电动配药器的硬件设计与测试探析

马才 李文婷

摘要：随着电动配药器使用频繁度的不断增加，如何做好其硬件设计，并且实施相对应的测试，就成为后续使用电动配药器需要重点关注的内容，同时也是本文研究的重中之重。

关键词：电动配药器;硬件;设计;测试

【中图分类号】R-03【文献标识码】B【文章编号】2107-2306（2019）05-176-02

对于电动配药器而言，其硬件设计至关重要，做好硬件设计，再配合上适当的测试，这样就可以满足电动配药器本身的要求，最终迎合实际需要。

一、系统控制器设计

（一）单片机系统的控制逻辑

对于单片机，其主要包含了主控与电机驱动两个部分，对于其实际的控制流程，见图1所示。

（二）电机驱动电路设计针对主控单片机，其发

出PWM脉冲之后，其按照收到的PWM信号，电机驱动单片机就会直接生成MOS管门极信号驱动电机进行正常的工作。在对电动机的闭环转矩控制进行设计的过程中，原本是利用单一的单片机来实现控制与驱动，但是考虑到其存在太多的引脚，就会增大电路板设计的复杂性。为了能够实现设计难度降低，控制布线对应的复杂度，就需要分开来进行电路板的制作[1]。

考虑到医用手持式电动配药器本身對于重量和体积存在较高的要求，再加上三相永磁无刷直流电机体积小、扭矩大、效率高，所以，就可以利用永磁无刷直流电机来进行动力的设计。通过单片机来实现对电动机驱动的有效控制，选择三相全控的桥路设计模式，配合上电机输出力矩简单的测试，就可以达到药液汲取的要求。电机驱动单片机则是根据霍尔信号输出MOS管开通关断信号，其具体的框架见图2所示。

二、检测电路设计

（一）电流检测电路

针对电路检测，一般会讲电流转化为电流，然后直接输入单片机控制系统，在配合上AD采样处理，这样按照比例关系，获取的数字值来对应电流值，针对闭环控制，其对于电流的采集也是如此。针对电流检测，主要是通过精密采样电阻串联，从而在驱动桥路或者是定子绕组回路的电容之后，就可以将原本的工作电流直接转化成为电压，

最终丝线AD的转换处理。但是如果选择相对新颖的方法，则不能考虑采样电阻，需要利用MOSFET管压降检测电路通态电流，实现对电路电流波形的重构，这样也可以满足均匀的实现大电流、管电流的分布。在实现转矩控制、矢量控制之中，还需要对电流的波形做好对应的监测处理，所以，就需要在定子绕组上设置电流传感器，实现对定子电流的有效采集[2]。电流检测如图3。

为了降低功率消耗、避免对电路带来过大的影响，一般都会选择0.22欧的采样电阻，并且放大电路利用两级放大25倍、OPA22777的方式，直接将原本0.022-0.066V的采样电阻分压直接换成0.55-1.65V的电压，并且将其直接输入到单片机的AD接口中去。

在电机母线上，三相永磁无刷直流电机换向会导致杂波干扰的出现，并且随着转速还会转变其频率，并且PWM同样也会面临干扰，其实际的频率为2K赫兹，通过如此的AD采样，获取的数据存在较大的变化幅度。为了能够将问题解决，就需要考虑到多次采样和平均的添加;在硬件方面，可以考虑到2k电阻、4.7uf电容、二极管组成的单向滤波网络的添加。不过滤波网络本身的实时性有所欠缺，并且对于应用电动配药器的时候，针对实时性要求偏低，所以，在进行设计的过程中，可能会存在2ms的电容延迟，可以达到电机及时停止的要求。

（二）位置检测电路

基于位置检测电路进行分析，其主要是防范出现注射器活塞最前端或者是尾端堵死电机的问题，在按照推动按键，就会导致零部件损坏或者是电机烧毁。其实际的结构主要是通过霍尔位置传感器的使用，在推拉针筒的机械卡槽中放置磁铁，伴随着卡槽出现前后的移动。当处于最前端的时候，开关1输出高电平，这样就会阻止电机继续的前进;当处于最尾端的时候，开关2输出高电平，这样就会阻止电机继续的后退。

三、系统组装测试

为了达到可靠的系统运行要求，就需要分别的测试每一部分模块，在具体测试之后，等待合格，方可统一的进行组装[3]。

在运动过程中，已经组装完毕的样机控制信号会出现变动，这样难以开展测定，所以，可以考虑到外挂单片机、截断部分控制信号，从而生成对应的电机驱动控制信号，以此来实现对样机的调试，而利用可编程直流电源可以实现配药器电源的供给要求。另外，使用外挂单片机针对直流母线电流进行检测处理，并且在数码管上现实，这样就可以针对电流的实际变化情况做好对应的调整，其框架图见图4所示。

在框图之中，直接将可编程电源负极a点断开，然后连接到调试之中所使用的单片机检测电机母线电流，这样就可以将实际运行的电机电流值确定。另外，断开b点，然后连接到调试单片机，并且将对应的信号输入控制驱动单片机，以此来调试控制算法。这个时候，主控单片机依旧可以完成指示灯、按键等对应的工作，而其输出的驱动控制信号出现了失效的问题。此外，调试单片机直接与数码管对接，最终电流变化情况会显示在调试过程之中。

四、测试结果及分析

基于具体的调试，其实验结果表明：第一，针对敞口容器，其空气的抽取与排出，都能够达到原设计的自动停止目标，并且也可以掌握滞留母线在负载变化之下的变化情况，从而实现空气抽取和排出的控制。第二，透气平衡针头增设之后，也可以有效的设计密闭容器的恒力矩抽取，虽然可以实现自动停止，但是依旧不够完善，还需要持续的加以改进。

参考文献

[1]秦爱华.西林瓶输液专用配药器的制作与应用[J].科技风，2018（09）：92-93.

[2]陈芳，陈进翠，刘瑜.一种新型配药器的研制及应用[J].齐鲁护理杂志，2016（11）：45.

[3]唐思贤.配药器播鼻针自动装配生产线原理及设计[D].兰州交通大学，2018.