電動配藥器的硬件設(shè)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(shè)計，并且實施相對應(yīng)的測試，就成為后續(xù)使用電動配藥器需要重點關(guān)注的內(nèi)容，同時也是本文研究的重中之重。

關(guān)鍵詞：電動配藥器;硬件;設(shè)計;測試

【中圖分類號】R-03【文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)計至關(guān)重要，做好硬件設(shè)計，再配合上適當(dāng)?shù)臏y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(tǒng)控制器設(shè)計

（一）單片機(jī)系統(tǒng)的控制邏輯

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

（二）電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計針對主控單片機(jī)，其發(fā)

出PWM脈沖之后，其按照收到的PWM信號，電機(jī)驅(qū)動單片機(jī)就會直接生成MOS管門極信號驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行正常的工作。在對電動機(jī)的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行設(shè)計的過程中，原本是利用單一的單片機(jī)來實現(xiàn)控制與驅(qū)動，但是考慮到其存在太多的引腳，就會增大電路板設(shè)計的復(fù)雜性。為了能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計難度降低，控制布線對應(yīng)的復(fù)雜度，就需要分開來進(jìn)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(jī)體積小、扭矩大、效率高，所以，就可以利用永磁無刷直流電機(jī)來進(jìn)行動力的設(shè)計。通過單片機(jī)來實現(xiàn)對電動機(jī)驅(qū)動的有效控制，選擇三相全控的橋路設(shè)計模式，配合上電機(jī)輸出力矩簡單的測試，就可以達(dá)到藥液汲取的要求。電機(jī)驅(qū)動單片機(jī)則是根據(jù)霍爾信號輸出MOS管開通關(guān)斷信號，其具體的框架見圖2所示。

二、檢測電路設(shè)計

（一）電流檢測電路

針對電路檢測，一般會講電流轉(zhuǎn)化為電流，然后直接輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)，在配合上AD采樣處理，這樣按照比例關(guān)系，獲取的數(shù)字值來對應(yīng)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(lián)，從而在驅(qū)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(zhuǎn)化成為電壓，

最終絲線AD的轉(zhuǎn)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(xiàn)對電路電流波形的重構(gòu)，這樣也可以滿足均勻的實現(xiàn)大電流、管電流的分布。在實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制之中，還需要對電流的波形做好對應(yīng)的監(jiān)測處理，所以，就需要在定子繞組上設(shè)置電流傳感器，實現(xiàn)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(jī)的AD接口中去。

在電機(jī)母線上，三相永磁無刷直流電機(jī)換向會導(dǎo)致雜波干擾的出現(xiàn)，并且隨著轉(zhuǎn)速還會轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)存在較大的變化幅度。為了能夠?qū)栴}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(wǎng)絡(luò)的添加。不過濾波網(wǎng)絡(luò)本身的實時性有所欠缺，并且對于應(yīng)用電動配藥器的時候，針對實時性要求偏低，所以，在進(jìn)行設(shè)計的過程中，可能會存在2ms的電容延遲，可以達(dá)到電機(jī)及時停止的要求。

（二）位置檢測電路

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

三、系統(tǒng)組裝測試

為了達(dá)到可靠的系統(tǒng)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(tǒng)一的進(jìn)行組裝[3]。

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

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

四、測試結(jié)果及分析

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

參考文獻(xiàn)

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

[2]陳芳，陳進(jìn)翠，劉瑜.一種新型配藥器的研制及應(yīng)用[J].齊魯護(hù)理雜志，2016（11）：45.

[3]唐思賢.配藥器播鼻針自動裝配生產(chǎn)線原理及設(shè)計[D].蘭州交通大學(xué)，2018.