基于單片機(jī)的電子溫灸儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方　力，洪升耿

暨南大學(xué)電氣信息學(xué)院

基于單片機(jī)的電子溫灸儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方力，洪升耿

暨南大學(xué)電氣信息學(xué)院

本文筆者制作了一個(gè)自動(dòng)控溫的電子溫灸儀，借助電灸頭的溫和熱力及藥物的作用，燒灼、溫熨和貼敷于穴或患處，通過溫?zé)岽碳さ姆椒ㄟ_(dá)到保健養(yǎng)生，防病治病的功效，同時(shí)也改進(jìn)了傳統(tǒng)艾灸污染、不安全等弊端。

單片機(jī)；灸療；恒溫；微煙

前言

中醫(yī)的溫灸法適應(yīng)癥廣、療效迅速、安全可靠易學(xué)易用，特別適合于家庭治療和保健。但在溫灸治療中存在煙霧嗆人、溫度不好控制、易燙傷皮膚等問題。本文是設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制器的電子溫灸儀，通過對(duì)電灸頭加熱溫度的調(diào)節(jié)，達(dá)到恒溫和微煙的效果。

一、電子溫灸儀設(shè)計(jì)原理

AT89C51型單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心部分，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊采集PT100溫度傳感器測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，并據(jù)此通過PID運(yùn)算，輸出PWM方波信號(hào)，控制加熱電路的通斷頻率，進(jìn)而達(dá)到對(duì)電灸頭的恒溫控制。同時(shí)，通過按鍵輸入以及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈、蜂鳴器及OLED顯示屏的控制，實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)顯示及治療溫度時(shí)長(zhǎng)可調(diào)、時(shí)間到聲光提醒的功能。

二、電子溫灸儀系統(tǒng)方案

控制方案以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。通過按鍵輸入控制，輸入設(shè)定的溫度及治療時(shí)長(zhǎng)，加熱開始，溫度傳感器采集溫度信號(hào)，A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將溫度數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過對(duì)設(shè)定溫度以及采集到溫度溫度做比較，進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出信號(hào)到恒溫加熱控制器。溫度以及治療時(shí)長(zhǎng)同步顯示在OLED顯示屏上，治療時(shí)間到時(shí)，通過蜂鳴器及LED燈閃爍進(jìn)行聲光提示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、硬件系統(tǒng)分析

（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)

AT89C51型單片機(jī)、復(fù)位電路以及時(shí)鐘電路組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，其中，核心控制單片機(jī)AT89C51是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的關(guān)鍵部分，復(fù)位電路保證了單片機(jī)正常有序的運(yùn)轉(zhuǎn)，而時(shí)鐘電路的主要工作是產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。

（二）溫度采集電路

電子溫灸儀的設(shè)計(jì)的溫度采集部分由兩部分組成，一部分采集電灸頭表面的溫度，另一部分采集治療皮膚表面的溫度。其中電灸頭處由于溫度高達(dá)兩三百度，故采用了測(cè)溫范圍為-200℃至660℃的PT100鉑熱電阻作為溫度測(cè)量器，而皮膚表面溫度在35℃到60℃之間，故采用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量。通過將PT100與已知阻值的電阻組成串聯(lián)并加以電壓信號(hào)，將采集到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將溫度的數(shù)字信號(hào)傳送至單片機(jī)。

（三）溫度控制電路

本溫度控制系統(tǒng)采用通斷控制，通過PWM技術(shù)改變給定控制周期內(nèi)的加熱器導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。系統(tǒng)控制電路由PSS8550PNP三極管、TIP142達(dá)林頓NPN三極管、負(fù)載電阻R6組成。當(dāng)單片機(jī)的P1.4口輸出低電平時(shí)，8550三極管導(dǎo)通，觸發(fā)TIP142達(dá)林頓三極管導(dǎo)通，TIP142工作在飽和區(qū)，加熱片通電；當(dāng)P1.4口輸出高電平時(shí)，8550三極管截止，TIP142工作在截止區(qū)，加熱片斷電。

（四）按鍵處理、OLED顯示

顯示電路采用OLED顯示模塊，P1.0～P1.3作為液晶顯示屏的數(shù)據(jù)線和控制線，外接單片機(jī)的VCC、GND，由單片機(jī)供電；按鍵主要負(fù)責(zé)定時(shí)設(shè)定，P3.3～P3.7作為按鍵的輸入端。

蜂鳴器報(bào)警電路：蜂鳴器報(bào)警電路由ULN2003A、三極管和蜂鳴器組成，由單片機(jī)P1.5口輸出高低電平控制三極管的導(dǎo)通和截止，三極管導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。

四、軟件實(shí)現(xiàn)

主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、溫度采集、按鍵處理、定時(shí)器處理、PID運(yùn)算輸出、OLED顯示屏工作、聲光報(bào)警等。程序流程圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)軟件流程圖

五、分析與總結(jié)

綜上所述，本文從系統(tǒng)原理、硬件設(shè)計(jì)以及軟件實(shí)現(xiàn)等方面對(duì)電子溫灸儀設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，介紹了新型恒溫微煙電子溫灸儀的設(shè)計(jì)思路。研制出的電子溫灸儀具有恒溫控制，溫度和時(shí)間實(shí)時(shí)顯示以及異常報(bào)警和保護(hù)等功能，將傳統(tǒng)中醫(yī)灸法與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合，提升了保健養(yǎng)生的產(chǎn)品品質(zhì)與功效，有利于針灸醫(yī)術(shù)的現(xiàn)代化。

［1］農(nóng)熠瑛.艾葉燃燒產(chǎn)物化學(xué)成分的分析與多功能艾灸儀的研制［J］.中南民族大學(xué)，2008

［2］張洪昌，田會(huì)方，趙恒.高精度恒溫控制電路［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：信息與管理工程版，2006（4）：38-39