電動配藥器的硬件設計與測試探析

馬才 李文婷

摘要：隨著電動配藥器使用頻繁度的不斷增加，如何做好其硬件設計，并且實施相對應的測試，就成為后續(xù)使用電動配藥器需要重點關注的內容，同時也是本文研究的重中之重。

關鍵詞：電動配藥器;硬件;設計;測試

【中圖分類號】R-03【文獻標識碼】B【文章編號】2107-2306（2019）05-176-02

對于電動配藥器而言，其硬件設計至關重要，做好硬件設計，再配合上適當的測試，這樣就可以滿足電動配藥器本身的要求，最終迎合實際需要。

一、系統控制器設計

（一）單片機系統的控制邏輯

對于單片機，其主要包含了主控與電機驅動兩個部分，對于其實際的控制流程，見圖1所示。

（二）電機驅動電路設計針對主控單片機，其發(fā)

出PWM脈沖之后，其按照收到的PWM信號，電機驅動單片機就會直接生成MOS管門極信號驅動電機進行正常的工作。在對電動機的閉環(huán)轉矩控制進行設計的過程中，原本是利用單一的單片機來實現控制與驅動，但是考慮到其存在太多的引腳，就會增大電路板設計的復雜性。為了能夠實現設計難度降低，控制布線對應的復雜度，就需要分開來進行電路板的制作[1]。

考慮到醫(yī)用手持式電動配藥器本身對于重量和體積存在較高的要求，再加上三相永磁無刷直流電機體積小、扭矩大、效率高，所以，就可以利用永磁無刷直流電機來進行動力的設計。通過單片機來實現對電動機驅動的有效控制，選擇三相全控的橋路設計模式，配合上電機輸出力矩簡單的測試，就可以達到藥液汲取的要求。電機驅動單片機則是根據霍爾信號輸出MOS管開通關斷信號，其具體的框架見圖2所示。

二、檢測電路設計

（一）電流檢測電路

針對電路檢測，一般會講電流轉化為電流，然后直接輸入單片機控制系統，在配合上AD采樣處理，這樣按照比例關系，獲取的數字值來對應電流值，針對閉環(huán)控制，其對于電流的采集也是如此。針對電流檢測，主要是通過精密采樣電阻串聯，從而在驅動橋路或者是定子繞組回路的電容之后，就可以將原本的工作電流直接轉化成為電壓，

最終絲線AD的轉換處理。但是如果選擇相對新穎的方法，則不能考慮采樣電阻，需要利用MOSFET管壓降檢測電路通態(tài)電流，實現對電路電流波形的重構，這樣也可以滿足均勻的實現大電流、管電流的分布。在實現轉矩控制、矢量控制之中，還需要對電流的波形做好對應的監(jiān)測處理，所以，就需要在定子繞組上設置電流傳感器，實現對定子電流的有效采集[2]。電流檢測如圖3。

為了降低功率消耗、避免對電路帶來過大的影響，一般都會選擇0.22歐的采樣電阻，并且放大電路利用兩級放大25倍、OPA22777的方式，直接將原本0.022-0.066V的采樣電阻分壓直接換成0.55-1.65V的電壓，并且將其直接輸入到單片機的AD接口中去。

在電機母線上，三相永磁無刷直流電機換向會導致雜波干擾的出現，并且隨著轉速還會轉變其頻率，并且PWM同樣也會面臨干擾，其實際的頻率為2K赫茲，通過如此的AD采樣，獲取的數據存在較大的變化幅度。為了能夠將問題解決，就需要考慮到多次采樣和平均的添加;在硬件方面，可以考慮到2k電阻、4.7uf電容、二極管組成的單向濾波網絡的添加。不過濾波網絡本身的實時性有所欠缺，并且對于應用電動配藥器的時候，針對實時性要求偏低，所以，在進行設計的過程中，可能會存在2ms的電容延遲，可以達到電機及時停止的要求。

（二）位置檢測電路

基于位置檢測電路進行分析，其主要是防范出現注射器活塞最前端或者是尾端堵死電機的問題，在按照推動按鍵，就會導致零部件損壞或者是電機燒毀。其實際的結構主要是通過霍爾位置傳感器的使用，在推拉針筒的機械卡槽中放置磁鐵，伴隨著卡槽出現前后的移動。當處于最前端的時候，開關1輸出高電平，這樣就會阻止電機繼續(xù)的前進;當處于最尾端的時候，開關2輸出高電平，這樣就會阻止電機繼續(xù)的后退。

三、系統組裝測試

為了達到可靠的系統運行要求，就需要分別的測試每一部分模塊，在具體測試之后，等待合格，方可統一的進行組裝[3]。

在運動過程中，已經組裝完畢的樣機控制信號會出現變動，這樣難以開展測定，所以，可以考慮到外掛單片機、截斷部分控制信號，從而生成對應的電機驅動控制信號，以此來實現對樣機的調試，而利用可編程直流電源可以實現配藥器電源的供給要求。另外，使用外掛單片機針對直流母線電流進行檢測處理，并且在數碼管上現實，這樣就可以針對電流的實際變化情況做好對應的調整，其框架圖見圖4所示。

在框圖之中，直接將可編程電源負極a點斷開，然后連接到調試之中所使用的單片機檢測電機母線電流，這樣就可以將實際運行的電機電流值確定。另外，斷開b點，然后連接到調試單片機，并且將對應的信號輸入控制驅動單片機，以此來調試控制算法。這個時候，主控單片機依舊可以完成指示燈、按鍵等對應的工作，而其輸出的驅動控制信號出現了失效的問題。此外，調試單片機直接與數碼管對接，最終電流變化情況會顯示在調試過程之中。

四、測試結果及分析

基于具體的調試，其實驗結果表明：第一，針對敞口容器，其空氣的抽取與排出，都能夠達到原設計的自動停止目標，并且也可以掌握滯留母線在負載變化之下的變化情況，從而實現空氣抽取和排出的控制。第二，透氣平衡針頭增設之后，也可以有效的設計密閉容器的恒力矩抽取，雖然可以實現自動停止，但是依舊不夠完善，還需要持續(xù)的加以改進。

參考文獻

[1]秦愛華.西林瓶輸液專用配藥器的制作與應用[J].科技風，2018（09）：92-93.

[2]陳芳，陳進翠，劉瑜.一種新型配藥器的研制及應用[J].齊魯護理雜志，2016（11）：45.

[3]唐思賢.配藥器播鼻針自動裝配生產線原理及設計[D].蘭州交通大學，2018.