高压蒸汽灭菌自动控制系统设计.doc

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摘要

随着生活水平的提高，人们对医疗灭菌消毒更加关注。

而中小诊所的消毒灭菌设备简陋，自动化程度低，消毒质量难以控制。

已经不能很好的满足实际需要了。

偏远贫困地区的小型社区医院往往完全使用手工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。

本控制系统是采用AT89S51单片机为核心，对饱和蒸汽的温度、压力、灭菌时间和底部水位的实时监控。

由按键设定初值，通过压力和液位传感器进行信号的采集，由MAX197对其电压信号转换数字信号，而温度部分主要由AD590对温度信号采集以及转换，最终通过AT89S51单片机和键盘显示的处理来实时显示所对应的数据。

当所有设定值设定结束后，通过DAC0832将数字信号转换成模拟信号驱动电动调节阀进行排水直到设定值，然后启动加热棒加热到设定值。

在这个过程中，水变成蒸汽，进行杀菌。

时间到时，杀菌结束，启动电动调节阀进行排气排水。

软件部分采用一种智能控制方法，PID控制来控制系统的温度。

其最突出的优点是技术成熟、易熟悉和掌握、只需要建立简单数学模型、控制效果好等，这些优点使其得到广泛应用。

本系统实现了对饱和蒸汽的温度、压力、灭菌时间和底部的水位实时监控。

它不但工程造价较低、运行维护简单、运行费用低，而且是一种简便、可靠、经济、快速的灭菌方法。

关键词：

单片机；高压蒸汽灭菌器；比例积分微分；温度传感器

Abstract

Withtheimprovingofthestandardofliving,peoplehavepaidmoreattentiontothesterilizingeffect.Butthesterilizersintheclinicsweresimpleandcrude.Remotepoorareasofsmallcommunityhospitalstendtousingmanualoperationsterilizationequipmentcompletelyorusingsterilizationequipmentswhoseautomationdegreeislow,whichnotonlyleadstothatthesterilizationtemperaturecannothold,sterilizationtimecannotbeaccuratelycontrolledwhichimpactthemedicalqualityseriously.

AT89S51SCMusedasthecoreofthesystem,canmonitoringthetemperatureofthesaturatedsteam,pressure,sterilizationtimeandwaterlevelwhichisatthebottomoftheHightPressureSteamSterilizer.Initialvalueissettedbythekeys.Thepressureandliquidlevelsensorcollectthesignals.ThevoltagesignalisconversedtodigitalsignalsbyMAX197.ThetemperatureiscontrolledandconversedbyAD590anddealingwiththedatethroughAT89S51SCMandthekeyboarddisplay.Afterallofdatesaresetted,theDAC0832whichconversesthedigitalsignalstotheanalogsignals,drivestheelectriccontrollingvaluesfordrainageuntilthesettingpoint,thenthesystemstartsheatingthetemperaturetothepoint.Duringthisprocess,thewaterisheatedtosteamandthesteamkillsthebacteria.Afterthetimeandthesterilization,theelectricregulatingvalveisstartedtoexhaustdrainage.Softwarepartadoptsamethodofintelligentcontrolthetemperatureofthesystem.Themostprominentadvantageisthematuretechnologyandeasytobefamiliarwithandmaster.Onlyneedtobuildasimplemathematicalmodelandcontrollingeffectisgood,whichmakesitwidelyused.

Thissystemmonitoringthesteamtemperature,pressure,sterilizationtimeandwaterlevelwhichisatthebottomoftheHightPressureSteamSterilizeratanytime.Theconstructionisnotonlylow,operationmaintenanceissimple,operatingcostislow,itbutalsoisasimple,reliable,economicandrapidsterilizationmethods.

Keywords：

SCM；Highpressuresteamsterilizer；PID；Thetemperaturesensor

目录

第1章绪论 1

1.1温度压力灭菌设备的现状及特点 1

1.2高压蒸汽灭菌自动控制器的研究内容和意义 4

第2章系统的方案论证 5

2.1概述 5

2.2方案论证 5

2.2.1单片机的选择方案 5

2.2.2温度传感器的选择 7

2.2.3压力传感器的选择 8

2.2.4液位传感器的选择 10

2.2.5A/D转换器的选择 11

2.2.6D/A转换器的选择 12

2.2.7显示器件的选择 14

2.3整体方案设计概述 16

第3章系统硬件设计 17

3.1晶振、复位电路 17

3.2温度调理电路 17

3.3压力调理电路 19

3.4A/D转换电路 19

3.5D/A转换电路 20

3.6时钟电路的设计 21

3.7键盘电路的设计 22

3.8给水排水电路的设计 23

3.9加热电路的设计 24

3.10LCD显示电路 25

3.11报警电路的设计 25

3.12电源电路的设计 26

第4章软件设计 29

4.1PID控制算法 29

4.2主程序流程图 32

4.3数据采集流程图 33

4.4键盘子程序流程图 35

4.5显示子程序流程图 37

4.6控制输出子程序流程图 37

第5章结论 39

参考文献 40

致谢 41

附录Ⅰ 42

附录Ⅱ 43

附录Ⅲ 56

63

第1章绪论

1.1温度压力灭菌设备的现状及特点

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。

这种方法又分为干热灭菌和湿热灭菌，干热灭菌是通过脱水干燥使蛋白质氧化、变性、碳化和电解质浓缩中毒而使微生物死亡；湿热灭菌是通过凝固微生物的蛋白质致其死亡。

它们的操作特点也各异，其根本区别在于消毒灭菌处理时，加热环境和微生物的湿度水平有所不同:

“湿热”加热在此指微生物内部和加热环境均处于湿度饱和状态的加热，此时微生物与纯净的水或饱和蒸汽呈平衡状态；而“干热”加热，则用于指加热环境中无水或不足以达到温度饱和状态下的加热，其湿度水平可以为零，或刚刚低于饱和状态。

一般情况下，微生物对干热的耐受力较对湿热者强，从而杀死微生物所需温度高得多；而且水分的存在有利于蛋白质凝固，在热作用的局部环境中，水分愈多或温度愈高，蛋白质凝固所需温度愈低，凝固速度愈快，对微生物的杀灭效果也愈好。

另外，温热的穿透性也比干热强，因为蒸汽和水传导热能的效率比空气高，其次蒸汽冷凝时放出大量的潜热，可使物体迅速加热，正是由于二者杀菌机理各加热特点的不同，湿热灭菌不仅效果可靠，而且也降低了杀菌温度和作用时间。

一般来说，灭菌柜容积在0.025立方米以下者为小型灭菌器，0.025立方米到1.5立方米者为中型灭菌柜，1.5立方米以上者为大型灭菌柜。

大型灭菌柜常用于工业灭菌，而小型则常用于医疗卫生机构和实验室。

按控制方式，可分成简易式、手控式和控制式三类。

简易式压力蒸汽灭菌器包括手提式和台式等小型灭菌器；手控式灭菌柜的整个灭菌过程全由操作者自行处理。

各步骤之间无有机联系；自动控制（程控）灭菌柜则可按不同灭菌物品的要求进行灭菌过程选择，除装卸物品外，整个灭菌过程连续地自动进行。

按杀菌因子热力介质的不同，湿热灭菌柜分为压力蒸汽灭菌柜、水浴式灭菌柜和蒸汽加空气混压灭菌柜三大类，如下表1.1所示。

其中水浴式灭菌柜根据柜内灭菌架的运动状态又可分为静态式和回转式二类，而压力蒸汽灭菌柜如根据排除柜内原有冷空气所需真空产生原理的不同，可分为下排气式（又称为重力置换式）和预真空式（包括一次抽真空和脉动真空二种）二类；如按蒸汽品质的不同，可分为普通蒸汽型和纯蒸汽型二类；如按用途的不同，又可分为通用型蒸汽灭菌柜和专用型蒸汽灭菌柜二类。

表1.1各种灭菌设备一览表

热力介质

设备类型

设备名称

饱

和

蒸

汽

纯蒸汽

专用型

卫生级灭菌柜

普通

蒸汽

通用型

下排气式

普通压力蒸汽灭菌柜

欲真空式

预真空压力蒸汽灭菌柜

脉动真空蒸汽灭菌柜

专用型

真空检漏灭菌柜

快速冷却灭菌柜

多功能中成药灭菌柜

蒸汽空气混压

专用型

软包装快冷却灭菌柜

通风干燥软包装灭菌柜

高温过热水

水浴式

静态

水浴式灭菌柜

动态

旋转水浴式灭菌柜

水浴式灭菌是首先向灭菌室内注人洁净的灭菌介质（目前国内常用纯化水）至一定液位（水量经过计算，以保证循环系统内流量），然后由循环泵从柜底部抽取灭菌用水经板式换热器加热，连续循环进人灭菌柜顶喷淋系统。

该法具有温度均匀性好，温度调控范围宽，生产率较高。

但其前期投资较大，辅助设备多，不太适合小型灭菌柜的应用。

蒸汽灭菌方法被用来杀灭各种微生物，与其它各种灭菌方法比较，蒸汽灭菌是最有效和廉价的。

普通压力蒸汽灭菌柜的饱和蒸汽通常是由工业锅炉提供的，并由于输送系统等原因，蒸汽内常含有杂质及为减少对蒸汽锅炉的损坏而多在水中加人的少量挥发性胺等物质的存在，使在灭菌过程中会沉积在被灭菌物品上，这对于进入无菌组织的医疗器械和诊断用品可对病人产生危害，对于盛装无菌物品的容器可对无菌物品产生再次污染，进人组织培养基中也不利于病毒的培养。

而纯蒸汽是经过汽液分离器和过滤器，所有传输管道均采用不锈钢卫生管，最大程度上避免了二次污染。

因而比普通