基于ARM的医用控温毯控制系统的设计.docx

基于ARM的医用控温毯控制系统的设计随着医疗科技的发展，能够进行物理控温的医疗器械控温毯的发明，解决各临床科室对于一些特殊患者的治疗难题。但调查发现大部分医用控温毯不能够精确地进行温度控制且安全方便也有所欠缺，为了改善这些不足，本设计在参考国内外医用控温产品功能与设计的基础上，充分利用嵌入式开发及数字传感技术，提出了基于ARM芯片的医用控温毯控制系统的开发思路。以STM32F103RC芯片为核心处理器，采用可触摸液晶屏显示实现人机交互，通过传感器采集患者的体温、半导体制冷模块的实际温度等其他数据，控制输出不同占空比的脉冲调制信号，并利用对应的电路设计来控制温控模块使其按照操控完成温度的变化；本设计所利用的是嵌入式开发技术，使得系统可根据不同的需求进行相应的拓展与升级；为满足更高的工作性能与稳定性要求，控制系统软件设计采用嵌入式实时操作系统uCOS-II进行设计；采用触控操作使得系统的控制更加的人性化。控制系统采用KeiE软件进行开发，为用户提供简洁大方、界面友好的操作体验，以安全可靠、高精度控制、便于拓展开发为设计目标，极大增强医用控温毯的产品竞争力，有较好的实用价值和广阔的市场发展前景。关键词：STM32:温度控制；PWM;传感器AbstractWiththedevelopmentofmedicalscienceandtechnology,theinventionofmedicalinstrumenttemperaturecontrolblanketwhichcanphysicallycontrolbodytemperaturehassolvedthetreatmentproblemsofsomespecialpatientsinclinicaldepartments.Butthesurveyfoundthatmostmedicaltemperatureblanketwillnotbeabletoaccuratetemperaturecontrol,safeandconvenientalsowantstoimprovethesedisadvantages,thisdesignreferenceforthedomesticandforeignmedicalproductfunctionandthedesignoftemperaturecontrol,basedonmakefulluseofembeddeddevelopmenttechnology,basedonthetouchscreentechnology,digitalsensortechnologymedicalARMblankettemperaturecontrolsystemdesignschemeofthechip.STM32F103RCchipasthecoreprocessor,cantouchLCDdisplay,human-computerinteraction,throughthesensortocollectthepatientdatasuchastemperatureandrealtemperatureofthesemiconductorrefrigerationmodule,controloutputpulsemodulationsignalsofdifferentdutyratio,andthecorrespondingcircuitdesignisusedtocontrolthechangeofthetemperaturecontrolmodule,makeitaccordingtothecontroloftemperaturechange;Thisdesignusesembeddeddevelopmenttechnology,sothatthesystemcanbeexpandedandupgradedaccordingtodifferentneeds.Inordertomeetthehigherreal-timeandstabilityrequirements,theembeddedreal-timeoperatingsystemuC/OS-IIisusedtodesignthecontrolsystemsoftware.Theuseoftouchcontrolmakesthecontrolofthesystemmoreuser-friendly.ThecontrolsystemisdevelopedwithKeil5software,whichprovidesuserswithsimple,easyanduser-friendlyoperationexperience.Withthedesigngoalofsafe,reliable,high-precisioncontrolandconvenientdevelopment,theproductcompetitivenessofmedicaltemperaturecontrolblanketisgreatlyenhanced,andithasgoodpracticalvalueandbroadmarketdevelopmentprospect.Keywords:STM32;Temperaturecontrol;PWM;Sensingelement目录摘要IAbstractII第1章雌I1.1 国内外研究现状及研究背景11.2 研究意义及目标1第2章系统总体方案设计32.1 研究方案选择32.1.1 温度控制方案选择32.1.2 PWM脉冲控制原理42.2 系统总体软设计方案4第3章硬件及电路设计63.1 主控电路设计63.1.1 中央处理器简介63.1.2 主控电路73.2 信号采集电路设计83.3 直流斩波电路93.4 液晶接口电路设计103.5 其他电路设计113.5.1 温度报警电路113.5.2 电源电路11第4章系统软件设计134.1 控制界面设计134.1.1 界面开发134.1.2 串口屏任务设计144.2 信号采集与控制任务设计144.3 时钟任务与报警任务设计15第5章系统测试175.1 硬件连接测试175.2 串口屏测试175.3 传感器及报警任务测试18结语20参考文献21l三:22致谢24第1章绪论1.1 国内外研究现状及研究背景近些年来，具有控温功能的医用控温毯因为其便捷安全性以及出色的疗效等特点而受到许多临床医学家的青睐。由于电子技术与控制技术等科学技术的发展，国外的医用控温毯产品的研究发展总体来说要超过国内。根据可搜集到的资料来看，最初被大规模投入使用的医用控温毯产品是在60年代由美国的一家企业研制出的BIankeIroln系统，并由最初的只具有升温功能的产品，逐步完善成为同时具备降温升温功能的产品，也是世界上目前应用最为广泛，最为认可的医用控温毯产品；同一时代的相似产品还有BaXter公司的RK系列产品，以及GayMar公司的MTA系列产品等，现如今在各个大型医院中所使用的温控产品大部分仍是国外生产的器械I7。国内的医用控温产品的研究起步较晚，而且研究初期我国对于此类产品的管理查验也并没有那么严格，一直到2014年才发布医用控温毯产品注册技术审查指导原则等相关文件，但是还没有出台相关标准，还是主要依靠各个企业自制的相关要求来进行制造。但国内的相关类型产品在功能设计、温控精度、操作界面等方面仍存在不少问题，比如由于电磁干扰导致的仪器操作失灵而造成使用者受伤事件，还有由于安全设计方面有所不足而导致的产品警报提醒功能不完善存在安全隐患，如今就有以前医用控温毯失灵导致使用者受伤的记录再案，而国外的产品则很少会出现此类状况。还有在温控精确度方面，国外的医用控温产品的步进精度一般都是小于士1,且系统反应灵敏、温度改变速率较快；而国内的同类型产品的实际控制精度则往往大于±1.5。使用加热管与普通制冷机对循环液体实现加热与制冷的效果，这是大部分国内的医用控温毯所运用的制造方案，所运用方法类似于国外早期的产品制造，但是普通制冷机运行由开关进行控制，如果频繁的控制会造成较差控温效果，而电加热管进行升温难免不会出现漏电的危险的可能性。而国外对于此类控温毯的设计采用了半导体温控技术，使用半导体制冷模块无需额外的机械部件、较长的使用周期、环保无污染，而且能完成制冷又能实现升温，只需一个半导体模块的设计极大简化了产品结构又可以保证效果不会打折扣，从而拥有了更强的竞争力。1.2 研究意义及目标在当代临床医学领域，有许多的治疗方案需要对患者的局部身体甚至全身进行物理控温处理。物理控温治疗中较为常见的是被应用在内科、神经外科等医学领域的亚低温治疗以及一些手术之后的体温维持。国内的医用控温毯产品与国外的相关产品相比较而言，在安全可靠性、温控精确度、操作控制界面等方面还需要很长的一段路，本设计希望通过嵌入式开发，设计出更加安全可行的医用控温毯控制系统方案，可以改善这些不足。希望通过嵌入式开发设计完善的报警功能以及在硬件上增加更加安全可靠的保护措施从而保证系统的安全问题，使用精确的控制算法和选取合适的传感器件保证系统的精度控制。设计此系统主要为了完成更加可靠安全的温控产品，最终能够追赶上国内外同类型产品的脚步，减小与国外同类型产品之间的差距，进一步解放医护人员劳动力、减少医疗卫生成本、提高医疗服务效率，创造更高的社会效益与经济效益1314O参考目前医疗器械市场上的其他同类型医用控温毯的功能与使用标准，对本设计提出以下几点主要实现功能作为研究方向：(1)控制系统以STM32F103RC芯片为开发核心，可自由设定输出温度，通过PWM脉冲控制电流继而控制半导体的温度，步进温度力求控制精度小于±0.5,允许小范围误差。(2)控制系统可按照设定时间读取患者体温，能够按照需要设置体温监测范围，允许小范围误差。(3)控制系统应建立美观的、人性化的操作界面。(4)控制系统检测异常温度时，如检测到人体温度超限变化时具有相应的提示功能。(5)控制系统设计方面应具有较好的可维护性和可拓展性，为以后的系统的维护、开发升级提供便利，以适应未来医疗的卫生事业的发展进步。第2章系统总体方案设计本设计目标是设计研发更加可靠地医用控温毯的操控系统，它能够按照设定时间采集医用控温毯各个工作点的监测信息，并同时操作输出PWM脉冲控制半导体制冷模块的温度达到使用者所设置的温度值，从而达到物理控温的目的。本设计使用了嵌入式开发技术，触摸液晶技术，传感器技术以及可靠的半导体控温模块完成设计目标。2.1 研究方案选择2. 1.1温度控制方案选择目前国内医疗器械市场上大部分销售的医用控温毯的控温功能往往通过加热管加热与普通压缩机制冷循环液体来完成；比如就降温功能这一方面来看，通过压缩机制冷实现循环液体的温度降低有降温效率高、可降温度低等优势，但是其也间接导致了医疗成本过高、器械占据空间大、使用时噪声过大、制冷剂有毒等弊端，此外如果采用普通制冷机，控制系统因其开关控制的特性，不能够随意的控制机器，导致控制效果大打折扣，也会使得循环液体温度起伏较大造成能源的浪费；而如果使用变频压缩制冷机，则过高的医疗成本也是难以承受的，更不用说升温方面所使用的加热管安全方面得不到保证。本系统中的温控模块计划采用半导体制冷制热装置来实现；半导体制冷制热装置也称为热电制冷制热装置，利用半导体材料的热电效应（珀耳帖效应），给两种不同半导体材料串联成的电偶进行通电，其两端分别会形成冷端和热端，就可以在一个组件上同时实现制冷或制热的目的。由图2.1中半导体组成的P-N结，当电流由N型半导体流向P型半导体时就会从外界吸收能量形成冷端达到制冷的效果，反之释放能量形成热端进行制热；而通过电源正负极的反接组件也可以将冷热端进行调换。本设计选用半导体制冷模块使用一种组件就可以实现对于温度的调节，通过控制流过半导体制冷模块的电流方向来控制其制冷或制热，控制其电流大小来控制其制冷制热量以实现较为精确的温度控制0。图2.1半导体控温原理而且随着新的制造材料的开发与科技的不断进步，半导体良好的制冷与制热能力慢慢的被我们所发掘出来，并开始进入到生活应用阶段。半导体制冷技术因其良好的效果和环保无污染逐渐被推广开来，现如今在我们的日常生活、医疗、环境保护等各个方面进行了广泛的开发与应用。3. 1.2PwM脉冲控制脉冲宽度调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全通，要么完全断。电压或电流源通过一种通或断的重复脉冲序列加到模拟负载上去，通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM翩当。在本设计中希望通过单片机具有的PWM端口，不需要进行方波周期的改变，通过软件的方法调整单片机的控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制电流。单片机具有ADC端口和PWM端口，通过控制进行调整前，单片机先快速读取电流的大小，然后把需要的电流与实际读取到的电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。利用PWM脉冲控制电容中的电流，来控制Me)S管的导通与关闭，进而控制电流的大小与方向。2.2 系统总体设计方案本系统的主体是医用控温毯控制系统的软件开发设计，通过uC/OS-II嵌入式实时操作系统开发设计，利用实时操作系统uCOS-11进行任务的管理与调度、时间与内存管理和任务间的通信和同步等功能，保证在软件系统工作运行时各个任务模块的实时性，同时代码开放的实时操作系统也有利于系统的维护与拓展，总体的软件设计大致可分为以下几个方面：(1)信息采集任务，完成传感器与中央处理器的信息传递，首先将读取到的数据传输到液晶屏幕显示，并对读取到的温度信息进行相对应的处理。(2)控制任务，控制完成相应的变量改变，通过发出相对应的控制信号来控制硬件电路完成设定的功能。(3)液晶任务，将相应的传感器读取的数据和系统运行状态显示屏幕上，使用户在操作界面完成操作流程。(4)报警任务，根据系统的运行状况及所测患者体温状况进行报警示意。(5)时钟任务，利用中央控制器设定的定时器中断实现精准的延时功能，负责其于任务的延时处理。而硬件电路部分，根据所要达到的设计要求，系统电路设计主要包含以下几个部分的电路设计：(1)信息采集电路，信息采集电路要保证对于总体信息的传输，并希望可以将其与中央处理器进行隔离。(2)触摸屏电路，将液晶串口屏与主控处理器连接，完成屏幕与中央处理器交互。(3)蜂鸣器电路，根据测量到的温度数据，完成温度异常时报警提示。(4)其他接口，包括采样接口、下载接口、调试接口及预留电路等。(5)电源电路，包括电源电路接口、降压模块，为系统的各个部分提供相应的电源。第3章硬件及电路设计为保证医用温控毯更强的实际操作性，实现医用温控毯的各项功能，控制系统的电路设计应遵循以下原则：在系统电路的开发设计过程中，应该尽量使用现如今已经广泛应用的成熟电路。如发现有集成芯片可以代替同样电路的功能，则应该尽量采用集成芯片，并参考其技术文件中的典型应用电路的设计，使系统电路更加可靠稳固。在实际开发设计中，应充分考虑电路及元器件的可靠性。当系统某一部分出现异常时，要保证控制系统依然可以运行，不会因为部分电路维护而影响整个系统。为了系统运行调试的方便，要提前保留一些测试点和接口。例如，输入输出信号电路和调试信号电路应预留相应的测试点，以观察相应的信号在调试或维护时是否满足设计要求；要充分考虑以后的扩容升级，在满足现有系统功能要求的前提下，为以后的系统拓展或升级保留必要的接口，促进功能的完善15。3.1 主控电路设计3 .1.1中央处理器简介作为整个系统的灵魂，中央处理器与控制系统的信息处理与功能运行息息相关，之后的实际电路开发就开始围绕其进行展开，所以整个控制系统的功能实现则会由微控制单元的性能决定。所以在选择所用中央处理器时要考虑其处理能力、设计环境要求等方面，此外还要考虑其技术支持、开发时间等。本设计选用的的中央处理器为STM32F103RC芯片，该芯片的设计采用ARM公司的32位COrteX-M3内核，是STM32系列中的增强型，芯片内部集成有64KB的SRAM和512KB的FIaSh,有最高可达72MHZ的主频，以及采用I/O端口与其他的外设管脚复用的设计，方便对于外设的调用。开发板上包含多种外设，包括拥有多个通信接口、模数转换器、数模转换器、多个定时器等，拥有强大的可靠性和抗干扰能力，并且其拥有的高速数据处理能力完全可以满足设计需要20采用ST公司的STM32系列芯片进行开发设计，其处理性能和可自由添加的外部设施方便了开发设计，还由于其有着成熟的开发环境可为使用人员减少开发周期；通过丰富的STM32固件库，使用者可调用该固件库的函数实现对STM32系列芯片的片内外设资源的调用，减轻了开发人员的工作量，同时也有利于项Fl代码的维护；在ST官网上有着丰富的开发资料，同时网络上有大量关于STM32系列芯片的书籍可以学习，保证了在硬件开发过程中有充足的技术保障。4 .1.2主控电路最小系统电路是有最少组件组成的单片机可正常运行的系统。在STM32F103RC芯片的最小系统电路中，电源电路VDD（主电源）、VSS（主电源接地）管脚供电；时钟电路中接有8MHz的高速外部晶振，在芯片内部可通过分频与倍频给CPU与各个片内外设提供时钟频率，同时接有32.768KHZ的低速外部晶振可用来为实时时钟提供时钟频率；上电复位电路由IKQ电阻R3与IoOnf的电容C2实现，并接有按键SWI实现手动按键复位。其他电路还包括启动方式电路和JTAG接口。STM32F103RC的启动方式可在PB2上通过短路块设置BOOTo与BOOTl管脚的电平来改变。另外，图3.1中为了保证对于中央处理器供电平稳，3.3V与GND之间电容是为了电源在为单片机供电时所接的滤波电容。本系统在正常工作时使用用户闪存存储器作为启动空间，即代码从片内FIaSh中启动，其他启动方式在试验中有不同的作用。STM32F103RC开发板使用JTAG/SWD调试接口，此处的接口的电路设计采用JTAG接法；SWD接口与JTAG接口是共用的，不过可以使用SWD接口减少I/O资源的浪费。图3.1主控电路管脚连接3.2 信号采集电路设计设计中的NTC温度传感器是一种线性化输出的负温度系数热敏电阻，可利用它将温度与电压进行数据转化，是一类电阻值可以随着温度增大而减小的一种传感器电阻。而这种温度传感器的当其处在可适用温度范围内时温度一电压关系为线性变化，有利于下阶段温控电路的开发设计，将需要将数据再进行转化处理，就可以完成电路的设计，从而简化设计工作。本设计对于传感器件的选择，主要观察两方面：一要看热敏元件的输出规范化，二是其温度系数的一致性，这两方面的考虑更有利于电路的实际开发。就其工作能力来说，测温范围可达到±200°C,但考虑到一般的电路设计，大部分不需要这样宽的检测范围，根据不同的电路进行设计，而去选择适合电路的测温区段，同时在延长线的选用也可以根据电路的需求配套设计。而对于本设计电路的热敏传感器件，则选择设定工作温度范围为-50+150,完全能够支持对于人体温度和元器件的测温需要。所采用的产品电阻值与B值（NTC负温度系数热敏电阻的材料常数）精度较高、一致性好；本设计所用产品是通过聚录乙烯导线两端分别连接排插和热敏电阻，通过排插插入使用和器件更换极其方便。此传感器可用防水绝缘材料封装成定制形状，全新的制作工艺、可长时间工作而不会影响产品性能，采用良好的密封方法，封装后封闭性和隔绝性大大增强，其还拥有抗压能力强、高可靠性等优点，可根据使用者的安装要求进行封装，方便于使用者安装测控。其用途广泛，在各类电子器件中都可使用，如汽车空调、电器保险丝、变频器及电热毯等常见电器中都有用到。图3.2NTC线性温度曲线本设计中使用的已经封装好的NTC温度传感器，不需要自己在进行设计封装，采样电路只使用了单片机主板PA4(NTQ一个管脚，封装好的元件通过JP接口可随意进行拆卸，对于传感器件的更换维修来说非常的方便。图3.3温度采样接口设计3.3本设计温度的采集主要依靠NTC温度传感器，而温度的控制则是依靠PWM脉冲信号来进行控制，这就引入了本设计的主要温控电路一一直流斩波电路1。直流斩波电路用来改变PWM方波的电路设计，电路中使用的降压式变换器是一种输进电压大于输出电压的单管不隔离直流变换器。图3.4中，Q为一个三极管，升压电感Lf在输进侧。当电路连接后通过控制它的开关来间接控制电感里储存的电能，它的驱动需要利用为PWM脉冲信号，驱动时三极管导通时间(X)与断开时间(Y)相加组成信号周期，可以知道PWM信号频率为f=l(X+Y),其占空比DR=XYo三极管Q也是脉冲宽度调制控制方式，需要保证最大占空比DRB不会超限，且在占空比1:1的状态停止接通。在此电路中，电容通过充放电电荷的多少，来控制自己的电压升高或降低，这个过程的一连直至达到充放电平衡，此时电容电压可以维持不变8;反过来也是一样的。这种过渡过程就是对电容电压的调整，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路到达稳态时的识别方式。即由单片机发出的PWM脉冲通过不断控制MoS管的闭合与打开，控制图3.4中储存在电感(Lf)里的电能而不会打破稳态，进而控制电压来完成对于温度的控制。3.4 液晶接口电路设计现今的液晶显示领域，各种技术成熟的液晶显示器件层出不穷，不需要再局限以前开发过程中点阵字符、图形模块等显示方式，那些方式的液晶显示不仅需要中央处理器处理许多不必要的细节，而且设计一些复杂的界面会变得很费事，再之后虽可改变使用其他成熟的图形用户接口系统，但也大大增加了开发设计的工作难度和开发时间，也使得中央处理器的负担加重。根据实际设计需要，液晶显示可以选用串口屏幕，液晶串口屏不仅可以通过串口完成与控制系统的信息交互，通过接收中央控制器发出的信号显示对应的操作界面，还能够使开发周期减少，降低开发难度，被大范围应用在商场、家居、文娱等常见领域。本设计选用的是北京迪文科技公司生产的型号为DMT80480L070_01WT的串口屏幕，这是一款7寸高分辨率可触摸串口屏，只需12V的工作电压，可连接多种外设，附带HMl指令集，大大减少开发的工作量，稳定的性能使其能够适应不同的工作环境。屏幕接口电路如图3.5所示，图中的屏幕接口除了需要连接单片机的电源接口，其他的仅仅使用了单片机的PA2(U2_TX)、PA3(U2_RX)这两个管脚，来完成串口屏幕和中央处理器的串口信息交互，并且其只使用处理器内的USART2资源，以保证串口通信的稳定性为前提，尽可能减少中央处理器的CPU资源的浪费。3.5 其他电路设计3 .5.1温度报警电路温度报警电路设计，控制系统在检测到相关温度异常时，将会停止运行并发出声音警报；本设计采用液晶屏幕提醒与蜂鸣器报警双重保护设计，蜂鸣器内部自带振荡源，通过拉高电平发出示意声响，而在液晶屏幕上也会同时出现警示图标。电路的设计较为简单，如图3.6所示与开发板的管脚PA6(BEEP)连接，一端接电源，另一端接三极管，Ql(SS8050)在其中控制电路导通，温度超限时处理器发出信号拉高电平，三极管Ql通过高电平使蜂鸣器发出提示。BEEP R&IKSSSOSOVCC33BEKPI图3.6蜂鸣器示警电路4 .5.2电源电路供电电路包括电源接口和降压电路两部分。首先，控制系统的电源供电方面主要依靠将220V交流电源输入通过的隔离开关电源降压成12V的直流电源，之后再通过XL4015(U3)非隔离降压模块再将12V电源通过稳压器变为可使用的5V直流电源，为主控电路及液晶屏幕供电使用。采用额定功率为12W的隔离开关电源，保证电路研发设计功率应比实际功率要大的设计原则。根据设计要求，选取的是科捷的KJS-0403开关电源，该电源额定功率为12W,过流保护为1.41.8倍，输出电压为12V,过压保护为120%150%,完全符合本设计对于电源功率的要求以及相应的安全规范。CONlS52t图3.7电源接口设计另外，在控制系统电路设计中，将5V电压转换降压为供给其他元件3.3V电压的降压模块选用的是AMSIll73.3芯片，该正向低压稳压器稳压精度可达3%,工作压差可低至IV,可用在各种供电场合的降压电路设计。本设计稳压器的选择主要为了转换主控电路以及其他输出电路供电电压，故因AMSIlI7芯片的可靠性选用在此电路中。图3. 8 AMS1117 降压模块第4章系统软件设计一个完美的系统不仅要包括安全可靠的硬件电路设计，也需要良好的软件设计的支持。如果说电路是系统的躯干，那软件就是系统的灵魂，软件设计是否完美，关系到系统功能能否完美的按照预期所实现。本设计软件方面的开发，以嵌入式实时操作系统为基础，使用Keil5作为开发软件、C语言作为开发语言进行研发。而控制界面的开发设计则是使用串口屏自带开发工具DWINDGUS一步步进行完善。还有软件设计时需要先去计划好任务优先级，避免开发时任务之间的混乱。4.1 控制界面设计4.1.1 界面开发本设计控制界面的开发使用迪文屏自带开发工具DWINDGUS,使用该开发工具进行界面设计不需要进行额外的程序开发，只需要将所要用到的图片、字库以及配置文件正常载入到建立的工程中，就可以开始进行界面的设计。如果想要在载入屏幕之前进行校验，该工具的界面开发还可以通过软件进行仿真，通过界面仿真来检查触控配置和信息交流的功能是否正常，极大增加了界面开发的速度。还有控制界面的开发设计要秉承便于大众认知的原则，操作要尽量简便。如下为主要开发步骤：(1)主界面开发，将需要的图片添加入工程中统一管理，先进行背景设计以及一些所需要图形的绘画，图片要注意的是只能使用24位色BMP图片文件。(2)编写文字，先进行字库文件和配置文件的下载，要确定正常保存即载入后HMI再次应答，就可以利用其自带的拼音输入法进行简单的文字编写。(3)触摸屏操作，先确定所需要的触控位置，然后按压触摸屏HMI上传触摸位置坐标，之后进行触摸屏校准。触摸屏参数录入时选择ASCll和中文GBK拼音的混合录入更为方便，录入期间不会因为代码操作而中断。(4)进行交互，与PC端进行连接，选择正确串口与波特率打开串口，握手确定连接成功，再次进行屏幕校准。4. 1.2串口屏任务设计CZD.中。曲文地挑明专证卷图4.1串口屏任务流程图图上为串口屏任务流程图。串口屏任务进行时，首先是对屏幕的初始化，然后再是用户对系统进行控制操作。串口屏任务设计时要注意屏幕的刷新和指令的处理，一般来说屏幕刷新时间要长于指令处理时间，更好的保证说触控操作能够正常响应。触摸屏幕通过串口与串口屏任务进行HMl数据传送，在使用HMl过程中要注意缓冲区是否溢出，防止出现丢帧现象。数据块12345举例OxAA0x700x01CheckIkL:0xCC0x330xC30x3C说明帧头指令数据，最多248字节2字节累加和校验（可选，仅H600、K600+支持）帧结束符（帧尾）图4.2串口数据帧介绍4.2 信息采集与控制任务设计传感器任务的实现也是较为简单的，设计中所用传感器都是无源器件，器件本身不会产生中断，只需要连接与开发板的管脚进行连接，通过处理器自带的信息传递机制得到所需要的数据，在设计之初通过时钟任务对其数据的获取进行高精度延时处理，保证所读取数据的实时性。系统控制任务的设计需要在传感器任务的基础上在进行拓展，传感器任务开始运行，单片机中读取数据的管脚与控制任务所需的定时器同时进行初始化，在接收到传感器任务所取得的数据之后，就可利用控制任务对输出的PWM脉冲的占空比进行控制，所输出占空比按照半导体器件与温度的关系预先进行换算，即在触控屏幕上显示为液体温度，是已经换算完成的PWM占空比。图4.3信息采集与控制输出任务流程图4.3 时钟任务与报警任务设计图4.4时钟与报警任务流程图控制系统时钟任务的设计是最为紧要的，其在所有任务中拥有最高的优先级，其他需要延时的任务在开始工作之前，都需要对系统时钟进行初始化操作，之后，其他任务就可以利用已经设定好的时钟延时的进行数据的读取和控制操作的信号传输，进行不间断的循环直至系统运行结束。最后的是报警任务的开发，报警任务的延时与传感器任务大致相同，报警任务通过传感器任务所读取到的温度数据，要先进行温度是否超限的判断，根据判断在选择是否进行报警示意和屏幕刷新警告图标。第5章系统测试5.1硬件连接测试在此系统中，对于硬件电路的测试主要有三部分，一是主控电路板，第二是电源降压模块，再就是采样电路接口；调试这三部分电路需要按着以下几个步骤：(1)首先通过检查所用单片机开发板表面有无磨损、连接是否短路等，然后检查元件安装、电路焊接是否与元件实物的尺寸及电路原理图相对应。(2)在将元件按照电路连接时时，先连接系统的电源接口部分，用胶枪或焊锡枪连接完一个元件，立刻检查其连接是否牢固，观察是否有短路等情况发生，电源接口部分连接完并检测无误后再开始供电进行测试，按每个模块分别测试电压是否正常，以确保有效的电源供给。(3)电源接口部分连接好后，按电路板功能分别连接其他部分元器件，连接完一个模块电路后，要按照上述方法上电检测该模块功能是否正常运行，检测线路连接是否正确。(4)各个模块电路连接好之后，进行通电测试前再次检查各个导线接触的地方、管脚，尽量保证实际电路可以正常运转。(5)完整电路上电后观察电路中的元器件以及各线路接口有没有发烫冒烟等状况发生，如果正常运行，则再次检测各个元件的电压；如若存在发烫冒烟现象，则要立刻切断供电，之后再按照原理图依次分析电路中的连接线路，逐个进行排查。在对本设计的电路进行最后的硬件调试时，发现了在连接电路时的一些小瑕疵，比如板子上的XL4015E1模块降压器电路连接处短路，在安装隔离开关电源接口排插、系统开关、液晶接口距离过近导致连接不便，导致后期调试屏幕不能正常工作等问题，好在这些问题及时发现并没有对电路的造成过大的影响，在进行一定的纠正后，控制系统的硬件电路连接基本能够满足设计目标，可以按照设计目标正常运行。5. 2串口屏测试软件调试时需要先进行串口屏任务的调试，串口屏幕的正常运行是测试其他任务的前提，可以通过串口屏幕能否正常显示相应的信息以及能否对其他任务进行控制以了解其运行状况。液晶屏调试各阶段需要按照迪文屏的开发手册一点点进行，首先将STM32开发板通过接口与PC端连接，在PC端使用DGUS仿真串口屏功能运行己经开发好的操作界面，通过仿真来调试串口屏幕的显示效果以及测试屏幕的触控功能，如果出现问题则通过调试终端慢慢排查解决，若没有问题则将开发好的操控界面通过迪文调试助手载入到实际的触摸串口屏中，实际运行的同时进行相对应操作以保证触摸操控任务正常运行。在调试串口屏任务时，也是出现了一些小问题，主要还是初次使用较为生疏以及细节方面设计考虑不全面造成的，通过串口屏与单片机串口的连接调试发现并解决了设计问题，在将测试完毕的操作界面载入到触摸液晶屏模块上后再次进行调试时，又出现了屏幕图片无法正常显示、屏幕校准异常等一些硬件问题，先是确认程序无误后经过网上寻找案列以及不断的调试，使问题最终得到了相应的解决。jSrt""M"图5.1串口解调试5.3传感器及报警任务测试对于温度采集电路的测试任务还是比较顺利，传感器件的选择以及传感器信息传输的软硬件设计的合理性对于温度采集任务的调试来说是很重要的。在调试温度采集任务接收温度信号时，通过外接相应的NTC热敏电阻，测试外接好的传感器可不可以正常读取所测物体的温度，在测试时不断改变所测试物体的温度，看看此时屏幕上读取到的温度是否会发生剧烈起伏性变化，还有其变化能否按照设定时间变化等；而报警任务测试则较为简单，通过改变主控屏幕测温上下限观察蜂鸣器及屏幕提醒响应与否。报警任务的测试与温度采集任务一样都较为顺利，利用控制变量的调试方法，顺利测试了蜂鸣器与传感器的工作状况，其中屏幕显示与温度采集测试结果如图5.2所示。图5.2温度超限瞥报测试通过老师的耐心指导下以及自己的努力，经过将近两个月的不断学习STM32开发知识，软件开发以及硬件电路设计，还有不同的实验测试，医用控温毯控制系统的研发目标大部分均已完成，大体上达到预期的设计目标。在系统设计阶段中我利用网络认真学习了有关STM32单片机的嵌入式开发过程，以及相关的器件选择与焊接、电路开发设计等硬件知识，基于uC/OS-I【软件设计和AltiUmDesigner电路原理图开发等软件知识，锤炼了我的电路设计与编程能力。根据本设计的实际开发过程，现得出以下一些体会：(1)本设计学习借鉴各类医用控温毯产品的设计与应用要求，结合当前广泛应用的半导体制冷技术以及成熟的集成电路设计与软件开发技术，完成了简化的医用控温毯的控制系统的设计，使得本设计具有较高的可靠性、人性化的主控界面、便于后期拓展等优点。(2)本设计采用STM32F103RC芯片为控制中央处理器，其中运用的电路都是极为成熟的的集成电路，使控制系统具有更加的稳固可靠；控制系统按照设计之初的想法保留有下载接口，后期可按照实际需要对其再进行开发，对于以后的设计开发来说更加方便。(3)本设计的开发研究采用了uCOS-11,实时操作系统良好的开发能力保证了各个目标功能的实现，强大的实时操作系统有力的保证各个任务的实时性，也使得在软件设计上简化了开发步骤，同时也尽可能的提高了整个设计的可拓展性。(4)控制系统采用了串口触摸屏，通过DWINDGUS软件以及附带的HMl指令集资料开发出可识别度高、操作友好的主控界面，方便使用人员。本设计基本实现了对于项目的预期功能的开发，通过总结本文的工作以及在研究设计中的心得，提出一些未来优化意见：(1)此设计可以增加无线通信接口，在原来的基础上接入RFID模块，更加快捷的查询患者信息，增加WIFl模块实现信息网络化交流，为未来医疗卫生事业的发展做准备。(2)针对本设计开发专属的操作软件，设计专门通信APP,利用手机已可以自由操控，真正成为远程操作的治疗过程，达到解放劳动力的目的。参考文献lYuWang,LanlanQiuJinxiangLiU,XinjieXuJunBaoJieruZhu.Perfbrmanceofafresh-fbodstorageboxbasedonsemiconductorrefrigerationJ.SustainableCitiesandSoCiety,2019,49.2AnupumPant,XiaqjingXia,EJamesDavis,PeterJ.Pauzauskie.Anti-Stokeslaserrefrigerationofananoscalesemico