基于单片机的电子温灸仪的设计与实现

2016-10-26洪升耿

科学中国人 2016年26期

关键词：三极管导通蜂鸣器

方　力，洪升耿

暨南大学电气信息学院

基于单片机的电子温灸仪的设计与实现

方力，洪升耿

暨南大学电气信息学院

本文笔者制作了一个自动控温的电子温灸仪，借助电灸头的温和热力及药物的作用，烧灼、温熨和贴敷于穴或患处，通过温热刺激的方法达到保健养生，防病治病的功效，同时也改进了传统艾灸污染、不安全等弊端。

单片机；灸疗；恒温；微烟

前言

中医的温灸法适应症广、疗效迅速、安全可靠易学易用，特别适合于家庭治疗和保健。但在温灸治疗中存在烟雾呛人、温度不好控制、易烫伤皮肤等问题。本文是设计以AT89C51单片机为控制器的电子温灸仪，通过对电灸头加热温度的调节，达到恒温和微烟的效果。

一、电子温灸仪设计原理

AT89C51型单片机是该系统的核心部分，通过A/D转换模块采集PT100温度传感器测量的温度数据，并据此通过PID运算，输出PWM方波信号，控制加热电路的通断频率，进而达到对电灸头的恒温控制。同时，通过按键输入以及单片机实现对LED灯、蜂鸣器及OLED显示屏的控制，实现温度实时显示及治疗温度时长可调、时间到声光提醒的功能。

二、电子温灸仪系统方案

控制方案以单片机为核心，系统结构图如图1所示。通过按键输入控制，输入设定的温度及治疗时长，加热开始，温度传感器采集温度信号，A/D模块进行模数转换将温度数据传送到单片机，单片机通过对设定温度以及采集到温度温度做比较，进行PID运算后输出信号到恒温加热控制器。温度以及治疗时长同步显示在OLED显示屏上，治疗时间到时，通过蜂鸣器及LED灯闪烁进行声光提示。

图1　系统结构图

三、硬件系统分析

（一）单片机最小系统

AT89C51型单片机、复位电路以及时钟电路组成了单片机的最小系统，其中，核心控制单片机AT89C51是控制整个系统工作的关键部分，复位电路保证了单片机正常有序的运转，而时钟电路的主要工作是产生时钟信号。

（二）温度采集电路

电子温灸仪的设计的温度采集部分由两部分组成，一部分采集电灸头表面的温度，另一部分采集治疗皮肤表面的温度。其中电灸头处由于温度高达两三百度，故采用了测温范围为-200℃至660℃的PT100铂热电阻作为温度测量器，而皮肤表面温度在35℃到60℃之间，故采用DS18B20温度传感器进行测量。通过将PT100与已知阻值的电阻组成串联并加以电压信号，将采集到的温度信号转化为电压信号，再通过模数转换将温度的数字信号传送至单片机。

（三）温度控制电路

本温度控制系统采用通断控制，通过PWM技术改变给定控制周期内的加热器导通和关断时间，达到调节温度的目的。系统控制电路由PSS8550PNP三极管、TIP142达林顿NPN三极管、负载电阻R6组成。当单片机的P1.4口输出低电平时，8550三极管导通，触发TIP142达林顿三极管导通，TIP142工作在饱和区，加热片通电；当P1.4口输出高电平时，8550三极管截止，TIP142工作在截止区，加热片断电。

（四）按键处理、OLED显示

显示电路采用OLED显示模块，P1.0～P1.3作为液晶显示屏的数据线和控制线，外接单片机的VCC、GND，由单片机供电；按键主要负责定时设定，P3.3～P3.7作为按键的输入端。

蜂鸣器报警电路：蜂鸣器报警电路由ULN2003A、三极管和蜂鸣器组成，由单片机P1.5口输出高低电平控制三极管的导通和截止，三极管导通，则蜂鸣器报警。