基于STM32制造的电仿秘方火炙研发

梁敏琦　黎先强　姚飞翔　崔更申　陈榕炜

【摘 要】本文将传统的秘方火炙技术与现在先进的嵌入式系统技术结合起来，采用了电加热的方法，研究基于STM32制作的电仿秘方火炙技术，使得测量的数值更加精确，设备控制的温度更准确。在整个控制系统中，主控芯片STM32F103C8T6通过分析反馈回来的温度信息来输出相应的PWM值给电机驱动，从而间接地控制加热模块的输出功率，同时会将温度值显示到OLED上。同时，主控芯片还可以接收红外遥控信号，从而确定输入的遥控器键值，进而设定相应的温度。

【关键词】电加热；秘方火炙；STM32F103C8T6；红外遥控信号

0 引言

随着人们生活水平的提高，人们日益认识到健康的重要性。在科技快速发展的今天，实现将智能科学和数据化处理融合入医疗设备当中，使得治疗过程更精确化，减少医患之间的矛盾变得尤其重要。

前期我们也略为了解了一下市场，发现沉寂多年的中医术渐渐地又被人们重视。越来越多的病患长期服用西成药物，身体机能出现毒副作用。中医以其治标治本的理念，不仅治好了顽疾而且对身体不会产生副作用。现在越来越多的医院开始重视火疗这种传统的治疗手段。越来越多的人依靠开理疗会所而发家致富。在这种情形下，减少实行中医术的危险性变得十分重要。如果将电仿火炙技术推广，那么就会有更多人受益。

电仿火炙是根据传统秘方火炙的作用原理，结合现代电子技术，开发出的一种能够代替传统火炙的新型治疗仪器。使用STM32F103C8T6作为主控芯片，控制加热片在8v以上的电压下进行加热。温度传感器感知温度变化，将温度传回到主控芯片当中，主控芯片将相应的参数传输到OLED显示屏上，并且调节加热片加热情况，实现加热片的温度在一个可调节的温度上下小额度的波动，直到趋于稳定。

1 电仿火炙原理

电仿秘方火炙仪器是在传统火炙仪器的基础上，结合现代医疗器械的发展趋势，改良而来的新型理疗器械。电仿秘方火炙仪器的治疗原理与传统火疗器械相同，都是采用多种名贵通经活络药酒，结合人体全身的穴位特点来打通经络。使用电热来驱使人体表面的温度升高，加速药水渗入体内，促进体内气的流动，进而达到人体内的气流正常运转，人体内的经络正常连通的目的。用陶瓷加热片作为产热源，STM32作为核心的控制芯片，通过温度传感器来检测温度，使得温度控制在一个合理的范围，例如50℃左右。加热片的温度由STM32来控制，STM32对反馈回来的温度进行分析，从而控制陶瓷加热片的输出功率，进而使温度保持恒定。

2 系统方案设计

2.1 主要模塊介绍

本电仿秘方火炙技术的温度控制系统是由许多模块组成的，它们之间的相互作用使得整个系统有条不紊的运行，分别为：主要芯片控制模块、红外遥控模块、温度检测模块、加热模块、电机驱动模块、显示模块和供电模块。

在这些模块当中，主要芯片STM32控制模块是整个系统的核心。供电模块主要是给STM32和加热模块供电，而其它模块都是受STM32驱动与控制，红外遥控模块将脉冲电平信号传回STM32，温度检测模块将当前温度反馈到STM32，电机驱动模块将占空比电压提供给加热模块。它们之间的关系如下图1所示

图1

2.2 主要模块选择

在该温度控制系统中选择的器件如下：主控芯片选择STM32F103C8T6，温度传感器选择DS18B20，加热片选择陶瓷加热片，显示模块选择OLED液晶显示屏，红外模块选择NEC协议的红外遥控器，电机驱动选择MOS管驱动，供电模块由3节18650电芯组成。

2.2.1 主要芯片控制模块

在主要芯片控制模块当中使用的芯片是STM32F103C8T6，该模块主要是驱动和控制其他模块，并且接收其他模块给它提供的信息。

STM32F103C8T6是F1系列中资源相对较少的一块芯片，但是其体积小，并且其所拥有的资源已足够提供整个控制系统的使用，故选择该型号芯片作为整个系统的主控芯片。

2.2.2 红外遥控模块

本模块的功能是通过遥控器键入键值，然后通过红外发射管将信号发射给红外接收管，之后再由主要芯片控制模块处理。

这次设计选择的红外遥控模块使用的是NEC协议的红外遥控器。由于STM32所有型号都具有PWM，故选择NEC协议的遥控器。

2.2.3 温度检测模块DS18B20

该模块的功能是检测加热片的温度，然后将温度信息传回给主要芯片控制模块，而温度检测的频率是受主要芯片控制模块控制的。

温度传感器采用DS18B20，具有体积小，硬件成本低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20是直接传回数字数据，STM32所要做的工作就是采集，所以这样的温度检测大大地提高了其稳定性，所以使用DS18B20温度传感器作为稳定检测。

2.2.4 加热模块

该模块的功能是加热，而加热所需要的电能是由电机驱动提供，而电机驱动的输出电压与主要芯片控制模块的PWM值成正比。加热部分选择方形陶瓷加热片，寿命长、热响应时间短、加热均匀、高效节能。

2.2.5 电机驱动模块

因为STM32引脚的最大输出电压为3.3V，3.3V的电压是无法驱动加热模块的，所以通过电机驱动模块来间接给加热片供电。

电机驱动模块选择MOS管驱动，能承受电流的很大。MOS驱动具备开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点。

2.2.6 显示模块

该模块主要是显示设定温度和当前温度，而显示的相关信息是由STM32提供。显示模块选择0.96寸的OLED液晶显示屏，能够汉字，其要求显示的区域大小刚好适合设计要求。

2.2.7 供电模块endprint

该模块主要是给STM32（3.3V或5V）和电机驱动供电（5V和12V）。供电模块由3节18650电池串联成12V电压组成。

3 性能指标

（1）温度控制范围：50℃左右，控制精度：±0.2℃；

（2）温度给定跳变2℃时，调节时间≤60S，超频≤0.5℃；

（3）对给定温度、实测温度进行实时显示；

（4）利用红外遥控器进行温度设定；

（5）拥有断电记忆，在控制过程中突然断电，重新上电后原来的控制过程不受影响。

4 硬件设计

核心控制芯片电路设计如下图2所示

图2

4.2 红外遥控模块

红外接收用的是NEC协议，脉冲宽度调制。NEC码的位定义：一个脉冲对应560us的连续载波，一个逻辑1传输需要2.25ms（560us脉冲+1680us低电平），一个逻辑0的传输需要1.125ms（560us脉冲+560us低电平）。而遥控接收头在收到脉冲的时候为低电平，在没有脉冲的时候为高电平，这样，我们在接收头端收到的信号为：逻辑1应该是560us低+1680us高，逻辑0应该是560us低+560us高。

4.3 BOOT模式选择

图3

表4

在电路设计上无SRAM存储，顾将BOOT1连接于GND，由BOOT0来选择程序启动与程序下载。如图4.3所示，用跳帽将2与3连接即可开串口下载模式，将2与1连接即可让程序启动。

4.3 温度检测模块

DS18B2是一种“一线总线”接口的温度传感器，其数据是以数字方式传输，直接读出被测温度。

4.4 OLED显示模块

OLED采用的数据传输协议为IIC，IIC总线是一种两线式的串行总线，它由数据线SDA和时钟线SCL构成串行数据，可发送和接收数据。

5 总结

本文所介绍的与传统的火炙技术相比，具有温度读数准确，控制加热片加热温度精确，红外遥控等特点，其输出温度采用数字显示。医生就可以根据不同的病人的病症，采用不同的治疗手段，并且通过客观的温度变化来识别病症，使得火炙技术更为科学和客观性，减少医患纠纷和降低医学失误的几率。这样就可以为现代人工作、科研、生活、提供更方便的火炙設施，让数字化和智能化更好地为人类服务。

【参考文献】

[1]王晓寅.基于ARM的远程温湿度监控系统[J].信息技术，2011.8.

[2]郭智源.基于STM32的PID和PWM温度控制系统研究[J].科学技术与工程，2011.6.

[3]马明晖.基于ARM的多用途多路温度监测器设计[J].工程技术，2014.7.

[4]吴进.基于ARM的温度测量系统设计与实现[J].湖北第二师范学院学报，2011.8.endprint