新型加温器的研制

范颖

摘 要：介绍一种智能化高性能的输液加温装置，它是以STM32系列单片机为控制核心，通过温度传感器的反馈信号，用单片机控制可控硅的触发状态，从而控制加温器的加热电路，实现加温器的智能加温。单片机的温度检测电路可以检测加温系统的加热温度是否适宜，避免温度过高或过低而对患者产生不利的影响。采用温度保护器保护加温器因故障而出现高温加热的现象，因此提高了加温系统的可靠性。该加温系统可以智能控制加热器温度的高低，维持输液的加温温度在恒定范围内，加温温度误差小于1%，该系统使用方便，且体积小巧方便携带，成本低且性能良好，可以广泛应用于临床输液。

关键词：加温系统；单片机；温度传感器

中图分类号：TH789 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0116-02

Abstract： This paper introduces a kind of intelligent and high performance infusion heating device. It takes STM32 series single chip microcomputer as the control core， and through the feedback signal of temperature sensor， uses the single chip microcomputer to control the trigger state of thyristor， so as to control the heating circuit of the heater. The intelligent heating of the heater is realized. The temperature detection circuit of single chip microcomputer can detect whether the heating temperature of heating system is suitable or not， so as to avoid the adverse effect of too high or too low temperature on the patient. The temperature protector is used to protect the heater from high temperature heating because of the fault， so the reliability of the heating system is improved. The heating system can intelligently control the temperature of heater， keep the heating temperature of infusion in constant range， the temperature error of heating is less than 1%， the system is convenient to use， small and convenient to carry， the cost is low and the performance is good. It can be widely used in clinical infusion.

Keywords： heating system； single chip microcomputer； temperature sensor

1 背景

静脉输液是通常治疗患者的一种常见输送药物方式，传统静脉输液是直接将药液通过输液管输入人体。但药液通常与人体体温有一定的温差，当输入较多液体时，手臂很快就会感到冰凉，而感觉身体不适，易出现不良反应。这一现象尤其在寒冷季节输液时更加明显严重。为了解决这一问题，较普遍的方法是用热水袋装上热水放在输液管道上，但此方法使用效果差，滴速不恒定，加温高低不易掌握，过高会降低药物活性，降低药效效，从而会影响治疗效果。因此本文为改善目前这一情况，为此研制出一种智能加温器，用它将输入液体快速加热至接近体温，并可实时数字显示加热管道的温度。从而改善医疗患者的情况，有助于患者早日康复。

2 加温器系统组成

加温器是一种间接式加温装置，它的加热原理是在输液时，输液液体流经输液管道，输液加热器通过输液管道对其进行热传导，从而使输液液体被加热。加温器系统由单片机控制系统，加热系统，显示模块，按键系统，报警系统等组成。加热系统通过加热器件给金属铝板加热，上下金属铝板上的凹槽处可安装输液管，从而间接给输液管加热。显示系统可以实时显示当前加热金属板的温度值大小。报警系统可以检测加热金属板上的温度过高或过低，可以因加溫器给输液管加温温度过高或者没有及时给输液管加温而进行声光报警（蜂鸣器报警，指示灯闪烁），从而提高加热器系统的使用安全性。按键系统可由人为操作来设置不同功能反馈给单片机，包括调节温度档位的加减键，华氏温度和摄氏温度切换键，开关机启动键，从而实现人机互动功能。单片机控制系统则通过按键输入状态和温度传感器采集的反馈信号来控制加温器是否开始加温，及加温的频率，达到精确控温的效果从而维持温度保持恒定范围，提高加温系统的稳定性。

3 加温器硬件组成

硬件设计的基本思路是实用、可靠以及小型化。为此选用了意法半导体公司的STM32F1系列单片机。该单片机内核是Cortex-M3，性能优越，使用非常方便。温度显示屏选用用4位8字宽LCD液晶屏，直接与CPU连接，前三位显示温度整数数值，第四位则显示温度小数值，键盘采用五个按键，功能键包括启动开机关机、温度档位加减、华氏摄氏温度切换键，静音键等。系统功能框图如图1所示。

（1）加热控制保护电路。加热控制保护电路是由加热源（即发热电阻丝），过热保护器，晶闸管，单片机组成。发热电阻丝和电源，过热保护器以及晶闸管组成回路。电源由市电提供，当晶闸管A，B端加上电压时，A，B端会闭合，从而构成闭合回路，加热板发热。又因市电为220V交流电，当晶闸管AB端经过过零电压时，AB端会断开，电路会停止加热。需晶闸管C端由电压触发时，AB端才会重新闭合，构成加热回路。故晶闸管C端和单片机引脚相连，由单片机给晶闸管触发电压，从而可由单片机控制加热电路的运行。电路中的过热保护器选用45度保护器，将保护器放入加热板内，当加热板的温度在45度以下时，保护器是常闭状态，故能保证加热电路的正常运行，当加温器系统发生故障时，加热板温度大于45度时，则过热保护器会断开，从而使加热电路停止加热。故从而保障了输液安全，提高了系统安全性。（2）温度检测电路。温度检测电路是由温度传感器，放大电路，单片机构成。温度传感器选用热电偶传感器，小巧方便，温度误差小。将温度传感器的探头放入加热板内，通过温度的差异，将采集温度信号反馈给单片机，经过单片机分析处理，若温度超过用户设定档位的对应温度范围上限时，则单片机停止给晶闸管触发信号，使加热电路无法加热，而使温度有所降低。若温度低于用户设定档位的对应温度范围的下限值，则单片机会触发信号，使加热电路运行加热。因此，通过温度检测电路，可使加温器加热温度保持恒定，且温度误差小于2%。（3）报警电路。报警电路是整个加温器系统的关键电路之一，直接影响到加温器的使用安全性。报警电路是由单片机，LED灯，LCD显示屏和蜂鸣器构成，与单片机的引脚相连，直接由单片机控制，从而使得报警电路更加稳定，响应快。当系统设定超过42度为高温，当加热板上温度达到42度时，温度传感器将电压信号传递给单片机，经过单片机分析，得出高温报警信号，从单片机通过脉冲驱动蜂鸣器鸣叫和LED灯快速闪烁，单片机控制LCD显示屏显示“EEEE”，从而引起用户注意，以便及时处理故障。当加温器无法加温时，温度传感器将低温信号（低于20度）传递给单片机，单片机控制蜂鸣器鸣叫，控制显示屏显示“FFFF”字符，提醒用户及时排除故障，使加温器能正常加温。因此，有了报警电路使得加温器更加智能方便。

4 加温器软件组成

加温器系统软件设计主要包括加温控制程序，温度报警程序，按键扫描程序，显示屏显示程序。加温控制程序流程图如图2所示。

（1）加温控制程序。加温控制程序即控制单片机是否通过脉冲触发晶闸管使得加温电路正常运行，加热板加温。通过温度采集子程序采集温度传感器反馈的电压信号，经单片机分析处理，控制加热电路是否运行及加热频率。（2）温度报警程序。温度报警程序是通过ADC采集的温度信号，是否高出或低于程序设定的适宜温度范围，经单片机分析处理，通过调用温度报警程序程序来控制蜂鸣器鸣叫，LED灯闪烁，显示屏显示报警字符。（3）按键扫描程序。按键扫描程序即单片机通过按键扫描程序，扫描按键引脚的电平，来判断是否有按键按下，共有5个按键，包括开机关机按键，温度档位加键，温度档位减键，华氏摄氏温度切换按键，静音键。（4）显示屏显示程序。显示屏显示程序是通过ADC采集的温度信号反馈给单片机，由单片机分析处理，单片机通过显示程序控制LCD显示屏，根据信息显示温度数据，前三位显示温度数值的整数部分，最后一位显示温度数值的小数部分。另外，通过算法能够将华氏温度切换成摄氏温度数值，使加温器更加智能化，提高了用户体验。

5 结束语

利用STM32单片机控制的加温器系统具有成本低、体积小巧，使用方便、功能完善的特点，该装置具有较高的精度和可靠性，与传统输液法比较，通过加温器，对所输药液进行加热并达到一定的温度范围，能有效提高输液的药用效率，且不引起药液变质。降低了重癥患者因输液温度过低而对身体不利的安全风险，为患者带来更多的福利工作效率，在医院试用表明，该加温器系统，具有较高的推广应用价值。可广泛用于临床。

参考文献：

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