医用取药房的智能移动平台

吴继浩 施祥庆 周浩

(湖北工业大学，湖北武汉 430068)

医用取药房的智能移动平台

吴继浩 施祥庆 周浩

(湖北工业大学，湖北武汉 430068)

随着人们生活水平的不断提高,人们越来越关心医院的工作效率,因此提高看病各环节的效率日益成为大家关注的焦点,其中取药的自动化可大大缩短取药时间,减少患者的取药等待时间。医用取药房的智能移动平台由轨道信号发生装置、信号采集装置、STM32F401外围电路、触碰停车装置、WIFI通信模块、电机控制、LCD显示器和移动电源等部分组成。

自动化医用智能移动平台STM32

1 引言

智能移动平台一直是国内外的研究的热点，对于提高人类的生活质量和工业生产效率具有很重要的实际意义，尤其是在一些特定的场合中的智能移动平台，例如医用取药房中，由于存放药物的药架繁多，光线分布不均，磁场干扰复杂，等众多的因数导致了现有的智能循迹系统很难稳定的应用于这个特定的场合，本文将从轨道信号发生装置、信号采集装置、STM32F401外围电路、触碰停车装置、无线控制系统、电机控制、LCD显示器和移动电源等部分设计一款医用智能移动平台。经由实践的证明，该系统能够快速、准确向目的地实现移动，满足一般取药房的需求，而且具有自带的接口可以实现与智能医疗设备网络终端联网以实现统一管理[1]。

2 工作原理

智能移动平台循迹所需要信号是通过埋在地面上的3mm的铜丝串联一个信号发生装置，产生频率为20KHZ的脉冲信号，通过智能移动平台底盘的电感采集到信号，经过放大等处理后，cpu就能读出当前的位置偏差，再通过一定的算法处理实现对路径的准确追踪，基于精确的停车电路设计、医疗人员可以随时实现停车和行车方向的更换。

用户可以随时的根据移动平台自带的LCD显示器，查看平台的电量、温度信息以及矫正和处理一些数据，另外，还可以通过连接在该移动平台上的智能终端来读取当前移动平台的数据，从而实现与计算机和智能医疗设备网络终端的信息传递。

3 智能移动平台硬件总体设计

为达到特定的设计要求，平台具体分由以下几个电路组成：

3.1 轨道信号发生装置

信号发生装置采用的电源是5v的直流电源，原理图如图所示，40KHZ的晶振和与非门并联，通过74HC14第一个非门接入10M的电阻，形成反向放大并且顺利振荡，第二个、第三个非门是用作整形，CD4013是双D触发器，此处用做Q-接D将信号二分频，CLR和RS接+5V，CP接到第三个非门的输出，输出信号由三极管放大后输出，如果得到的频率不对，可以通过C2进行微调。

3.2 信号采集装置

3.2.1 选频电路

智能移动平台选择20kHz的交变磁场作为路径导航信号，在频谱上可以有效地避开周围其它磁场的干扰。由于药房内各种电子设备会产生磁场对信号有极大的干扰，因此信号放大需要进行选频放大，使得20kHz的信号能够有效的放大，并且去除其它干扰信号的影响。可以使用LC串并联电路来实现选频电路（带通电路）,计算滤波电容的公式(1)：

选择感应电动势的频率f=20kHz，感应线圈电感为L =10mH，计算出谐振电容的容量为6.8nf。

3.2.2 放大和处理电路设计

经过选频信号，电感采集的信号大概在100mv左右，因此需要一个放大电路进行放大，放大电路由图，当传感器采集的信号经过选频后，经过C9进入基于AD822设计的单电源放大电路，通过BATS54S搭建检波电路，将交变的电压信号检波形成直流信号，检波电路可以获得正比于交流电压信号峰峰值的直流信号。这样可以减小噪声对单片机处理信号的影响，单片机A/D可以以更快的周期对信号进行采样，极大的提高了稳定性。

3.3 LCD显示器

STM32内部没有驱动液晶屏和触摸的驱动电路和接口，所以在各类高端的液晶显示模块中，内嵌入了一些带有驱动电路和芯片的，这些电路是和液晶显示屏相互独立的，使用的是ILI9341和XPT2046实现液晶驱动和触摸检测的。

3.4 WIFI通信模块

在短距离的移动通讯领域,wi-fi无疑是当今使用最为广泛的移动通讯技术。鉴于资源的有限，使用的是SPI通讯模块的WIFI模块。

3.5 电机及驱动

为了便于精确的实现控制，选择的是带有轴编码器的电机，通过编码器的反馈更加精确的实现对姿态的控制。电机驱动采用大功率的MOS管驱动，稳定可靠。

3.6 触碰停车装置

停车装置安放在前后的两个扶手上面，使用的是多个并排的PM611热释电传感器来感应触碰信号，使用LM358实现放大后，通过LM393设置比较电压，当超过阈值电压后，实现停车功能，多个热释电传感器的并排使用，增加了触碰灵敏度，而使用LM393比较电路设计的阈值参考电压可以有效的减少误判。

3.7 STM32F401外围电路

ST公司在2014年推出STM32F41RE系列产品，项目使用STM32F401RE64脚贴片芯片，STM32F401RE稳定最高主频能达到100MHZ，而且具有3个IIC通信，3个USARTs 4个SPIs，支持SDIO通信，尤其适用于需要浮点运算或DSP处理的应用，芯片外围电路包括了晶振电路、备用电源、保护电路、数据下载电路。

3.8 电池设备

设备采用的是移动电源平台，对于电源的剩余电量就是一个重要的检测对象，当电量不足的时候，用户就应当对电源进行充电，项目选择的是DS2384，如下图，通过一个采样电阻R。可以实现电池电量的采集，因为DS2384自带了一个温度传感器，设计出来的电源模块具有采集环境温度的功能。

4 智能移动平台软件系统设计

4.1 软件流程图

当启动电源后，处理器首先对各个系统进行初始化，然后开始接收启动命令，当检测到启动命令后，就可以实现自动移动的功能了。

4.2 循迹算法及实现

市场上关于四轮车算法的实现比较普遍的是四轮转向车辆动力学模型，这种设计对移动平台的车身结构提出了比较复杂的要求，无疑增加了平台的成本，增大了移动平台的推广难度，本着“够用即最好”的原则，考虑到医用药房的具体情况，设计四定向轮平台，设计的移动平台为长宽高80CM*40CM*100CM的平台，可同时容纳两层药物，平台通过与前后轮同轴的成一定间距的两套成对的电感，探测出车身与赛道的偏差角度，然后通过PID模糊算法，和编码器返回的车速实现对轨道的准确追踪。

智能控制的PID典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。控制器的输出口经过输出接口，执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器变送器，通过输入接口送到控制器[2]。

如图所示其中，D(S)为控制器，完成PID控制规律。

比例(P)控制器

比例+积分(PI)控制器

比例+积分+微分(PID)控制器

式子中：Kp-比例放大系数，Ti-积分时间，Td-微分时间

5 结束语

本文介绍智能医用取药平台借鉴了市场上常见的自动巡线系统以及无线控制系统，运用我们所学的知识，经过我们的优化创新和大胆整合，设计出一台安全、可靠、操作简单、价格合理的医用移动平台，用户通过对协议的修改可以和任何一款市面上见到的智能终端进行联网，适合一般医院的需求。

[1]颜慧.家用小型电源监控系统的设计及实现[J].大众科技, 2010(3).

[2]李桢.PID调节概念及基本原理[J].科技信息（科学·教研）, 2007(29).

Intelligent mobile platform for Pharmacy

WU Ji-hao,SHI Xiang-qing,ZHI Hao
(Hubei University of Technology，Hubei Wuhan，430068)

With the continuous improvement of living standards,the concern on hospital efficiency rises,in which the pharmacy efficiency is an important part.An automatic pharmacy system can greatly shorten the time for picking up medicine,reducing patients’waiting time to get medicine.Theintelligent mobile platform for pharmacy consists of the rail signal generator,signal acquisition device, STM32F401 peripheral circuit,touch-stopping device,WIFI communication module,motor control,LCD display and mobile power supply.

Automation;Medical intelligent mobile platform;STM32;WIFI

TP242

A

1008-1739（2015）10-64-3

定稿日期：2015-04-26