1 引 言
是各醫院影像科的必需設備。醫院影像科每天要衝洗大量的x－射線透射膠片，工作量大，且洗片操作有一定難度，對操作人員專業技術要求高，另外，洗片時化學藥液對人體有傷害。因此，目前醫院大多采用醫用自動洗片機。進口的自動洗片機效果好，但價格昂貴。本文介紹了一種自行研製的由微型機控製的醫用自動洗片機控製器，主要介紹其軟硬件設計方案，並重點介紹了模塊及（complex programmable logic device）在設計中的應用。
2 係統概述及功能要求
洗片過程主要由顯影、定影、衝洗和烘幹四部分組成，如圖1所示。
膠片先在裝有顯影藥液的顯影槽中放置一定時間，再在裝有定影藥液的定影槽中放置一定時間，接著在衝洗槽中用清水衝洗，最後烘幹，洗片過程即完成。四個過程對溫度、時間均有要求，且顯影、定影過程對藥液濃度有要求。
洗片機有四種狀態：冷機、預熱、洗片和自檢。冷機狀態即係統上電但不工作；預熱狀態即機內無膠片但工作區加熱到一定溫度，當有進片時可迅速升溫到洗片溫度；洗片狀態時進行洗片流程；自檢狀態時可檢查各執行機構是否正常。
控製器實現的主要功能有：（1）控製整個洗片工藝的流程；（2）檢測並控製顯影、定影、烘幹三個工作區的溫度，顯影、定影的藥液量及液麵高度，洗片的速度（即膠片在各工作區的時間）及泵與閥；（3）判斷進出片及膠片型號；（4）統計各型號膠片的洗片數量，統計藥液使用量；（5）機內時鍾，定時開、關機；（6）由鍵盤和液晶顯示器組成的人機接口，方便操作，並可實現參數的設置。
3 硬件係統的設計
控製器由主控模塊、鍵盤顯示模塊及執行機構三大部分組成，如圖2所示。
主控模塊和鍵盤顯示模塊各由一片at89c52控製，兩部分之間采用串行通訊。設計采用雙cpu，是考慮到執行機構在機箱下部，而主控模塊與執行機構之間的距離應盡量小，以提高係統可靠性。液晶顯示與鍵盤模塊完成任務較多且功能獨立，可單獨采用一片cpu，另外，鍵盤顯示模塊與主控模塊分開，可放在機箱上部，方便操作。
鍵盤顯示模塊主要由at89c52單片機、鍵盤、液晶顯示和串行通訊接口等組成。
3．1 主控模塊
主控模塊包括at89c52單片機、溫度檢測、膠片檢測、溫度控製、泵和閥的控製、電機速度控製、串行通訊接口、擴充ram、實時時鍾、譯碼電路和開關電源等模塊，主控模塊結構如圖3所示。
由於控製器要求能對藥液使用量、各片型洗片數量進行統計並保存統計數據，需要外擴非易失性存儲器。考慮到價格因素，沒有采用內含實時時鍾的存儲器，而是采用了一片nv sram和單獨的實時時鍾。外擴的存儲器采用了集成電路ds1225，其存儲容量為64k。時鍾電路采用了dallas公司的集成電路芯片 ds12887。ds12887可提供年月日時分秒的計時、定時報警、一個一百年的日曆、可編程中斷及114字節的非易失性ram。洗片機控製器的溫度控製中采用了集成調壓模塊。
3．2 cpld在設計中的應用
cpld是一種新型的複雜可編程邏輯器件。這種器件具有可編程性和實現方案容易改動的特點。cpld器件的使用大大縮短了產品的設計周期，提高了係統的集成化程度、具可靠性和可擴充性，在電子產品設計中得到了廣泛的應用。
設計中cpld采用了xilinx公司的集成芯片xc9572。xc9572內有72個宏單元，可多次編程，支持在線編程。cpld中實現的功能包括：譯碼；輸出控製量、進／出片檢測及過溫檢測的接口；中斷控製；地址鎖存。
cpld內中斷控製的原理圖如圖4所示。int1接到cpu的外部中斷腳int1。主控模塊有四個外部中斷源：實時時鍾中斷信號clk_int、過溫中斷信號ov_tem、進片中斷信號pos_in和出片中斷信號pos out。當其中任何一個中斷源有效時，d觸發器被清零，int1為低電平，cpu執行中斷程序。在中斷程序中，cpu通過讀int ce 對應的i／o地址單元的數據辨認出相應的中斷源，執行對應的處理。其中，int_是讀中斷源的使能信號,int_ce為低電平時，讀中斷源，同時d觸發器被置位，int1恢複高電平。
3．3 溫度檢測模塊
溫度檢測電路如圖5所示。溫度傳感器采用ad590，工作範圍是－55℃～＋155℃，其線性度良好，且有恒流傳輸特性，便於遠距離傳送。ad590 的輸出電流與絕對溫度成正比，供電電源為＋4v～＋30v時，絕對溫度每上升1k，輸出電流上升1μa，電流變化範圍很小，所以接一個9．8kω電阻及 511ω的可調電阻，增大電流變換範圍，以滿足lm324運算放大器的要求。
ad590的輸出信號經第一級放大器lm324將電流信號變換為反相的電壓信號，其中，510ω的可調電阻rw1用來調整電流－電壓變換的斜率。信號經第二級放大器放大為穩定的電壓信號，可調電阻rw2起調零功能。vref＝＋5v為參考電壓，由電源模塊lm317給出。
本文相關DataSheet：
根據ad590特性，溫度為絕對溫度xk時，ad590的輸出電流為xμa。令第一級放大器的輸出電壓為v1，第二級放大器的輸出電壓為v0，則：
根據環境溫度、各溫區工作溫度要求以及adc0809輸入電壓範圍要求，調整rw1和rw2。調整時我們按照變換率為35mv/℃，通過調整rw1調整v0的斜率，再調整rw2以滿足調零要求。
adc0809是單片、cmos、逐次比較、8位模／數變換器。片內包含8位模／數變換器、8通道多路轉換器與微控製器兼容的控製邏輯。adc轉換位的選擇應充分保證其分辨率高於係統的精度要求，且有一定的裕量，從而滿足其它環節特別是傳感器元件的非線性要求。
adc0809的轉換精度為±0．4％，轉換時間為128μs。adc0809將第二級放大器輸出的模擬量變換為數字量，接到係統的數據總線，供cpu讀入。
4 軟件係統的設計
軟件係統分為兩大部分，洗片 主控模塊與鍵盤顯示模塊，兩部分之間根據自定義的通訊協議通訊。軟件設計時采用模塊化設計，主控部分如圖6所示，由初始化、串行通訊、時鍾管理、數據存儲、輸入掃描、進片檢測、出片檢測、輸出控製、中斷等模塊組成，由主程序調用各子模塊，負責洗片流程控製。為了提高係統可靠性，主程序采用循環執行的方式。
輸出控製模塊包括溫度控製、速度控製、衝洗控製、補液控製及其它開關量控製。溫度控製模塊根據檢測到的三個工作區的實際溫度與設定溫度之差，查溫度控製表，采用差值法得到輸出控製量，其中溫度控製表事先由實驗測得，固化在中。洗片電機速度分為四檔，根據設定值查表得輸出控製量。
5 提高係統可靠性的措施
由於醫院對洗片質量及可靠性要求非常高，洗片機本身價格昂貴，且運行時間長，我們在係統設計時考慮了可靠性問題。首先，機器設計有自檢功能，普通操作人員可以自行檢查各執行機構是否正常。印刷電路板的設計也考慮到抗幹擾措施，如電源濾波、地線處理等，以提高電路板的可靠性。另外，係統中有看門狗電路，在程序跑飛時係統複位。在軟件方麵，采用主程序循環執行的方式，每次循環對輸出口刷新、對輸入口讀入，這樣，當程序在某次循環中出錯時，下次循環時可恢複正常。
6 結束語
該醫用自動洗片機控製器能滿足醫院x光片自動洗片的要求，減少了洗片工作量，提高了洗片的質量和效率。設計中考慮到了係統的可靠性要求，在硬件和軟件設計中均采取措施提高可靠性。同時係統具有一定的靈活性和可擴充性。
參考文獻
1 丁元傑主編．單片微機原理及應用．北京：機械工業出版社，1994
