醫(yī)用取藥房的智能移動平臺

吳繼浩 施祥慶 周浩

(湖北工業(yè)大學，湖北武漢 430068)

醫(yī)用取藥房的智能移動平臺

吳繼浩 施祥慶 周浩

(湖北工業(yè)大學，湖北武漢 430068)

隨著人們生活水平的不斷提高,人們越來越關心醫(yī)院的工作效率,因此提高看病各環(huán)節(jié)的效率日益成為大家關注的焦點,其中取藥的自動化可大大縮短取藥時間,減少患者的取藥等待時間。醫(yī)用取藥房的智能移動平臺由軌道信號發(fā)生裝置、信號采集裝置、STM32F401外圍電路、觸碰停車裝置、WIFI通信模塊、電機控制、LCD顯示器和移動電源等部分組成。

自動化醫(yī)用智能移動平臺STM32

1 引言

智能移動平臺一直是國內(nèi)外的研究的熱點，對于提高人類的生活質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)效率具有很重要的實際意義，尤其是在一些特定的場合中的智能移動平臺，例如醫(yī)用取藥房中，由于存放藥物的藥架繁多，光線分布不均，磁場干擾復雜，等眾多的因數(shù)導致了現(xiàn)有的智能循跡系統(tǒng)很難穩(wěn)定的應用于這個特定的場合，本文將從軌道信號發(fā)生裝置、信號采集裝置、STM32F401外圍電路、觸碰停車裝置、無線控制系統(tǒng)、電機控制、LCD顯示器和移動電源等部分設計一款醫(yī)用智能移動平臺。經(jīng)由實踐的證明，該系統(tǒng)能夠快速、準確向目的地實現(xiàn)移動，滿足一般取藥房的需求，而且具有自帶的接口可以實現(xiàn)與智能醫(yī)療設備網(wǎng)絡終端聯(lián)網(wǎng)以實現(xiàn)統(tǒng)一管理[1]。

2 工作原理

智能移動平臺循跡所需要信號是通過埋在地面上的3mm的銅絲串聯(lián)一個信號發(fā)生裝置，產(chǎn)生頻率為20KHZ的脈沖信號，通過智能移動平臺底盤的電感采集到信號，經(jīng)過放大等處理后，cpu就能讀出當前的位置偏差，再通過一定的算法處理實現(xiàn)對路徑的準確追蹤，基于精確的停車電路設計、醫(yī)療人員可以隨時實現(xiàn)停車和行車方向的更換。

用戶可以隨時的根據(jù)移動平臺自帶的LCD顯示器，查看平臺的電量、溫度信息以及矯正和處理一些數(shù)據(jù)，另外，還可以通過連接在該移動平臺上的智能終端來讀取當前移動平臺的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)與計算機和智能醫(yī)療設備網(wǎng)絡終端的信息傳遞。

3 智能移動平臺硬件總體設計

為達到特定的設計要求，平臺具體分由以下幾個電路組成：

3.1 軌道信號發(fā)生裝置

信號發(fā)生裝置采用的電源是5v的直流電源，原理圖如圖所示，40KHZ的晶振和與非門并聯(lián)，通過74HC14第一個非門接入10M的電阻，形成反向放大并且順利振蕩，第二個、第三個非門是用作整形，CD4013是雙D觸發(fā)器，此處用做Q-接D將信號二分頻，CLR和RS接+5V，CP接到第三個非門的輸出，輸出信號由三極管放大后輸出，如果得到的頻率不對，可以通過C2進行微調(diào)。

3.2 信號采集裝置

3.2.1 選頻電路

智能移動平臺選擇20kHz的交變磁場作為路徑導航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場的干擾。由于藥房內(nèi)各種電子設備會產(chǎn)生磁場對信號有極大的干擾，因此信號放大需要進行選頻放大，使得20kHz的信號能夠有效的放大，并且去除其它干擾信號的影響?？梢允褂肔C串并聯(lián)電路來實現(xiàn)選頻電路（帶通電路）,計算濾波電容的公式(1)：

選擇感應電動勢的頻率f=20kHz，感應線圈電感為L =10mH，計算出諧振電容的容量為6.8nf。

3.2.2 放大和處理電路設計

經(jīng)過選頻信號，電感采集的信號大概在100mv左右，因此需要一個放大電路進行放大，放大電路由圖，當傳感器采集的信號經(jīng)過選頻后，經(jīng)過C9進入基于AD822設計的單電源放大電路，通過BATS54S搭建檢波電路，將交變的電壓信號檢波形成直流信號，檢波電路可以獲得正比于交流電壓信號峰峰值的直流信號。這樣可以減小噪聲對單片機處理信號的影響，單片機A/D可以以更快的周期對信號進行采樣，極大的提高了穩(wěn)定性。

3.3 LCD顯示器

STM32內(nèi)部沒有驅動液晶屏和觸摸的驅動電路和接口，所以在各類高端的液晶顯示模塊中，內(nèi)嵌入了一些帶有驅動電路和芯片的，這些電路是和液晶顯示屏相互獨立的，使用的是ILI9341和XPT2046實現(xiàn)液晶驅動和觸摸檢測的。

3.4 WIFI通信模塊

在短距離的移動通訊領域,wi-fi無疑是當今使用最為廣泛的移動通訊技術。鑒于資源的有限，使用的是SPI通訊模塊的WIFI模塊。

3.5 電機及驅動

為了便于精確的實現(xiàn)控制，選擇的是帶有軸編碼器的電機，通過編碼器的反饋更加精確的實現(xiàn)對姿態(tài)的控制。電機驅動采用大功率的MOS管驅動，穩(wěn)定可靠。

3.6 觸碰停車裝置

停車裝置安放在前后的兩個扶手上面，使用的是多個并排的PM611熱釋電傳感器來感應觸碰信號，使用LM358實現(xiàn)放大后，通過LM393設置比較電壓，當超過閾值電壓后，實現(xiàn)停車功能，多個熱釋電傳感器的并排使用，增加了觸碰靈敏度，而使用LM393比較電路設計的閾值參考電壓可以有效的減少誤判。

3.7 STM32F401外圍電路

ST公司在2014年推出STM32F41RE系列產(chǎn)品，項目使用STM32F401RE64腳貼片芯片，STM32F401RE穩(wěn)定最高主頻能達到100MHZ，而且具有3個IIC通信，3個USARTs 4個SPIs，支持SDIO通信，尤其適用于需要浮點運算或DSP處理的應用，芯片外圍電路包括了晶振電路、備用電源、保護電路、數(shù)據(jù)下載電路。

3.8 電池設備

設備采用的是移動電源平臺，對于電源的剩余電量就是一個重要的檢測對象，當電量不足的時候，用戶就應當對電源進行充電，項目選擇的是DS2384，如下圖，通過一個采樣電阻R?？梢詫崿F(xiàn)電池電量的采集，因為DS2384自帶了一個溫度傳感器，設計出來的電源模塊具有采集環(huán)境溫度的功能。

4 智能移動平臺軟件系統(tǒng)設計

4.1 軟件流程圖

當啟動電源后，處理器首先對各個系統(tǒng)進行初始化，然后開始接收啟動命令，當檢測到啟動命令后，就可以實現(xiàn)自動移動的功能了。

4.2 循跡算法及實現(xiàn)

市場上關于四輪車算法的實現(xiàn)比較普遍的是四輪轉向車輛動力學模型，這種設計對移動平臺的車身結構提出了比較復雜的要求，無疑增加了平臺的成本，增大了移動平臺的推廣難度，本著“夠用即最好”的原則，考慮到醫(yī)用藥房的具體情況，設計四定向輪平臺，設計的移動平臺為長寬高80CM*40CM*100CM的平臺，可同時容納兩層藥物，平臺通過與前后輪同軸的成一定間距的兩套成對的電感，探測出車身與賽道的偏差角度，然后通過PID模糊算法，和編碼器返回的車速實現(xiàn)對軌道的準確追蹤。

智能控制的PID典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂破鞯妮敵隹诮?jīng)過輸出接口，執(zhí)行機構，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器變送器，通過輸入接口送到控制器[2]。

如圖所示其中，D(S)為控制器，完成PID控制規(guī)律。

比例(P)控制器

比例+積分(PI)控制器

比例+積分+微分(PID)控制器

式子中：Kp-比例放大系數(shù)，Ti-積分時間，Td-微分時間

5 結束語

本文介紹智能醫(yī)用取藥平臺借鑒了市場上常見的自動巡線系統(tǒng)以及無線控制系統(tǒng)，運用我們所學的知識，經(jīng)過我們的優(yōu)化創(chuàng)新和大膽整合，設計出一臺安全、可靠、操作簡單、價格合理的醫(yī)用移動平臺，用戶通過對協(xié)議的修改可以和任何一款市面上見到的智能終端進行聯(lián)網(wǎng)，適合一般醫(yī)院的需求。

[1]顏慧.家用小型電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J].大眾科技, 2010(3).

[2]李楨.PID調(diào)節(jié)概念及基本原理[J].科技信息（科學·教研）, 2007(29).

Intelligent mobile platform for Pharmacy

WU Ji-hao,SHI Xiang-qing,ZHI Hao
(Hubei University of Technology，Hubei Wuhan，430068)

With the continuous improvement of living standards,the concern on hospital efficiency rises,in which the pharmacy efficiency is an important part.An automatic pharmacy system can greatly shorten the time for picking up medicine,reducing patients’waiting time to get medicine.Theintelligent mobile platform for pharmacy consists of the rail signal generator,signal acquisition device, STM32F401 peripheral circuit,touch-stopping device,WIFI communication module,motor control,LCD display and mobile power supply.

Automation;Medical intelligent mobile platform;STM32;WIFI

TP242

A

1008-1739（2015）10-64-3

定稿日期：2015-04-26