摘要  介绍了自动中药煎药机的工作原理、软硬件组成及系统功能。不同于其他同类产品的温度控制原理，本系统采用分时功率控制。煎制过程更加符合中药药理，煎制功效基本与传统的中药煎制方法相同。本系统采用中断服务子程序完成动态LED显示，解决了动态显示软件设计复杂的问题；运用调节输出方波的占空比控制双向可控硅的导通与截止时间，从而控制输出功率，避免了采用软硬件设计都比较复杂的PWM控制。系统设计思路简单清晰。

    关键词  自动中药煎药机；单片机；功率控制；动态LED显示

    1  引言

    中国菜与中药被称作中华民族对世界的两大贡献。然而传统的中药煎制方法在城市生活中有很多不便。为了方便城市居民的生活，韩国研制了*台自动煎药机。从此，自动煎药机在各大医院与制药厂得到广泛应用，并很快被引进到我国。实践证明用煎药机煎制相对传统煎制方法有以下优点：（1）提高工作效率，方便了患者家属；（2）减轻了工作量；（3）保证中药疗效；（4）减少差错发生；（5）节约能源消耗；（6）更符合卫生学要求。随着生产厂家的增多与竞争的加剧，煎药机的性能已经得到了很大改进。本系统采用工作性能稳定、价格低廉的单片机作为硬件基础，结合中药煎制要求设计软件，符合中药药理，操作简单，工作性能可靠，在实用中得到了用户较高的评价。

2、系统原理与功能

2.1、基本原理

目前常用的自动煎药机大多数采用温度控制方法，即煎制过程不同阶段将汤药温度控制在不同值。这种煎制原理与中药传统煎制方法有较大出入，传统的中药煎制主要靠火候控制煎制效果。本系统对中药煎制进行分时功率控制，通过控制各时程的加热功率来模拟传统煎制方法的大火、中火与小火，使自动煎制达到与传统煎制方法相同或相似的效果。煎制之前可调整系统的正、设定时长，各模式的输出功率（系统功率设定值为该模式功率占全功率输出的百分数），以及温度保护范围等参数。定时控制通过单片机内部定时中断来完成。功率输出采用内部中断控制输出方波的占空比，用输出脉冲控制双向可控硅的通断时间从而达到对平均输出功率的控制。这种控制方法简单，比PWM控制易于操作，适应于这种控制要求不太高的情况。不同的输出功率对应于不同的工作模式（分为全功率模式、A与B 2种模式），这些模式分别与中药传统煎制方法的大火、中火、小火相对应。为了防止系统温度过高烧坏加热装置，系统对加热温度进行监控，以免发生故障。

2.2、系统功能

（1）参数可调功能。在开始煎制之前可以调整系统的所有参数，系统将调整好的参数保存于可断电保持的EEPROM芯片中，供下次参考使用。在煎制的过程中也可以调整目前计时值，以延长或缩短当前煎制时程的时长；（2）数字显示功能。用3位LED动态显示计时值以及系统设定参数。为了便于维护，也用来显示温度采集系统热敏电阻的短路、断路以及温度超标等信息；（3）自动报警功能。系统在出现故障即热敏电阻短路、断路以及当前加热温度超出系统设定温度范围，蜂鸣器立即报警，LED显示相应的报警信息。用户确认报警信息后，解除报警状态；（4）断电数据保护功能。系统参数保存到EEPROM  中，断电后数据不丢失。

3、硬件电路组成

系统硬件电路的设计思想是：在保证系统功能及其运行可靠性的前提下，尽可能降低成本。故本系统选用单片机作为控制和信息处理的核心。单片机体积小，安装方便，可靠性好，货源充足，适合于批量生产应用。AT89C52具有3个16位定时中断器，8k flash EPROM，256字节RAM，32根I／O线，指令系统与MCS51单片机兼容，1000次电可擦写，程序可三级加密，安全性高，性价比也较高。本系统所需定时中断层数较多，程序存储所占容量较大，因此选用AT89C52作为硬件核心，而不选用价格稍低的AT89C51。TLCl549是美国德州仪器公司生产的10位模数转换器。它采用CMOS工艺，具有内在的采样和保持、采用差分基准电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到±ISB Max（4.8rev），串口通信占用管脚少（仅需占用单片机3个管脚），芯片体积小等特点。因此选用其作为模数转换器。本系统采用24C01C来存储系统参数，24C01C的存储空间为lkB，体积小巧，采用串行通信，只需2个管脚与单片机相连，读写方便，可进行页读写操作，数据存储可靠性强。硬件电路原理。

3、1                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        温度采集

采用热敏电阻将温度信号转变为电阻值，通过分压电路将电阻值转换为电压信号，运用模数转换器TLCl549将电压信号转换为单片机可识别的数字量。在软件中运用电压与温度的对应关系，将电压值变换成为温度值。由于本系统测量温度只是为了达到系统保护的目的，对采样频率以及温度精度要求不高，温度精度≤1℃，采样频率  50Hz。本系统采用的这种温度采集方法成本很低，并且满足系统要求。温度采集电路原理.

3.2、功率控制与输出

运用单片机管脚输出的方波放大后控制双向可控硅（BTl36-200）的导通截止。双向可控硅在门极信号为低电平时，可控硅处于导通状态，加热盘中的电阻丝与电网构成回路，电阻丝中有电流流过，加热盘对汤剂进行加热。门极信号为高电平时，可控硅处于截止状态，电阻丝中没有电流流过，加热盘停止加热。设定可控硅的一个导通截止周期为l00ms，则其导通时间（以ms为单位）与各模式的输出功率设定值相等。通过控制双向可控硅的导通时间来达到系统输出功率控制的目的。

3.3、显示电路与断电数据保护

为了节省管脚，降低成本，本系统采用动态LED逐位显示当前计时值。待显示位数字的, , 代码段通过P0口输出至驱动器74LS245，然后在相应位显示。数码管接成共阴极形式，通过三极管TRI、TR2、TR3分别选通DGl、DG2、DG3，显示百位、十位、个位。动态显示虽然能够节省成本，但一直困扰系统设计者的问题是如何合理分配各位的显示时间，使动态显示达到稳定的视觉效果。常用的显示方法是将动态显示各位数字作为主程序框架，在显示的过程中完成系统其他功能。这种显示方法主次颠倒，程序设计复杂，可读性差。本系统运用独立于主程序之外的定时中断服务子程序完成显示功能，程序设计思路简单清晰、可读性强。系统所用的24C01C操作简单，3个管脚外，其余管脚接地即可。

4、系统软件

系统软件由主程序、显示数字中断服务子程序、功率控制中断服务子程序、计时中断服务子程序以及故障处理子程序组成。人眼视觉暂留时间为20ms，每位显示时间间隔必须小于20ms。显示中断每次中断间隔9ms，轮流切换显示3位LED，每位数字的显示时间间隔为18ms（<20ms），可以达到稳定的视觉效果。计时中断服务子程序包括正计时和，其中又分为以min为单位计时和以s为单位计时。故障处理子程序完成的功能是关闭系统中断、关闭加热输出、根据采样温度判断并显示故障的类型（短路、断路以及温度超标）、发出报警以及等待用户确认故障信息后程序自动复位等功能。为了编程方便，本系统具体编制了按键检测确认子程序、从D转换子程序、电压＼温度转换子程序、读EEPROM以及写EEPROM等子程序。

5、结束语

自动煎药机目前以其突出的*性受到了各大医院与制药厂家的欢迎，当然它也存在一些需要解决的问题，即：如何解决先煎、后下问题，增加浓缩功能等。这些问题有待于在进一步的实践中不断完善