内。

1 自动熏洗仪的功能
    自动熏洗仪是集熏蒸、洗浴、熏洗三大功能于一身的现代化中药熏蒸仪器。它可以自动加水用于稀释药液，自动控制药液、熏蒸室的温度在预设范围内、能按照用户的意愿实现自动熏蒸和洗浴。它可以无人值守式工作，也可进行远程监控工作。
    (1)熏蒸功能：按照用户所预设的要求进行自动加冷、热水稀释药液，当药液的温度符合要求时启动气泵，进行熏蒸。在熏蒸过程中熏蒸室的温度通过加热器来保证恒温。
    (2)洗浴功能：熏蒸室温合适时，用户进入熏蒸室。自动熏洗仪就开始有序地加冷、热水稀释药液，当药温达到要求时启动蠕动泵进行洗浴。自动熏洗仪控制洗浴的温度偏差范围为±0．5℃，以防烫伤用户。
    (3)熏洗功能：它是依次调用了熏蒸功能和洗浴功能。

2 自动熏洗仪的结构设计
    自动熏洗仪在结构上为了在满足各功能要求的基础上实现自动化，因此各功能部件的排放要紧凑、合理。

    自动熏洗仪有药液和药蒸气两大封闭式循环系统。
    药液循环系统流程为：
   
    熏蒸室的温度是依靠加热器来保持恒温。

3 控制系统的设计
    自动熏洗仪是一款自动程度较高的熏蒸仪器，他包括了熏蒸、洗浴、熏洗等三大功能模块。因此要满足自动化程度高、功能多的要求，该系统采用主从式的两级MCU控制方式把各功能模块分摊于具有一定自主逻辑功能的IC上。系统共有输入／输出、通信、人机交互、以及保护等功能模块。
3．1 控制系统的I／O分配
    据系统的功能要求，在冷水箱和热水箱里分别有温度传感器和水位传感器；在药箱有温度传感器及称重传感器；在熏蒸室里有温度传感器，因此共计7个数据采集部分。而输出部分分别需要控制热水箱加热，以及对冷水箱和热水箱成比例配水阀的控制；熏蒸室加热，及熏蒸需要的气泵控制和洗浴需要的蠕动泵控制，因此共计6个输出控制。如图2所示。

3．2 通信部分
    该系统核心由控制面板和驱动主板组成，因此他们之间存在着通信。系统的通信是采用MCU的串口直接进行通信，由于两控制板之间距离较长所以采用了隔离升压的方式，同时两板之间采用工作同步的复位电路。如图3所示。
3．3 命令输入及状态指示部分的驱动
    自动熏洗仪须在运行之前。要对药液的温度、药重，时间进行预设或者调整，以及出现紧急情况时的暂停和排除故障后继续进行工作等命令的输入。因此共计13种命令的输入，以及8种状态的指示。因此为了减轻MCU的工作负担，采用BC7281进行此部分的命令采集及传递工作。BC7281与MCU的连接如图4所示。

3．4 数据保存功能
    自动熏洗仪是中药熏蒸疗法的理想使用仪器，又由于不同的用户参数要求变化范围不大。所以为了减轻操作人员的工作量，也对该系统的自动化程度更高的要求。所以每次开机要具有继承性，以及在调电后，要有数据保存的功能。
    因此在这种要求的情况下，该控制系统采用了具有数据保存、看门狗等作用集于一体的X5045。X5045与MCU的连接如图5所示。

4 软件设计
    系统软件的编制是基于KEIL编程环境的。该软件可实现测试、在线编程、运行诊断等多种功能，并具有友好的用户界面。系统涉及到温度传感器18B20初始化、BC7281的初始化及其与MCU的通信、主从MCU的通信、以及输出驱动程序等较多的编程点。由于温度、药液的重量等不会突变，可以进行分时采集。所以整个软件系统可以采用分时分段循环的编程思想。这样不仅使得运行程序稳定，而且动作响应及时。程序流程如图6所示。

5 结语
    自动熏洗仪经临床验证，以其独特的恒温保持系统，药液、药蒸气密闭循环系统，满足了中药熏蒸疗法所需的合理温度，以及有效药液的循环利用。该自动熏洗仪作为一款全身、密闭、防交叉的中药熏洗仪器：药液温度控制精度可达±O．5℃；温差保持±1℃内的熏蒸室；在洗浴时药液循环利用，满足了洗浴非间断性和保持药效；以及操作方便、系统稳定性好、设计合理等特点已在中药熏蒸疗法界得到广泛的应用。