一种熏蒸治疗仪控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及熏蒸设备技术领域，特别是涉及一种熏蒸治疗仪控制系统及其控制方法。

背景技术：

物理学的研究表明，凡温度高于绝对零度(-273℃)的物体均能向低于自身温度的外部辐射能量，辐射的强度和波长与物体本身的材料特性、温度、表面特性有关。人体也是一个辐射源，健康人37℃的体温能均匀地辐射波长为4μm～14μm的远红外波，而当人生病或某些部位发生病变时，全身或局部组织的温度会升高或降低，其他的生物特性如磁场、电场、生化等指标也会发生变化。根据基尔霍夫定律，人体既是一个好的辐射体，同时也是一个好的吸收体。因此，用于治疗的热辐射的红外波长应与人体的辐射波长相对应，“远红外加热最佳匹配吸收”的理论就是基于这个原理之上的。当远红外波照射人体时，其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时，引起共振效应，其能量最高且能被生物体所吸收，使皮下组织深层部位的温度升高，产生的热效应使水分子活化，处于高能状态，加速人体需要的生物酶的合成，同时活化蛋白质等生物分子，从而增强机体免疫力和生物细胞的组织再生能力，加速供给养分和酵素，促进身体健康。

临床应用红外波照射疗法治疗疼痛、炎症性疾病已有多年时间，红外波的生物效应是热效应与体内组织细胞产生共振、共鸣，促进了活性。并且由于产生温热效应，使人体微血管扩张，自律性加强，血液循环加快，加速了细胞与血液的物质交换，从而促进了机体的新陈代谢。同时，远红外波提高吞噬细胞的吞噬能力，有利于慢性炎症的吸收消散，适用于治疗各种类型的慢性炎症，如神经炎肌炎、关节炎及内脏的一些慢性炎症。热能可降低感觉神经的兴奋性，并通过缓解肌肉痉挛、消肿、消炎和改善血液循环而治疗各种疼痛，如神经痛以及痉挛痛、炎症性和缺血性疼痛等。

中草药熏蒸是中国传统医学外治法的一个组成部分，利用药物煮沸后产生的蒸汽来熏蒸肌体，药物透过皮肤、孔窍、腧穴等部位直接吸收，进入经脉血络，输布全身，以发挥其药理作用，达到治疗多种疾病的目的。其具有舒筋活血，疏通经络，能够扩张微血管，促进血液循环，起到行血散瘀、消肿止痛的作用，另外还具有发汗解热、抗感染以及祛腐生肌等功效。并且具有创伤小等特点，得到广泛使用。

目前的熏蒸治疗仪控制系统，大多只有简单的过温保护，仅仅是由主控单片机根据温度传感器的测量结果是否控制温控模块给加热装置进行加热，仅仅是提供一个简单的信号，而在电路中没有应急的过温保护措施，当该过温保护失效时，不能及时切断加热装置的电源，容易造成治疗过程中高温灼伤，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种熏蒸治疗仪控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种熏蒸治疗仪控制系统，包括MCU主控单元、电源模块、按键模块、温控模块、加热装置和过温保护模块，所述电源模块为所述控制系统提供工作电源，所述按键模块的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述温控模块的输入端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述加热装置用于药液的加热，所述过温保护模块包括第一温控保护电路和第二温控保护电路，所述第一温控保护电路包括第一温度感应器、基准电压和比较器，所述第一温度感应器实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，所述第一温度感应器和基准电压分别与比较器的两输入端连接，所述比较器的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述第二温控保护电路包括第二温度感应器、继电器REL1和继电器控制电路，所述第二温度感应器实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，且所述第二温度感应器的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器REL1连接在温控模块和加热装置之间用于接通或断开加热装置的电源，所述继电器控制电路的输入端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器控制电路的输出端与所述继电器REL1连接。

其中，MCU主控单元U2采用单片机STC15W408AD，加热装置采用红外光加热，比较器U5采用LM393比较器，第一温度感应器采用热敏电阻RM1，基准电压采用可调电阻TR1，调节TR1，改变其阻值，产生不同的电压值，和热敏电阻RM1进行比较，当可调电阻TR1端电压值小于热敏电阻RM1端电压值时，比较器U5的第一输出端OUT-A(引脚1)输出高电平，即第一温度感应器监测的药液温度小于设定值时，加热装置继续工作；第二温度感应器采用温控芯片DS18B20，DS18B20输出温度测量信号DQ至MCU主控单元的I/O口引脚16。

本发明的过温保护模块采用第一温控保护电路和第二温控保护电路实现双重保护，在正常加热时，第一温控保护电路起作用，对加热温度进行控制；当第一温控保护电路、温控模块或加热装置发生故障时，加热装置不受控制持续加热，并且使药液温度高于某一设定值后，第二温控保护电路开始工作，通过继电器REL1的切换将断开加热装置的电源，迫使加热装置停止加热，起到双重过温保护。

具体的，所述继电器控制电路包括三极管Q4、电阻R15和二极管D2，所述三极管Q4的发射极接电源VCC，所述三极管Q4的集电极接二极管D2阴极，所述二极管D2的阳极接地GND，所述三极管Q4的基极串接电阻R15后输出信号CON1，所述信号CON1连接至所述MCU主控单元的I/O口，所述继电器REL1的两线圈引脚(引脚1和引脚2)并联在所述二极管D2的两端，且引脚1连接二极管D2阴极，引脚2连接二极管D2的阳极，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)连接加热装置的电源输入端，所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接温控模块的输出端，第一温控保护电路工作时，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)与常闭触点(引脚5)连接，第二温控保护电路工作时，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)与常闭触点(引脚5)断开且与常开触点(引脚4)连接。

进一步，为了实现红外波管加热功率的调整，所述温控模块包括双向可控硅，光耦U4，三极管Q5，电阻R16、R17、R18、R19和R20和电容C10，双向可控硅采用BT136，光耦U4采用MOC3021，三极管Q5采用S8550，所述光耦U4的一输入端(引脚1)串接电阻R16后连接电源VCC，另一输入端(引脚2)与三极管Q5的发射极连接，所述三极管Q5的集电极接地GND，所述三极管Q5的基极连接至电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端输出信号NET-P5.5连接至所述MCU主控单元的I/O口(引脚9)，所述光耦U4的一输出端(引脚6)串接电阻R20后与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接，所述双向可控硅的控制极G与所述光耦U4的另一输出端(引脚4)连接，所述电阻R18并联在所述双向可控硅的控制极G和第一阳极T1之间，所述第二阳极T2与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接，所述电容C10与电阻R19串联，且所述电容C10的引出端连接至双向可控硅的第一阳极T1，所述电阻R19的引出端与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接。

进一步，由于采用双向可控硅BT136的导通宽度调节远红外波管的强度，交流电只有在过零点时，才能调节双向可控硅BT136的导通宽度，因此，还包括过零信号检测模块，所述过零信号检测模块包括电阻R29、电阻R30和三极管Q6，三极管Q6采用S8550，所述三极管Q6的发射极接电源VCC，所述三极管Q6的基极串接电阻R29后与所述电源模块的整流桥输出端V+连接，所述三极管Q6的集电极串接电阻R30后接地GND，所述集电极与电阻R30的公共引出端P3.3连接至MCU主控单元的I/O口(引脚18)。

参数以及控制方式的设定采用按键模块来实现，具体的，所述按键模块包括三个按键K1K4和K5，三个电阻R7、R10和R11，且三个电阻阻值相等，所述按键K1、K4和K5的一端与地GND连接，所述按键K1、K4和K5的另一端分别与所述电阻R7、R10和R11串联后连接至电源VCC，所述按键K1和K4与所述电阻R7和R10的公共端分别与所述MCU主控单元的两个I/O口(引脚1和引脚4)连接。所述按键模块用于加热时间、加热温度、智能控制方式、开始/暂停、负离子状态的设置。其中，按键K1用于设定治疗仪的工作时间，按键K4为开始/暂停键，按键K5用于负离子工作状态设置。

进一步，为了实现及时提醒，还包括报警模块，所述报警模块包括蜂鸣器Beep、三极管Q4和电阻R12，三极管Q4采用S8550，所述蜂鸣器Beep的一端接地GND，另一端连接三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的发射极接电源VCC，所述三极管Q4的基极串接电阻R12后与所述MCU主控单元的I/O口(引脚7)连接。

进一步，为了便于查看设置的参数和工作状态，还包括显示模块，所述显示模块与所述MCU主控单元的I/O口(引脚13-引脚15)连接。其中，引脚13为液晶使能信号CS-1621，引脚14为液晶写信号WR-1621，引脚15为液晶读信号DA-1621。

具体的，所述电源模块包括依次连接的变压器、整流桥和直流稳压器，其中整流桥采用DB107S，直流稳压器采用LM7805，所述变压器的输入端连接220AV交流电源，所述直流稳压器输出电源VCC，VCC电源为+5V。

一种熏蒸治疗仪控制方法，包括上述控制系统，所述加热装置采用红外波管加热，还包括以下步骤：

首先，接通220AC电源，通过按键模块设定工作时，通过调节可调电阻TR1设定温度，并启动按键K4倒计时工作，红外波管开始加热，工作时间到，红外波管关闭停止加热；

正常加热情况下，继电器REL1的常闭触点闭合，第一温控保护电路起到过温保护作用，第一温度感应器实时监测药液的温度，并由比较器对实时温度值与设定温度值进行比较，当实时温度值小于设定温度值时，即可调电阻TR1端电压小于热敏电阻RM1端电压时，MCU主控单元控制红外波管继续加热，反之则停止加热；当药液温度达到设定温度值时，红外波管进入70％的额定功率工作，70％的额定功率，管子的亮度和热量比100％即全脉冲宽度低；同时，显示模块上面显示当前温度、设定时间以及工作状态；

当需要不同的设定温度值时，调节可调电阻TR1，改变其阻值，产生不同的电压值，与热敏电阻RM1端电压进行比较，由比较器U5进行比较，当可调电阻TR1端电压值小于热敏电阻RM1端电压值时，比较器U5第一脚(OUT-A)输出高电平，MCU主控单元U2第17脚为高电平，红外波管开始工作，反之关闭。

当第一温控保护电路或者温控模块意外失效时，为了保证温度可控，不出现温度持续升高、烫伤患者皮肤等意外，该治疗仪增加了第二温控保护电路，第二温度感应器监测药液温度，当药液温度比设定温度值高出10度时，MCU主控单元的I/O口信号CON1输出低电平，使三极管Q4导通，继电器REL1动作，公共触点由常闭触点跳到常开触点，切断红外波管的工作电源，且MCU主控单元控制报警模块发出报警声音，显示屏提示意外故障。。

当需要调整红外波管的强度时，由过零信号检测模块检测到过零点，具体的，整流器的V+端，输出的是周期10ms的脉冲直流电，当脉冲电流过零点时，三极管Q6导通，P3.3输出高电平，MCU主控单元检测到高电平，并由I/O口信号NET-P5.5输出低电平，使三极管Q5导通，光耦U4的输入端有电流通过，触发光耦U4发亮，此时，可控硅的第一阳极T1导通，通过MCU主控单元内的延时程序，控制可控硅的导通/关闭时间长短，来实现对红外波管亮度即功率的调节。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种熏蒸治疗仪控制系统及其控制方法，采用第一温控保护电路和第二温控保护电路实现双重保护，在正常加热时，第一温控保护电路起作用，对加热温度进行控制；当第一温控保护电路、温控模块或加热装置发生故障时，加热装置不受控制持续加热，并且使药液温度高于某一设定值后，第二温控保护电路开始工作，通过继电器REL1的切换将断开加热装置的电源，迫使加热装置停止加热，起到双重过温保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明最佳实施例的原理示意图；

图2是电源模块的原理示意图；

图3是MCU主控单元的原理示意图；

图4是第一温控保护电路的原理示意图；

图5是温控模块和第二温控保护电路的原理示意图；

图6是过零信号检测模块原理示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-6所示，本发明的一种熏蒸治疗仪控制系统，包括MCU主控单元、电源模块、按键模块、温控模块、加热装置、显示模块、报警模块和过温保护模块，所述电源模块为所述控制系统提供工作电源，所述按键模块的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述温控模块的输入端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述加热装置用于药液的加热，所述过温保护模块包括第一温控保护电路和第二温控保护电路，所述第一温控保护电路包括第一温度感应器、基准电压和比较器，所述第一温度感应器实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，所述第一温度感应器和基准电压分别与比较器的两输入端连接，所述比较器的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述第二温控保护电路包括第二温度感应器、继电器REL1和继电器控制电路，所述第二温度感应器实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，且所述第二温度感应器的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器REL1连接在温控模块和加热装置之间用于接通或断开加热装置的电源，所述继电器控制电路的输入端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器控制电路的输出端与所述继电器REL1连接。

其中，MCU主控单元U2采用单片机STC15W408AD，加热装置采用红外光加热，比较器U5采用LM393比较器，第一温度感应器采用热敏电阻RM1，基准电压采用可调电阻TR1，调节TR1，改变其阻值，产生不同的电压值，和热敏电阻RM1进行比较，当可调电阻TR1端电压值小于热敏电阻RM1端电压值时，比较器U5的第一输出端OUT-A(引脚1)输出高电平，即第一温度感应器监测的药液温度小于设定值时，加热装置继续工作；第二温度感应器采用温控芯片DS18B20，DS18B20输出温度测量信号DQ至MCU主控单元的I/O口引脚16，显示模块采用液晶显示，报警模块采用蜂鸣器Beep。

如图2所示，所述电源模块包括依次连接的变压器、整流桥和直流稳压器，其中整流桥采用DB107S，直流稳压器采用LM7805，所述变压器的输入端连接220AV交流电源，所述直流稳压器输出电源VCC，VCC电源为+5V，整流桥输出端V+与过零信号检测模块的输入端连接。

如图3所示，MCU主控单元U2采用单片机STC15W408AD，引脚1-引脚4用于按键模块，引脚6连接LED6用于指示，引脚7用于驱动蜂鸣器Beep，引脚8和引脚10为电源VCC和地GND，接电容C8和C9进行滤波，引脚9用于输出红外波管加热功率调整的驱动信号NET-P5.5，引脚13-引脚15用于接液晶显示模块的驱动，引脚16用于第二温度感应器DS18B20温度信号DQ的输入，引脚17用于比较器U5的第一输出端OUT-A的输入，引脚18用于过零信号检测模块输出信号P3.3的输入端，引脚20用于输出继电器REL1切换信号CON1。

按键模块用于加热时间、加热温度、智能控制方式、开始/暂停、负离子状态的设置，包括三个按键K1、K4和K5，三个电阻R7、R10和R11，且三个电阻阻值相等，所述按键K1、K4和K5的一端与地GND连接，所述按键K1、K4和K5的另一端分别与所述电阻R7、R10和R11串联后连接至电源VCC，所述按键K1和K4与所述电阻R7和R10的公共端分别与所述MCU主控单元的两个I/O口(引脚1和引脚4)连接。其中，按键K1用于设定治疗仪的工作时间，按键K4为开始/暂停键，按键K5为负离子控件按键，用于负离子工作状态设置。

报警模块用于按键操作时提示以及故障报警，所述报警模块包括蜂鸣器Beep、三极管Q4和电阻R12，三极管Q4采用S8550，所述蜂鸣器Beep的一端接地GND，另一端连接三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的发射极接电源VCC，所述三极管Q4的基极串接电阻R12后与所述MCU主控单元的I/O口(引脚7)连接。蜂鸣器Beep在按键触发时，发出声音，时间到了也会响，发出声音指示，故障时会发出声音。

所述显示模块与所述MCU主控单元的I/O口(引脚13-引脚15)连接。其中，引脚13为液晶使能信号CS-1621，引脚14为液晶写信号WR-1621，引脚15为液晶读信号DA-1621。

如图4所示，比较器U5采用LM393比较器，第一温度感应器采用热敏电阻RM1，基准电压采用可调电阻TR1，热敏电阻RM1实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，热敏电阻RM1与比较器U5的输入端IN-A+连接，可调电阻TR1的滑动端与比较器U5的输入端IN-A-连接，比较器U5的第一输出端OUT-A与所述MCU主控单元的I/O口引脚17连接，发光二极管D3用于指示第一温控保护电路上电工作。

如图5和图6所示，所述温控模块包括过零信号检测模块、双向可控硅，光耦U4，三极管Q5，电阻R16、R17、R18、R19和R20和电容C10，双向可控硅采用BT136，光耦U4采用MOC3021，三极管Q5采用S8550，所述光耦U4的一输入端(引脚1)串接电阻R16后连接电源VCC，另一输入端(引脚2)与三极管Q5的发射极连接，所述三极管Q5的集电极接地GND，所述三极管Q5的基极连接至电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端输出信号NET-P5.5连接至所述MCU主控单元的I/O口(引脚9)，所述光耦U4的一输出端(引脚6)串接电阻R20后与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接，所述双向可控硅的控制极G与所述光耦U4的另一输出端(引脚4)连接，所述电阻R18并联在所述双向可控硅的控制极G和第一阳极T1之间，所述第二阳极T2与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接，所述电容C10与电阻R19串联，且所述电容C10的引出端连接至双向可控硅的第一阳极T1，所述电阻R19的引出端与所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接。双向可控硅和光耦是控制红外波管开关、强度的电路。

如图6所示，过零信号检测模块用于电源的过零点检测，给MCU信号，此时可以调整红外管的强度。过零信号检测模块包括电阻R29、电阻R30和三极管Q6，三极管Q6采用S8550，所述三极管Q6的发射极接电源VCC，所述三极管Q6的基极串接电阻R29后与所述电源模块的整流桥输出端V+连接，所述三极管Q6的集电极串接电阻R30后接地GND，所述集电极与电阻R30的公共引出端P3.3连接至MCU主控单元的I/O口(引脚18)。

如图5所示，第二温控保护电路包括第二温度感应器、继电器REL1和继电器控制电路，所述第二温度感应器实时测量熏蒸治疗仪内药液的温度，且所述第二温度感应器的输出端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器REL1连接在温控模块和加热装置之间用于接通或断开加热装置的电源，所述继电器控制电路的输入端与所述MCU主控单元的I/O口连接，所述继电器控制电路的输出端与所述继电器REL1连接。所述继电器控制电路包括三极管Q4、电阻R15和二极管D2，所述三极管Q4的发射极接电源VCC，所述三极管Q4的集电极接二极管D2阴极，所述二极管D2的阳极接地GND，所述三极管Q4的基极串接电阻R15后输出信号CON1，所述信号CON1连接至所述MCU主控单元的I/O口，所述继电器REL1的两线圈引脚(引脚1和引脚2)并联在所述二极管D2的两端，且引脚1连接二极管D2阴极，引脚2连接二极管D2的阳极，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)连接红外波管的电源输入端，接口J2用于连接红外波管，所述继电器REL1的常闭触点(引脚5)连接温控模块的输出端，第一温控保护电路工作时，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)与常闭触点(引脚5)连接，第二温控保护电路工作时，所述继电器REL1的公共触点(引脚3)与常闭触点(引脚5)断开且与常开触点(引脚4)连接。

一种熏蒸治疗仪控制方法，包括上述控制系统，所述加热装置采用红外波管加热，还包括以下步骤：

首先，接通220AC电源，通过按键模块设定工作时间，通过调节可调电阻TR1设定温度，并启动按键K4倒计时工作，红外波管开始加热，工作时间到，红外波管关闭停止加热；

正常加热情况下，继电器REL1的常闭触点闭合，第一温控保护电路起到过温保护作用，第一温度感应器实时监测药液的温度，并由比较器对实时温度值与设定温度值进行比较，当实时温度值小于设定温度值时，即可调电阻TR1端电压小于热敏电阻RM1端电压时，MCU主控单元控制红外波管继续加热，反之则停止加热；当药液温度达到设定温度值时，红外波管进入70％的额定功率工作，70％的额定功率，管子的亮度和热量比100％即全脉冲宽度低；同时，显示模块上面显示当前温度、设定时间以及工作状态；

当需要不同的设定温度值时，调节可调电阻TR1，改变其阻值，产生不同的电压值，与热敏电阻RM1端电压进行比较，由比较器U5进行比较，当可调电阻TR1端电压值小于热敏电阻RM1端电压值时，比较器U5第一脚(OUT-A)输出高电平，MCU主控单元U2第17脚为高电平，红外波管开始工作，反之关闭。

当第一温控保护电路或者温控模块意外失效时，为了保证温度可控，不出现温度持续升高、烫伤患者皮肤等意外，该治疗仪增加了第二温控保护电路，第二温度感应器监测药液温度，当药液温度比设定温度值高出10度时，MCU主控单元的I/O口信号CON1输出低电平，使三极管Q4导通，继电器REL1动作，公共触点由常闭触点跳到常开触点，切断红外波管的工作电源，且MCU主控单元控制报警模块发出报警声音，显示屏提示意外故障。。

当需要调整红外波管的强度时，由过零信号检测模块检测到过零点，具体的，整流器的V+端，输出的是周期10ms的脉冲直流电，当脉冲电流过零点时，三极管Q6导通，P3.3输出高电平，MCU主控单元检测到高电平，并由I/O口信号NET-P5.5输出低电平，使三极管Q5导通，光耦U4的输入端有电流通过，触发光耦U4发亮，此时，可控硅的第一阳极T1导通，通过MCU主控单元内的延时程序，控制可控硅的导通/关闭时间长短，来实现对红外波管亮度即功率的调节。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。