一种智能工具箱的控制系统的制作方法

本实用新型涉及工具箱技术领域，尤其涉及一种智能工具箱的控制系统。

背景技术：

对于医疗器械的存放，目前通常使用常规的工具箱，这种工具箱的使用和工具存放往往需要人工来管理和维护，例如需要人工开关抽屉存放工具，多次检查工具箱是否有故障；工具是否已经存放到位，是否还有应该存放的工具遗留在外面，如有工具遗留在外面，尤其是尖锐的工具，会存在较大的安全隐患；以及对工具箱进行消毒等。人工维护的人力成本较高，效率较低，难以满足用户的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种智能工具箱的控制系统，可以实现抽屉的自动打开和关闭，自动检测每一个工具或器械的归位情况，并能够自动消毒对工具箱进行消毒。

本实用新型提供了一种智能工具箱的控制系统，所述控制系统包括：主控模块，工具检测模块，自动开关抽屉模块，消毒模块，电源模块；主控模块分别与工具检测模块、自动开关抽屉模块、消毒模块连接，所述电源模块分别与主控模块、工具检测模块、自动开关抽屉模块、消毒模块；

所述主控模块，用于对工具检测模块、自动开关抽屉模块、消毒模块进行数据采集和控制；

所述工具检测模块，用于检测工具的归位情况；

所述自动开关抽屉模块，用于实现抽屉的自动开关，并指示抽屉的动作和状态；

所述消毒模块，用于在抽屉关闭后对工具箱进行消毒；

所述电源模块，用于为主控模块、工具检测模块、自动开关抽屉模块、消毒模块供电。

进一步地，所述主控模块为微控制单元。

进一步地，所述工具检测模块包括称重单元和光电感应单元，所述称重单元用于通过称量工具的重量检测工具的归位情况，所述光电感应单元用于通过测量光反射信号检测工具的归位情况。

进一步地，所述称重单元包括多个称重传感器。

进一步地，所述称重单元还包括温度传感器，用于补偿补偿温飘。

进一步地，所述光电感应单元包括多个光电传感器。

进一步地，所述自动开关抽屉模块包括电容触摸式开关和驱动单元，所述电容触摸式开关与所述驱动单元连接，所述驱动单元还与所述主控模块连接，所述电容触摸式开关用于控制抽屉的打开和关闭、指示抽屉的动作和状态，所述驱动单元用于驱动抽屉以实现打开和关闭。

进一步地，所述电容触摸式开关包括电容触摸按键，还包括指示灯或蜂鸣器，所述电容触摸按键用于接收触摸信号以控制抽屉的打开和关闭，所述指示灯和蜂鸣器用于指示抽屉的动作和状态。

进一步地，所述驱动单元包括电机、电机伺服控制电路和防夹手电路，所述电机用于驱动抽屉以实现打开和关闭功能，所述电机伺服控制电路用于控制电机的电压和电流信号，所述防夹手电路用于在电机出现堵转时，通过主控模块中断电机。

进一步地，所述消毒模块包括紫外线消毒灯管和消毒控制电路，所述紫外线消毒灯管用于对工具箱进行紫外线消毒，所述消毒控制电路用于所述紫外线消毒灯管进行控制。

由上述技术方案可知，本实用新型提供一种智能工具箱的控制系统，可以实现抽屉的自动打开和关闭，自动检测每一个工具或器械的归位情况，并能够自动消毒对工具箱进行消毒。

附图说明

图1示出了本实用新型提供的智能工具箱的控制系统的结构示意图。

图2示出了微控制单元的电路逻辑图。

图3示出了称重应变片的电路逻辑图。

图4示出了温度传感器的温度补偿电路逻辑图。

图5示出了单臂半桥信号调理电路的电路逻辑图。

图6示出了称重信号和温度补偿信号多路复用电路的电路逻辑图。

图7示出了红外传感器的电路逻辑图。

图8示出了光电传感器信号调理电路的电路逻辑图。

图9示出了光电信号多路复用电路的电路逻辑图。

图10示出了电容触摸按键的电路逻辑图。

图11示出了电机伺服控制电路的电路逻辑图。

图12示出了电机在正转时的电流放大电路。

图13示出了电机在反转时的电流放大电路。

图14示出了防夹手电路的电路逻辑图。

图15示出了电机状态信号多路复用电路的电路逻辑图。

图16示出了消毒控制电路的电路逻辑图。

图17示出了本实用新型提供的智能工具箱的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例一

图1示出了本实用新型实施例一提供的智能工具箱的控制系统的结构示意图。如图1所示，所述控制系统包括：主控模块101，工具检测模块102，自动开关抽屉模块103，消毒模块104，电源模块105；主控模块101分别与工具检测模块102、自动开关抽屉模块103、消毒模块104连接，所述电源模块105分别与主控模块101、工具检测模块102、自动开关抽屉模块103、消毒模块104。

其中，所述主控模块101，用于对工具检测模块102、自动开关抽屉模块103、消毒模块104进行数据采集和控制；所述工具检测模块102，用于检测工具的归位情况；所述自动开关抽屉模块103，用于实现抽屉的自动开关；所述消毒模块104，用于实现自动消毒；所述电源模块105，用于为主控模块101、工具检测模块102、自动开关抽屉模块103、消毒模块104供电。

优选地，所述主控模块101为微控制单元(MCU)，优选为STM32F407VGT6主控芯片，作为每个工具箱的主控，实现对工具检测模块102、自动开关抽屉模块103等多个外设模块的数据采集和控制。该MCU可运行FreeRTOS免费实时操作系统，实现对各种状态信号的高效管理。MCU的电路逻辑图如图2所示。

优选地，所述工具检测模块102包括称重单元和光电感应单元。

其中，所述称重单元包括多个称重传感器，分别设置于工具箱的抽屉中用于放置工具的多个放置位，所述称重传感器用于测量工具的重量，根据测得的重量可判断工具是否已经放置在相应的放置位上，即判断工具是否归位；通过确认每种工具的重量范围，还可实现对工具类型的识别。

进一步优选地，所述称重传感器优选为应变片称重传感器，采用多个0.02级的称重应变片作为称重传感器，可实现0.1克的测量精度。所述称重应变片的电路逻辑图如图3所示。

优选地，所述称重单元还包括10K的温度传感器，用于补偿由于环境温度变化引起的温度飘移(常温为25℃)。温度变化时，通过MCU的控制，所述温度传感器可自动补偿称重传感器的误差，实现精准测量。所述温度传感器的温度补偿电路逻辑图如图4所示。

进一步优选地，所述称重单元还包括单臂半桥信号调理电路、称重信号和温度补偿信号多路复用电路，用于实现对称重信号和温度补偿信号的调整和调理。

其中，所述单臂半桥信号调理电路的电路逻辑图如图5所示，其中U70的引脚B0和B1输出差分电压信号，该电路的功能特点如下：

为解决参数影响和不同传感器的兼容性问题，使用HCT4053多路复用芯片实现半桥输出信号极性交换，通过MCU控制极性交换，增强传感器的适应性；使用仪表差动放大器实现半桥输出信号误差放大，以达到精确的应变片形变量，通过双运算放大器(LM358)实现的仪表放大器具有超高输入阻抗、极其良好的共模抑制比(CMRR)、低输入偏移和低输出阻抗，并能放大在共模电压下的信号，相对于品牌集成芯片如型号为AD8422的仪表放大器，上述仪表放大器的成本更低，有更好的实用性；通过二级差动放大，把误差信号转换为模拟输出信号，并实现增益可调，便于采样电路的采集；最后配置有跟随器，能够降低差动放大器的输出阻抗，避免信号在传输路径上的干扰。

其中，所述称重信号和温度补偿信号多路复用电路的电路逻辑图如图6所示，因传感器数量较多，MCU引脚资源有限，通过TI公司的CD4051芯片(单8通道数字控制模拟电子开关)可实现多路转一路的分时访问，一次可完成8个传感器的信号扫描，有效地节省了资源和成本。

优选地，所述光电感应单元包括多个光电传感器，分别设置于工具箱的抽屉中用于放置工具的多个放置位，所述光电传感器用于通过光反射信号的测量检测工具是否归位。将光电传感器与称重传感器结合使用，光电传感器可以弥补因工具是位错误而导致的称重传感器的检测误差，进而更准确的判断工具的归位情况。

进一步优选地，所述光电传感器为反射式光电传感器，如小量程反射式红外传感器，该种传感器响应距离为0mm至16mm，具有装配简单、信号输出简单、稳定可靠等特点。

采用光电传感器检测的原理比较简单，以检测剪刀为例，可以分别在刀口、把柄等位置分别设置多个红外检测点，在每个检测点都放置上述红外传感器，当剪刀放置后在相应的放置位后，所有的红外检测点会检测到正确的信号，表示该检测点检测到有物体存在。所述红外传感器的电路逻辑图如图7所示。

进一步优选地，所述反射式光电传感器由发光二极管和感光三极管组成，通过光反射实现距离的探测；由于距离大小影响感光三极管的输出电流，因此需匹配相应的光电传感器信号调理电路实现探测距离的调节。

所述光电传感器信号调理电路的电路逻辑图如图8所示，其组成部分和功能特点如下：采用LC低通滤波电路，实现高频滤波，避免高频干扰；通过可调增益的运放实现对感光信号的放大，进而实现探测距离调节；采用电压比较器实现信号阈值判断，避免临界电压导致的信号紊乱；采用开集电极电路驱动，实现5V信号到3.3V信号的匹配，并传送至MCU做信号判断。

所述光电感应单元还包括光电信号多路复用电路，其电路逻辑图如图9所示，因光电传感器数量比较多，MCU引脚资源有限，通过TI公司的CD4051芯片可实现多路转一路的分时访问，一次可完成8个传感器的信号扫描，有效地节省了资源和成本。

优选地，所述自动开关抽屉模块103包括电容触摸式开关和驱动单元。其中，电容触摸式开关与驱动单元连接，驱动单元还与主控模块101连接，电容触摸式开关用于控制抽屉的打开和关闭，驱动单元用于驱动抽屉以实现打开和关闭。

其中，优选地，所述电容触摸式开关包括电容触摸按键。其中，电容触摸按键优选为TTP223电容触摸芯片，该芯片通过非直接接触导体实现抽屉的打开和关闭动作，其电路逻辑图如图10所示。其中，该芯片安装于抽屉的开口处，具有耐磨损、绝缘、隔尘、隔水等优点，防静电能力较强，可避免干燥环境引起的静电对电子电路的损害。

进一步优选地，所述电容触摸开关还包括LED指示灯和蜂鸣器，用于指示抽屉开关、故障等动作和状态信息，或发出警报，以提醒工作人员及时排查故障，及时将遗漏的工具放回工具箱中。

优选地，所述驱动单元包括电机、电机伺服控制电路、防夹手电路、电机状态信号多路复用电路等。

其中，所述电机优选为行程为25cm的推拉杆直流减速电机，通过控制螺杆实现金属杆的伸缩，控制12V直流，具有控制简单、功耗低、体积小等优点。

所述电机伺服控制电路的电路逻辑图如图11所示，该电路采用BTS7960B芯片来实现，该芯片内部集成了MOSFET半桥、电流采样、电平控制等，最大可以实现40A的输出电流，其电流采样输出信号，对于抽屉开关到位、防夹手功能非常有效。

所述驱动单元还包括电机在正转时(对应抽屉的打开)的电流放大电路、电机在反转时(对应抽屉的关闭)的电流放大电路如图12和图13所示，上述两个电流放大电路还与中央处理器连接，所述驱动单元还包括阻抗匹配功能跟随器电路，以实现对电流的放大和滤波的精确采样。

电机在正转和反转时，如果出现堵转现象，会造成抽屉开关故障，容易夹手，因此需要采用防夹手电路来解决上述问题，所述防夹手电路的电路逻辑图如图14所示，图中所示的二级管的正极与电机连接；当出现堵转现象时，电流会增大，电流信号经过放大处理后驱动开集电极逻辑电路，产生下降沿中断信号给MCU，MCU控制中断电机，整个过程小于5ms。

所述电机状态信号多路复用电路的电路逻辑图如图15所示，因输出数量比较多，MCU引脚资源有限，通过TI的CD4051芯片实现多路转一路的分时访问，一次完成6个信号扫描，有效地节省了资源和成本。

优选地，所述消毒模块104包括紫外线消毒灯管和消毒控制电路。

所述紫外线消毒灯管优选为220V 15W紫外消毒灯管，在使用高压交流电时，需要采用低压电路控制高压的方案。

所述消毒控制电路的电路逻辑图如图16所示，可实现3.3V控制12V电路、12V控制继电器的方法实现紫外消毒控制。

所述电源模块105采用GS60A12-P1J 60W(12V 5A)电源作为供电主电源，12V直流分别作为继电器、直流电机的驱动电源，通过开关电源转换为5V直流，为运放等外设供电，通过LDO电源转换生成3.3V、2.5V直流电源，为主控模块101和主要外设供电。

12V直流由ACDC电源提供，该电源具有效率高、功率大、发热量小、体积小、绝缘性好等特点，适于室内使用。

所述开关电源采用TPS54331开关电源芯片把12V电压转换成5V直流电压，该芯片具有宽电压输入、电流大、纹波小、成本低等优点。

LDO电源采用TI公司的LM1117电源芯片，把5V电压转换成3.3V直流电压，该芯片具有电压稳定、纹波小、功耗小等特点。

本实用新型实施例中所述的多个电路需要准确的ADC模拟数字转换，需要稳定的参考电源，因此采用MC1403芯片产生稳定的2.5V参考电压，作为MCU中ADC模拟数字转换模块的采样参考。

所述控制系统不仅适用于单层抽屉的工具箱，也适用于多层抽屉的工具箱，不仅能够实现医疗器械的智能存放，也实现其它工具或器械的智能存放，其具体工作原理如图17所示。

通过上述控制系统，本实用新型实施例可以实现抽屉的自动打开和关闭，自动检测每一个工具或器械的归位情况，并能够自动消毒对工具箱进行消毒。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。