智能煎药包装机原理和技术实现

摘 要：本文介绍了智能煎药包装机的原理，软硬件的设计和功能介绍。硬件采用恩智浦LPC1788控制器，uC/OS-II系统实现多任务自由切换，保证了事件处理的高实时性。UC/GUI为7寸触摸屏提供友好的操作界面，一键式设置后无需人员留守看护，从煎药到包装智能完成，完成后进入待机状态，待系统重新上电或是触摸触发进入正常工作状态。

关键词：触摸屏；功率控制；双向可控硅；智能；界面友好；自动切断高压电路

中图分类号：TB48 文献标识码：A

1 系统的原理和功能介绍

1.1 基本原理

目前，市场上大多数的自动煎药包装机煎药完成后还需要手动按键包装，整个过程需要工作人员不断的去监控，很大程度上增加了人力成本，同时由于人员监控的时间耽误会带来不必要的一些麻烦，甚至是安全隐患。正是基于以上原因，本设计采用主流的32位LPC1788作为主控，采用触摸屏提供良好的人机接口和友好的操作界面，方便设置各种参数，同时提供动态监控界面。主控工作频率高达120MHZ，利用定时器产生方波，不同的占空比控制双向可控硅实现功率输出的控制，实现不同火力的控制，达到与传统熬制中药同等药效的效果。包装机采用单向电容运转异步电动机，利用减速器变速后实现中药的包装。包装轴温利用双向二极管测量，在220度范围内工作稳定，性能可靠。

1.2 系统功能

1.2.1 参数可设置，可动态监控。参数保存在SPI 存储器中，系统断电后会有上次使用的参数，便于下次参考使用或是直接使用，节约了设置参数的时间。

1.2.2 7寸液晶显示采用UC/GUI图形窗口提供良好的界面，直观设置各种的参数，同时显示实时数据，便于动态监控。

1.2.3 自动报警功能，当仪器故障时，会自动断开高压部分电路，同时蜂鸣器一直蜂鸣报警，让系统更加安全。

1.2.4 包装电路采用双向可控硅控制单向电容运转异步电动机的正转和反转。热合电路采用加热管，利用双向可控硅控制加热管的关停，使温度稳定在设置的热合温度上下1度以内。

1.2.5 光电检测（计袋）电路，采用发射接收对管，利用主控的IO端口动态检测接收管的导通和关断，实现计量包装袋数的目的。

1.2.6 注入中药量控制电路，利用中药的导电性，在中药中加入两个电极，通过检测电极的电平实现控制中药的注入量的目的。

1.2.7 多机控制的目的是实现多锅同时煎药的目的，是对系统的一种扩展。

2 硬件电路

硬件电路基本框图如图1。

硬件电路设计的基本思想是：在满足系统功能和可靠性的情况下，尽可能的降低成本。由于本系统需要提供友好的显示界面和及时的触摸信息处理，所以采用了LPC1788控制器。LPC1788是恩智浦推出集成LCD图像控制器的ARM Cortex-M3微控制器，是NXP 半导体针对各种高级通讯，高质量图像显示等应用场合而设计的一款具有高集成度，以Cortex-M3 为内核的微控制器，该微控制器包含有LCD 控制器，10/100 的以太网EMAC，USB 全速Device/Host/OTG 控制器， CAN 总线控制器，SPI，SSP，IIC，IIS 以及外部存储控制器EMC 等资源，特适用于工业控制和医疗系统的应用场合。

2.1 显示界面

显示界面采用7寸的触摸屏，主控本身有自带的LCD控制器，可以高效的实现对显示屏的控制，显示屏采用800×480的分辨率的TFT屏。触摸屏的数据采集采用AD7843。AD7843数字转换器在一个12位逐次逼近式比较寄存器（SAR）ADC架构上集成了用于驱动触摸屏的低通阻抗开关。这些器件不使用内部基准电压，当以大于125kSaps的吞吐率运行时的最大功耗小于1.4mW。它们还带有10KeV到12KeV的模拟输入ESD保护，增强了抗ESD能力，以避免关键的内部系统元件损坏。使用单2.2V到5.25V的电源工作。AD7843串行接口的一次完整操作需要24个DCLK.，前8个脉冲接收8位的命令，并在第6个脉冲的上升沿开始采样，从第9个脉冲开始进入转换阶段，输出12位采样值，转换结束进入空闲阶段。直到24个DCLK结束，CS置高电平，一次测量结束。

2.2 SPI存储电路

存储电路采用华邦系列的SPI存储器，选用W25X40BVSNIG，可以存储煎药时间，煎药火候，包装数量，包装的注入中药量，热合包装的温度，以及一些报警和标定参数。

2.3 煎药电路和热合电路

采用双向可控硅的导通和截止，双向可控硅采用BT136-200系列的可控硅，在门级信号为低电平时，可控硅导通，加热盘处于加热状态；在门级电路为高电平时，可控硅截止，加热盘处于截止状态。 同样，在控制热合门级信号为低电平时，同样热合加热管处于加热状态，反之加热管处于关闭状态。

2.4 中药药温检测电路

中药药温检测采用LM35温度传感器，直接利用主控的A/D控制器进行采集，12位的AD精度，可以保证采集温度0.5℃，完全可以满足系统的需求。

2.5 包装电路

包装电路，采用单向电容运转异步电动机，一个正转一个反转，正转电机带动包装袋转动，反转电机主要用于切断包装袋。

2.6 热合温度检测

热合温度检测采用双向二极管，利用

，在不同的温度下，本征激发不同，多子和少子的运动产生的电流不同，本身的电阻也在发生变化，在电路中的分压值也就不同。利用下面的运放放大电路，达到信号的采集的目的。

2.7 光电检测（计袋）电路

采用发射接收对管，利用接收管的导通和截止达到计量包装中药袋的目的。

3 软件设计

3.1 软件采用UCGUI和uC/OS-II系统

UCGUI是一种嵌入式应用中的图形支持系统。它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器及LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境， 并适用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。它的设计架构是模块化的，由不同的模块中的不同层组成，由一个LCD驱动层来包含所有对LCD的具体图形操作。 UCGUI可以在任何的CPU上运行，因为它是100%的标准C代码编写的。UCGUI能够适应大多数的使用黑白或彩色LCD的应用，它提供非常好的允许处理灰度的颜色管理。还提供一个可扩展的2D图形库及占用极少RAM的窗口管理体系。

uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。但由于uC/OS-II良好的可扩展性和源码开放，这些非必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。

系统开机首先进入工作主界面，主界面有设置界面按钮和标定界面按钮，通过点击按钮可以直接进入相应的界面。一般先设置参数后，点击煎药后，系统进入智能工作状态，煎药完成后，系统会自动包装，不再需要人为操作，大大降低了工作人员的工作量，同时在发生工作异常的时候会自动断开高压电部分的电路，同时进行蜂鸣报警。

3.2 工作主界面

工作主界面是用户和机器的实现交互的接口。工作界面采用UCGUI直接提供的控件，上面有四个设置按钮，一个是进入智能煎药包装界面，点击后，运行上次保留参数设置的工作状态，实现智能煎药和包装；二是设置按钮，点击后进入设置界面；三是监控按钮，点击后进入监控界面，可以实时监控运行状态下的各个参数，同时也提供串口监控程序；四是保养按钮，点击后进入保养状态，系统会自动清洗中药流出的管道。

3.3 设置界面

设置界面用于设置各种参数，同时可以校准触摸屏和校正系统的时钟信息。也可以标定中药温度传感器和热合温度传感器的值。

3.4 监控界面

监控界面下主要是监控中药的熬制时间和火候状态，热合温度，包装数量和包装剩余数量等参数的实时监控，便于工作人员了解中药的熬制进度，同时能结合参数更好的了解各种情况下，参数的最佳设定值，为以后设置参数提供科学根据。

3.5 保养界面

保养界面下，主要是提供了管道的清洗功能，保证管道无残药，杜绝对下次包装的影响。

结语

智能煎药包装机目前市场少有，大多数还停留在按键和数码显示的低级阶段，同时软硬件水平相对落后，本文正是基于这个原因，提出了新颖的设计，实现了实物化的设计，填补了市场空白，也给使用者带去了全新的感受，会越来越受到欢迎，在未来的一到三年内必定会成为市场的主流。

参考文献

[1]王定发，徐庆红.电热式自动煎药机和自动包装机的应用和优点[J].时珍国医国药，2001，12（4）：342.

[2]任哲.嵌入式实时操作系统uCOS-II原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]UCGUI官网. uC-GUI_user_english.pdf Version4.04[EB/OL].2006.