探讨中小型医院的五官科综合治疗设备的控制系统构成
摘 要：本研究旨在开发适用于中小型医院的五官科综合治疗设备的控制系统,它包括(电动)治疗椅的控制系统设计和治疗台的控制系统设计。前者主要是用治疗椅控制面板上的各种按键和脚踏开关控制直线电机的运动,从而实现控制电动椅椅座的上下和椅背的俯仰。后者是用治疗台控制面板上的各种按键,除实现喷吸枪、照明灯、电暖气等的启闭外,也可用于电动椅椅座的上下和椅背的俯仰控制。实验证明,通过治疗椅与治疗台单片机之间的串行通信,能够实现电动椅姿态的双重控制,增加了医生操作的灵活性。
关键词：五官科 治疗台 治疗椅 ATmega16单片机 串行通信
【Abstract】 To develop a control system ofcomprehensive treatmentapparatus forotolaryngologic department forme-dium-or small-sized hospitals. The control system is used to control the electrical treatmentchairand treatmentunit. Firstlythe control system mainly takes advantage of the switches on the controlpanel for the treatmentchairand footpedal switchesto control themovements of the linear actuators, so as to achieve the purpose of controlling the up/down to the chair-seatand the pitching of the chair-back. At the same time the control system uses the switches on the controlpanel for the treat-mentunit to control the up/down movement of the chair-seat and the pitching of chair-back as the control panel for thetreatment chair functions, besides the switch control of the spray gun, the suction gun, the focus lamp and the electric heat-er. The experiment shows that through the serial communication between twoMCU for treatment chair and treatment unit,the otolaryngologic doctor can control the electrical treatmentchairby the switches on the controlpanel for treatmentunitaswell as by those on the controlpanel for treatmentchair. This design greatly improves the flexibility fordoctor tomanipulatethe apparatus.
【Key words】 otolaryngologic department; treatmentunit; treatmentchair;Atmega16microchip controller; serial com-munication
五官科综合治疗设备,通常也称为耳鼻喉科综合治疗设备。目前,国外五官科综合治疗设备主要有韩国MEDSTAR耳鼻喉科综合治疗台[1]、韩国MEGA耳鼻喉科综合治疗台[2],以及台湾侨伟NQW系列耳鼻喉科治疗台[3]。一般来说,采用国外设备,价格昂贵,大多数医院因经济负担重而买不起或用不起。在国内,五官科综合治疗设备在医院的配置率还比较低,大多数医院五官科仍在使用单一的治疗设备,跟国外相比,此类设备的配置显得相当滞后。该现状导致医生工作效率低,医疗事故隐患明显,患者就诊不便[4]。总的来说,国内此类产品还处于刚刚起步阶段,目前仅有少数厂家生产,其功能水准和外观造型均比国外产品略低一个档次。
1 五官科综合治疗设备的控制系统设计在进行了充分的调研基础上,进行国产五官科综合治疗设备的研制。它主要由(电动)治疗椅和治疗台两个部分组成。该设备主要应用对象是五官科,如耳鼻喉科、口腔科等疾病的治疗、急救、术后恢复和家庭护理等。治疗椅和治疗台的操作均由五官科医生完成,前者为医生进行诊查和手术时提供相关诊疗器具、器械的操纵,如喷吸枪、电暖气、照明灯等的启闭;后者通过调节椅座的上下和椅背的俯仰,选择合适的姿势,从而方便五官科医生为病患者实施诊查和手术。其中,治疗椅椅座的上升和下降由垂直放置的电机控制,而治疗椅椅背的前倾和后仰由水平放置的电机进行控制。正如上述,五官科综合治疗设备由治疗台和治疗椅组成。因此,五官科综合治疗设备的控制系统设计也应该由治疗椅的控制系统设计、治疗台的控制系统设计,以及治疗台与治疗椅之间的通信系统设计三部分组成。
1·1 治疗椅的控制系统设计治疗椅控制系统的设计如图1所示。治疗椅控制系统由单片机控制系统、动作执行系统和控制显示系统三部分构成。单片机控制系统由ATmega16单片机[5-7]、电流放大电路、光电耦合器件、达林顿(Darlington)驱动器件和继电器组成;动作执行系统则分别由控制椅座上下运动和椅背俯仰运动的两个直线电机组成;而控制显示系统则由控制面板按键、指示灯、蜂鸣器(beep)及脚踏开关(foot switch)等组成,控制面板按键有设置键(SET),常用设置I、II、III(电动椅椅座和椅背的三个常用位置设置键),控制电动椅上下运动的UP键和DOWN键,控制电动椅俯仰运动的FORW键和BACK键,使两个电机回到起点ORIG键,自动/手动选择A/M键,如图2所示。其中, SET键由发光二极管L1指示,A/M键由发光二极管L2指示。图2右下角的另外两个按键,则为电动椅的功能扩展提供了可能。这些功能按键按照矩阵式扫描键盘的
形式通过图2右边两个接插件(PLUG)与治疗椅ATmega16单片机的I/O口相连。
五官科综合治疗设备中(电动)治疗椅主要是用治疗椅控制面板按键控制直线电机的上下、前后运动。电动椅椅座的上下运动由机械四连杆机构带动;而椅背的前后运动则由曲柄滑块机构带动。
五官科医生主要是利用双手对病人进行检查和手术操作的,此时若为了方便操作,需要椅座的上升、下降以及椅背的前倾、后仰时,则可以通过双脚踩踏脚踏开关来加以控制。而电动椅的状态,如是运动状态还是设置状态(包括常用椅座和椅背位置设置和极限椅座和椅背位置设置),则用指示灯和蜂鸣器指示,如A/M选择键上方的L2指示灯亮可指示电动椅进入自动运行状态(按下控制面板前后或上下运动控制键,电机自动运行,直到按下任意键停止),而L2指示灯灭,则进入手动运行状态(按下控制面板前后或上下运动控制键,电机运行,直到松开该按键才停止)。再如,用SET键上方的L1指示灯的高频闪烁以及蜂鸣器的鸣叫,指示电动椅进入极限椅座和椅背位置设置状态,此时可将电动椅设置到极限位置状态。图1中光电耦合电路将ATmega16单片机产生的控制电机上下或前后运动的TTL电平信号(+5V)与控制电压(+12V)信号隔离开来,减少他们之间的相互作用及干扰。在光电耦合前,ATmega16单片机输出的电压信号,其输出电流比较小。
为了增强光电耦合效果,要进行一次电流放大,可采用简单的NPN型三级管实现。而光电耦合后的信号,则要经过达林顿(Darlington)驱动以增强其驱动能力, 并通过继电器控制电机的上下、前后运动,从而通过机械四连杆机构和曲柄滑块机构带动椅座的上升和下降及椅背的前倾和后仰。而电机的上下、前后运动是否到位,则通过反馈脉冲实现。反馈脉冲是在电机的运动过程中,输出的幅值为+12V的脉冲信号,单片机对该脉冲进行计数,就可以实现电机的精确控制。当然,电机产生的反馈脉冲,也应该通过光电耦合,进行电平的匹配,然后引入到单片机的定时器/计数器端口T0和T1。治疗椅主要设置如下。
1·1·1 极限椅位的设置 在设置极限椅位之前,先按复位键SET使椅子回到起点。在设置过程中用蜂鸣器来提示。①按压设置键,设置灯亮,键一直按到喇叭叫,指示灯闪烁,放开“设置”键,此时进入软件极限保护位置设置状态。②按压连续动作键,上升、下降和前倾、后仰至极限位置。③再按压设置键,椅子的上下前后位置被记忆,喇叭停止鸣叫。极限位置设置后,原其他设置参数自动删除。
1·1·2 常用椅位的设置 在主控制面板上设置三个预置键“预置I”、“预置II”、“预置III”来储存三个常用椅位。常用椅位设置前,先按复位键,使椅子回到起点。①按压设置键,设置灯亮,进入设置状态。②按压连续动作键,上升、下降和前倾、后仰至所需椅位。③按压“预置I”键,上述所需椅位即储存进该键中。如需改变某一预置椅位,可按上述步骤重新设置。电动椅在自动运行过程中,如果要立即停止运行,可按任意操作键。所有设置参数均具有断电自动保存功能。当供电电源中断后
