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1、摘要 随着自动化技术的发展，对设备自动化的要求越来越强烈，对于在医疗中广泛使用的高温灭菌装置更应该实现自动化控制。所以设计一套合理、实用、高效、智能的高温灭菌装置的控制系统显得尤为重要。本文设计的就是高温灭菌装置的智能控制系统。利用对应的传感器分别对温度和压力进行检测，并通过变送器送到8位A/D转换模块的模拟通道进行转换，输出的数字量送到89C52单片机里进行处理和显示，医疗人员可以通过4个按键来对灭菌的温度、压力、液位、时间进行设置，设置完成后系统就自动运行，医疗人员可以通过162的液晶显示屏来观察实时数据。整个系统完全自动化，不需要人员的任何操作，只要根据需求给系统设置好设定值，系统就自动
2、调节。系统具有很高的安全性、可靠性、快速性。 关键词：单片机；液晶；A/D转换；键盘；第1章 绪论1.1高压蒸汽灭菌的背景 在西方医学没有传入中国之前，我国的消毒几乎是一个空白。作为历史传说，三国时代，华佗可以利用中药麻醉药物要给曹操施行开颅手术。但是这个传说缺乏更充分确凿的历史证据。只有近代100多年的时间，在学习西方医学的基础上，逐渐使我国医疗卫生的消毒、灭菌、隔离和无菌操作工作并日臻完善。19世纪前叶，在欧洲许多国家的外科医院和产科医院里，无数病人和产妇被化脓性疾病夺去生命，医生和助产士束手无策。1847年匈牙利产科医生塞麦尔维斯（18181865）的一位法医朋友，因为解剖尸体，他的一只
3、手被他的学生不慎割破了，引起感染而死亡。这件事对塞麦尔维斯震动很大。更促使他探索解决手术感染问题。在塞麦尔维斯的那个时代，已经有了显微镜，而且已经看到了微观世界里细菌的存在。尤其是法国生物学家巴斯德的研究，证实肉汤腐败原因及其防止腐败的方法，这些科学成果已经在欧洲产生着深远的影响。经过塞麦尔维斯的研究，他提出了应用氯水洗手的想法，并在以后的接生手术中施行这一想法，结果产妇发生产后感染的几率大大降低。这一成果他没有写成论文，而是由他的朋友海布拉代笔向皇家维也纳医师协会机关刊物上发表。但是，这一发现并没有得到当时的医学界重视。1861年他用德文写成了产褥热的原因和预防一书，付之出版。他的学说还是无
4、人支持。他愤怒地向反对他的先锋人物，当时的最高权威产科医生西保特，斯哈佐尼，斯帕士送去公开信，然而，仍无任何反应。他被许多人视为疯子。可是，塞麦尔维斯继续宣传他的观点。1864年他开始出现精神异常症状，随着症状恶化，他的妻子写信给他的好友海布拉商量，结果以海布拉想要见他为由，把他骗到维也纳，住进精神病院。不幸的是他的病情进一步恶化。1865年8月14日，仅47岁的他过早地离开人世。随着自动化技术的发展，工业生产中对设备自动化的要求越来越强烈，对于在医疗方面中广泛使用的高温灭菌装置更应该实现自动化控制。所以设计一套合理、实用、高效、智能的高温灭菌装置的控制系统显得尤为重要。压力蒸汽灭菌技术已有1
5、00多年的应用历史，第一台压力蒸汽灭菌器产生于1880年是目前全世界公认的最可靠的灭菌技术之一，广泛地应用在医疗卫生和工农业各领域。压力蒸汽灭菌温度高，灭菌效果可靠，易于掌握和控制，因此在灭菌技术高速发展的今天，这一经典灭菌方法在消毒灭菌领域仍占有重要地位。压力蒸汽灭菌器的应用非常广泛，国内外对如何正确使用灭菌器正确掌握灭菌监测方法，总结了大量的理论与经验，确保了灭菌质量达标，但实际使用过程中仍存在大量问题，要正确、规范的使用灭菌器还需进一步努力落实各项标准和规范。湿热灭菌在医院中物品灭菌占主导地位，应用面最广。1.2灭菌的分类及发展 灭菌用理化方法杀死一定物质中的微生物的微生物学基本技术。灭
6、菌的彻底程度受灭菌时间与灭菌剂强度的制约。微生物对灭菌剂的抵抗力取决于原始存在的群体密度、菌种或环境赋予菌种的抵抗力。灭菌是获得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中必需的技术。利用温度进行灭菌、消毒或防腐，是最常用而又方便有效的方法。高温可使微生物细胞内的蛋白质和酶类发生变性而失活，从而起灭菌作用，低温通常起抑菌作用。热力灭菌：利用高温使菌体蛋白质变性或凝固，代谢发生障碍， 导致细菌死亡。包括：（1）焚烧法：用火焚烧，是很彻底的灭菌方法，适用于废弃的污染物品和有传染性的动物尸体等。（2）烧灼法：直接再火焰上烧灼，用于接种环(针)和试管口或瓶口的灭菌。（3）干烤法：在干烤箱通电后利用高热空
7、气进行灭菌。一般加热160-170， 维持2小时即可杀灭包括芽胞在内的一切微生物。主要用于玻璃器皿、 磁器或需干燥的注射器等。（4）煮沸法：煮沸1005分钟可杀死细菌的繁殖体，一般消毒以煮沸10分钟为宜。如需要杀死芽胞则要煮沸1-3小时。主要用于一般外科器械、注射器、胶管和食具等的消毒。（5）间歇灭菌法：是利用反复多次的流通蒸汽， 杀死细菌所有繁殖体和芽胞的一种灭菌法。本法适用于耐热物品，也适用于不耐热(100)的一些物质如某些培养基的灭菌。具体做法是将待灭菌的物品置于阿诺氏流通蒸汽灭菌器内，100加热15-30分钟杀死其中的细菌繁殖体，然后将物品置37温箱中过夜，使芽胞发育成繁殖体，次日再通
8、过流通蒸汽加热，如此连续三次，可将所有繁殖体和芽胞全部杀死。若有某些物品不耐100，则可将温度降至75-80， 每次加热的时间延长至30-60分钟， 次数增至3次以上，也可达到灭菌目的，如用血清凝固器对血清培养基或卵黄培养基的灭菌。（6）巴氏消毒法：由巴斯德创建，常用于牛奶和酒类的消毒。一般加热61.1-62.8半小时， 或71.7经15-30秒钟，便可达到杀死病原菌或一般杂菌，而不严重破坏物品的质量的目的。（7）高压蒸汽灭菌法：是灭菌效果最好、目前应用最广的灭菌方法。利用高压蒸汽灭菌器锅进行灭菌，由于密闭容器加温所产生的高压饱和水蒸汽能获得较高的温度，通常在1.05kg/cm2的压力下，温度
9、达121.3，维持15-30分钟。可杀死包括细菌芽胞在内的所有微生物。此法适用于高温和不怕潮湿物品的灭菌，如普通培养基、生理盐水、手术器械、注射器、手术衣、敷料和橡皮手套等。对于高压蒸汽灭菌装置来说，在智能仪器出现以前，整个装置都由人工操作的。操作工通过压力表、温度表来读取装置内的压力和温度，再与需求值进行比较，然后手动调节加热装置。整个过程都是由操作人员完成，精度低，而且稍有不慎还会造成生产事故，消耗人力物力较多。当智能仪器的出现以后，这些问题就等到了解决。设计一套智能仪器对高压蒸汽灭菌装置，用传感器对装置内的温度和压力进行检测并送到智能仪表中进行处理，智能仪表控制相应的加热装置来使装置内的
10、参数稳定在设定值。整个过程没有人为因素的引入，控制精度很高，节约劳动力，安全可靠。预真空压力蒸菌器有抽真空的过程，能使灭菌室内的压力达到负压的，但如果达不到相应温度或温度过高也将影响灭菌。故需按要求对其进行监测，以保证灭菌效果。压力蒸汽灭菌器的关键技术是在灭菌前需排除柜室内的冷空气，因为冷空气导热性差，阻碍蒸汽接触待灭菌物品，并且还可减低蒸汽气压，使之不能达到应有的温度。因此，工业灭菌常用大型灭菌器。卧式灭菌器用途广泛，常用于大量物品灭菌。下排气式灭菌器式样越来越多，可适合各种不同需求，目前研制的智能蒸汽灭菌器，在自动化水平上较以前的灭菌器更高，且外形设计优美。1.3高压蒸汽灭菌的内容及意义
11、高压蒸汽灭菌是将待灭菌的物品放在一个密闭的加压灭菌锅内，通过加热，使灭菌锅隔套间的水沸腾而产生蒸汽,待水蒸汽急剧地将锅内的冷空气从排气阀中驱尽，然后关闭排气阀，继续加热，此时由于蒸汽不能溢出，而增加了灭菌器内的压力，从而使沸点增高，得到高于100的温度。导致菌体蛋白质凝固变性而达到灭菌的目的。对于医疗器械消毒是病人免受感染和成功健复的根本保障。在医疗方面，高温蒸汽灭菌也是必不可少的。它可以阻止和控制传染的发生。其目的：（1）防止病原体播散到社会中，引起流行发生。（2）防止病者再被其他病原体感染，出现并发症，发生交叉感染。（3）同时也保护医护人员免疫感染。偏远和贫困地区的小型社区医院往往完全手工
12、操作灭菌设备或者是使用自动化程度很低的灭菌设备，不但灭菌温度无法把握，灭菌时间长短也不能精确的控制，严重影响了医疗质量。本课题的目的是设计一个小型的高压蒸汽灭菌自动控制系统，彻底杀灭病菌，保证医疗卫生安全。第2章 方案论证21 设计概述 本文设计的是高压蒸汽灭菌自动控制系统，通过键盘对灭菌温度、液位、灭菌时间、灭菌压力进行设置，设置完成后系统运行起来。通过温度传感器变送器和压力传感器变送器对装置内的温度和压力分别进行检测并输出05V的模拟信号经过A/D转换模块送到单片机中进行处理，与设定值进行比较，小于设定值就使加热管全功率加热，等于设定值就使加热管半功率加热。而且单片机内的定时器自动计时，定
13、时时间到停止装置的运行，加热管停止加热。整个过程要用液晶显示设定值和实时值。2.2 系统方框图单片机 键盘A/D转换信号放大温度传感器压力传感器 加热丝声光报警液位传感器驱动电路显示电路 D/A转换电动调节阀 晶振 复 位 电源 高压蒸汽灭菌器控制电路有单片机、键盘、显示器、温传感器、液位传感器、压力传感器、报警电路和加热器等硬件组成，然后和软件结合起来实现高压蒸汽灭菌器控制电路的功能。系统总体结构框图如2.1。 2.1系统方框图2.3 方案论证2.31控制模块 控制模块主要采用Intel公司的单片机， Intel公司的单片机有两种系列：C-52系列和S-52系列。这次设计采用S-52系列单片
14、机比较合适，有如下几个方案： 方案一：采用80S52系列。80S52采用的是掩膜ROM，在制作时程序就被写定而无法更改。我们可以采用这类单片机在出厂时直接把编好的交通灯控制程序写入。但是如果以后需要对程序进行更改时只能制作一个新的单片机。 方案二：采用87S52系列。87S52采用的是EPROM，该系列单片机是可多次改写、可现场编程的。但需要紫外线来擦除已存在的信息，要在紫外线下照射20分钟左右才能擦除已存在的信息。在程序写好以后还要防止有紫外线照射使程序丢失。 方案三：采用89S52系列。89S52系列采用的是EEPROM，是一种可多次电信号编程、电信号擦除的单片机。而且在擦除时不必从系统上
15、拆下来，可直接擦除和写入，使用起来很方便。 三个方案进行比较可以发现方案三更合适，使用方便，需要改写时可直接擦除和改写，虽然价格会比另外两个贵一些，但是AT89S52系列单片机是现在市场的主流，容易购买到。综合考虑还是选择AT89S52系列单片机做控制器。2.3.2显示模块 系统需要显示温度、压力、时间三个设定值和三个实时数值共六个值，根据工业常用显示模块制定如下两个方案： 方案一：采用7段数码管进行显示，根据设计要求时间需要显示3位、压力需要显示3位、时间需要显示2位，所以共需要数码管16个来进行显示。 方案二：采用液晶显示模块，选择一个合适的液晶显示模块对数据进行显示。 液晶显示模块要选择字符型液晶显示模块，要选择2行的，一行用来显示设定值，一行用来显示实时数据值。每行要至少能显示13个字符。两个方案进行比较，如果采用方案一硬件电路要复杂的多，而且单片机的串口还需要进行扩展才能满足要求。才用方案二虽然在价格上会贵一些，但是硬件电路简单需要的单片机串口也相对少得多。所以显示模块采用方案二。采用OCMC2X16B型液晶显示模块，参数如下：显示内容：两行，每行16个字符显示模式：STN，POSITIVE背光：LE
