基于51单片机的压力蒸汽灭菌器控制器的研制

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

)Ol：10.7687/J.ISSN1003-8868.2013.05.003Development of Pressure Steam Sterilizer Controller Based on M C S-51ZHANG Min ，ZHANG Jun-yu(1.Center for Drug Preparation＆ Research，General Hospital of Tibet Military Area Command，Lhasa 850007，China；2.Department of Medical Engineering，General Hospital of Tibet Military Area Command，Lhasa 850007，China)kbstract 0l oti伯 To develop a kind of pressure steam sterilizer controller operated by user in order to control the statelf the heating.blotlaods The device was designed with relay and nixie tube on MCU STC89C52RC.which could display and：ontrol the heating state at real time.1 ults The device with low consumption and fit precision was portable and'，onvenient for application in pressure steam sterilizer.CoaelnRiaa The device charges the work mode of the pressure steamterilizer，and especialy increases the working stability and reliability of sterilizer.Chinese Medical Equipment Journal，!O13，34(5)：3-5，40ey words sterilizer；controler；MCU；STC89C52RC；I言玉力蒸汽灭菌器是采用电加热水，在密闭的条件下，产阳蒸汽 ，对灭菌对象迅速潮润 、加热 、渗透，经-段时间玉保温，使微生物被杀灭 ，达到灭菌目的。目前本单位实吏用的灭菌器为手提式压力蒸汽灭菌器 ，用于杀灭玻璃、药液、培养基等的微生物，工作模式为连续加热作业。

撂盖上有安全阀、放汽阀和双刻度线压力表，具有稳定排放冷空气和指示器内压力的功能。其保温模式为：当压力到达安全 阀控制的压力范围(0.14～0.165 MPa)时温度指示为 126℃)，灭菌器依靠安全阀间歇性放汽实玉和恒温(相对 )。由于手提式灭菌器没有控制器，不能于上述温度(如 121℃)灭菌，控温控压相对波动大，耗赶。笔者根据实验室工作人员的需求ll，研制了压力蒸汽 控制器，其操作简单、使用方便 ，在保证控制精度的前，使用者能根据需要决定灭菌器控温和控压值 ，增加了灭菌器的使用范围，具有-定的实用价值。

1 系统概述压力蒸汽灭菌器控制器充分考虑了使用的方便性，采用 5 V USB接 口取电，基金项目：国家科技部重大新药创制专项(2011ZXJO91O5-O4B作 者简介 ：张 珉 (1979- )，男 ，硕士 ，主管 药师 ，主要从事制药设备、药检器械设计研究.E-mail：zhang。

可以和普通 5 VUSB通用适配器电源相连(如手机 USB充电器)。系统结构如图 1所示 ，主要包括控制拈、开关电路模块、显示拈和输入拈以及电源接口等。我们选用 STC公司的低功耗单片机 STC89C52RC作为控制拈的核心芯片 ，集成松乐SRD-05VDC-SL-C继电器，能够在220 V下负载 10 A电流，完全满足承载手提式灭菌器功耗(-般小于 2200kVA)的要求∝制器固定于 220 V移动电源插线板中，全封闭设计，防止使用人员直接接触控制器，引起安全事故。

控制拈开关电路拈显示拈和输入拈图 1 系统结构实物图2 硬件设计2.1 控制拈STC89C52RC[ 1是-种低功耗 、高性能 CMOS 8位微控制器，工作电压为 3.8～5.5 V，其具有以下标准功能：8 KB Flash，· 医疗卫 生装备 ·2013年 5月第 34卷第 5期 Chinese Medical Equipment Journal·Vo1.34·No.5·May·2013Thesis&Research Report l研 究 论 著256 B RAM，32位 I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个定时器计 数器，1个 6向量 2级中断结构，全双工串行口 。

此外，编程资源丰富，可使用汇编语言和 C语言 2种编程语言，并可使用Keil C51集成工具31，性价比高。STC89C52RC的这些特点使其非常适合于构成-个多功能的单片机应用控制系统 (如图2所示)。

图 2 控制器控制拈电路原理图2.2 开关电路拈采用松乐 SRD-05VDC-SL-C继电器，直接完成对灭菌器的控制，通过继电器的闭合和断开来实现对灭菌器间歇性加热，使灭菌器保持在-定的恒温和恒压状态。继电器与单片机连接如图 3，通过单片机 I/O口控制继电器的开闭。松乐SRD-05VDC-SL-C继电器开关负载能力为 10 A/AC220 V，继电器吸合线圈的工作电压 5 V，功耗 0.36 w，计算所得吸合电流为0.36/572 mA。因此，要使继电器稳定的吸合，驱动电流应该大于 80mA。该电流已经超过 51单片机本身 I/O口的驱动能力，因此外部需要使用功率驱动元件-关电路设计如图 3所示，I/O口P14引脚输出1时，三极管导通，继电器吸合 ，灭菌器加热。I/0口引脚输出0时，三极管截止，继电VcL1 I 耋上-t-- ，-D1IN I07 I I 冠17 kn · 1 l93 -. - - - 司>墨 P14 P西R21 耋IRX 10咖：： 印 x-44 XJ -图3 控制器开关电路拈电路原理图22 pF161 kn器释放 ，加热停止。

2.3 显示电路。以及按键电路显示电路采用 4位共阴极数码管制作，其驱动电路连接方式如图4所示。数码管前 2位数字代表继电器闭合时间(单位为 S)，后 2位数字代表继电器断开时间(单位为 s)。按键电路由 1个开关按键和 3个按钮按键组成(如图4所示 )，开关按键为控制器的 5 V电源开关 ，控制整个装置的电源 ；3个按钮分别为设置”按键、上调”按键、下调”按键，主要调整开关电路的开闭合时间参数。通过数码管可以很清楚地显示当前开关电路的开闭合周期，并通过设置按钮，方便使用者根据需要调整时间参数。

2.4 拈安装根据开关电路拈中继电器的吸合工作电压需要，整体拈工作电源确定为直流 5 V，并且能够满足控制拈中单片机工作电压的要求。直流5V电源采用普通的 5VUSB口的充电器 ，通过拈的USB接 口(如图2所示 )相连接，这种取电方式简便 ，5 V USB充电器使用方便且易得∝制器与压力蒸汽灭菌器的连接方式有多种 ，为了最大限度不破坏灭菌器的电路结构，本文采用控制器与 220 V供电插座相连的方式 ，由继电器的 NO和 COM 2个引脚接 220 V电源，通过继电器的开闭状态来给灭菌器供电，这种连接方式比较灵活且可以用于不同型号无控制电路的灭菌器。

2.5 控制器与灭菌器现有电路的连接在不改动灭菌器任何电器元件的前提下，如何将控制器与灭菌器电路连接，是设计控制器具有良好兼容性的关键问题。要有效解决，必须了解灭菌器的操作过程和电路原理以及对加热元件的识别。灭菌器上的加热元件是具备良好安全· 医疗卫生装备 ·2013年 5月第 34卷第 5期 Chinese Medical Equipment Journal·Vo1.34·No.5·May·2013研 究 论 著 l Thesis&Research Report0 In 寸 n Z Z Z 宝 。。 DS1 CL3461AH1O日.日.日且∞ 量 u 寸- n 甘 In 、0 。 n 10 1 aZ · 市专 2 薤P16退 R X。10- - I D - 5GP图4 控制器显示、按键拈电路原理图性能的浸入式电热管，热效率高，在正常工作的条件下，不易损坏。在控制器安装到灭菌器上时，通过在 220 V电源与电热管之间嵌入控制器 ，用控制器来控制电热管供 电状态(如图 5所示)。

图 5 控制器与灭菌器现有电路连接图3 软件设计系统的软件设计主要是单片机的工作程序 ，在 C5 1单片机集成开发工具 Keil C51下采用 c语言编写完成[7，通过STC官方烧录工具 ，采用 ISP方式写入单片机 Flash中 ，其主要的工作流程如图 6所示。单片机在每个循环周期内，检查继L亍 l定时器中断I 。

llI 设定定时器寄存器数值系叫检查继电器开关状态l 统次中断周期约为50 ms～ < 踊 > I改变继电器状态 1、、/ 计数全局计数变量 N ] count20时为 1恒 豳 N图 6 系统程序流程图电器开关状态 ，并根据设定时间周期，判断是否改变继电器状态；检查按键状态，根据按键状态决定是否调整时间参数 ；设定数码管 I/O口的数字编码值，并进行显示。单片机的时间计数是通过定时器 0进行的。系统加电后，循环工作，直至关闭电源按键。

4 结果通过对手提式压力蒸汽灭菌器实际控制使用发现 ，控制器大大提高了灭菌器恒压恒温的稳定性和可靠性(见表 1)，压力波动范围大大缩小；同时改变了原来的工作模式，通过安全阀的启闭动作保持相对恒压恒温(只能恒温在 126℃左右)，现采用开关电路 ，在灭菌器温度到达所需范围时，控制开关电路，来维持温度平衡 ，此时，安全阀将不再有间歇性放气现象[91。

表 1 手提式压力蒸汽灭菌器技术参数改进5 结论本设计从工作需要出发 ，解决实际问题 ，提高了手提式压力蒸汽灭菌器的工作效率∝制装置低成本、低功耗 、性能稳定-关电路接 口简单，开发过程中，只需调整开闭时间周期，控压控温能力即可满足工作要求，基于单片机提供的强大功能，可进-步开发为灭菌器全自动控制功能。