電動(dòng)配藥器的硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試探析

馬才 李文婷

摘要：隨著電動(dòng)配藥器使用頻繁度的不斷增加，如何做好其硬件設(shè)計(jì)，并且實(shí)施相對(duì)應(yīng)的測(cè)試，就成為后續(xù)使用電動(dòng)配藥器需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，同時(shí)也是本文研究的重中之重。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)配藥器;硬件;設(shè)計(jì);測(cè)試

【中圖分類號(hào)】R-03【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】2107-2306（2019）05-176-02

對(duì)于電動(dòng)配藥器而言，其硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要，做好硬件設(shè)計(jì)，再配合上適當(dāng)?shù)臏y(cè)試，這樣就可以滿足電動(dòng)配藥器本身的要求，最終迎合實(shí)際需要。

一、系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

（一）單片機(jī)系統(tǒng)的控制邏輯

對(duì)于單片機(jī)，其主要包含了主控與電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分，對(duì)于其實(shí)際的控制流程，見圖1所示。

（二）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)針對(duì)主控單片機(jī)，其發(fā)

出PWM脈沖之后，其按照收到的PWM信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)就會(huì)直接生成MOS管門極信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行正常的工作。在對(duì)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，原本是利用單一的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制與驅(qū)動(dòng)，但是考慮到其存在太多的引腳，就會(huì)增大電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。為了能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)難度降低，控制布線對(duì)應(yīng)的復(fù)雜度，就需要分開來(lái)進(jìn)行電路板的制作[1]。

考慮到醫(yī)用手持式電動(dòng)配藥器本身對(duì)于重量和體積存在較高的要求，再加上三相永磁無(wú)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(wú)刷直流電機(jī)來(lái)進(jìn)行動(dòng)力的設(shè)計(jì)。通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的有效控制，選擇三相全控的橋路設(shè)計(jì)模式，配合上電機(jī)輸出力矩簡(jiǎn)單的測(cè)試，就可以達(dá)到藥液汲取的要求。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)則是根據(jù)霍爾信號(hào)輸出MOS管開通關(guān)斷信號(hào)，其具體的框架見圖2所示。

二、檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

（一）電流檢測(cè)電路

針對(duì)電路檢測(cè)，一般會(huì)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(lái)對(duì)應(yīng)電流值，針對(duì)閉環(huán)控制，其對(duì)于電流的采集也是如此。針對(duì)電流檢測(cè)，主要是通過(guò)精密采樣電阻串聯(lián)，從而在驅(qū)動(dòng)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(duì)新穎的方法，則不能考慮采樣電阻，需要利用MOSFET管壓降檢測(cè)電路通態(tài)電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路電流波形的重構(gòu)，這樣也可以滿足均勻的實(shí)現(xiàn)大電流、管電流的分布。在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制之中，還需要對(duì)電流的波形做好對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)處理，所以，就需要在定子繞組上設(shè)置電流傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)定子電流的有效采集[2]。電流檢測(cè)如圖3。

為了降低功率消耗、避免對(duì)電路帶來(lái)過(guò)大的影響，一般都會(huì)選擇0.22歐的采樣電阻，并且放大電路利用兩級(jí)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(wú)刷直流電機(jī)換向會(huì)導(dǎo)致雜波干擾的出現(xiàn)，并且隨著轉(zhuǎn)速還會(huì)轉(zhuǎn)變其頻率，并且PWM同樣也會(huì)面臨干擾，其實(shí)際的頻率為2K赫茲，通過(guò)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)?wèn)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?yàn)V波網(wǎng)絡(luò)的添加。不過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)本身的實(shí)時(shí)性有所欠缺，并且對(duì)于應(yīng)用電動(dòng)配藥器的時(shí)候，針對(duì)實(shí)時(shí)性要求偏低，所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可能會(huì)存在2ms的電容延遲，可以達(dá)到電機(jī)及時(shí)停止的要求。

（二）位置檢測(cè)電路

基于位置檢測(cè)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(wèn)題，在按照推動(dòng)按鍵，就會(huì)導(dǎo)致零部件損壞或者是電機(jī)燒毀。其實(shí)際的結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)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(dòng)。當(dāng)處于最前端的時(shí)候，開關(guān)1輸出高電平，這樣就會(huì)阻止電機(jī)繼續(xù)的前進(jìn);當(dāng)處于最尾端的時(shí)候，開關(guān)2輸出高電平，這樣就會(huì)阻止電機(jī)繼續(xù)的后退。

三、系統(tǒng)組裝測(cè)試

為了達(dá)到可靠的系統(tǒng)運(yùn)行要求，就需要分別的測(cè)試每一部分模塊，在具體測(cè)試之后，等待合格，方可統(tǒng)一的進(jìn)行組裝[3]。

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，已經(jīng)組裝完畢的樣機(jī)控制信號(hào)會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)，這樣難以開展測(cè)定，所以，可以考慮到外掛單片機(jī)、截?cái)嗖糠挚刂菩盘?hào)，從而生成對(duì)應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣機(jī)的調(diào)試，而利用可編程直流電源可以實(shí)現(xiàn)配藥器電源的供給要求。另外，使用外掛單片機(jī)針對(duì)直流母線電流進(jìn)行檢測(cè)處理，并且在數(shù)碼管上現(xiàn)實(shí)，這樣就可以針對(duì)電流的實(shí)際變化情況做好對(duì)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(diǎn)斷開，然后連接到調(diào)試之中所使用的單片機(jī)檢測(cè)電機(jī)母線電流，這樣就可以將實(shí)際運(yùn)行的電機(jī)電流值確定。另外，斷開b點(diǎn)，然后連接到調(diào)試單片機(jī)，并且將對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入控制驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，以此來(lái)調(diào)試控制算法。這個(gè)時(shí)候，主控單片機(jī)依舊可以完成指示燈、按鍵等對(duì)應(yīng)的工作，而其輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)出現(xiàn)了失效的問(wèn)題。此外，調(diào)試單片機(jī)直接與數(shù)碼管對(duì)接，最終電流變化情況會(huì)顯示在調(diào)試過(guò)程之中。

四、測(cè)試結(jié)果及分析

基于具體的調(diào)試，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：第一，針對(duì)敞口容器，其空氣的抽取與排出，都能夠達(dá)到原設(shè)計(jì)的自動(dòng)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(shí)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(jì)密閉容器的恒力矩抽取，雖然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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.

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