CN108153177A - 一种药房控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药房控制系统，包括控制器、电源、电机控制模块、状态灯、触摸屏、接近开关、光幕，其中：所述电源为控制器和电机控制模块供电；电机控制模块与控制器连接，控制器接收到上位机指令后，传输控制信息到电机控制模块，电机控制模块将反馈信号传回控制器实现电机的闭环控制；状态灯与控制器连接以显示工作状态；所述触摸屏与控制器连接，控制器与触摸屏互相通信实现触摸屏操作；所述接近开关接入控制器，接近开关传输信号给控制器用于检测出药位置；所述光幕接入控制器，当光幕被遮挡住后，控制器立即停止工作，整个系统暂停工作，从而保障取药动作的安全。本发明具有良好的抗干扰性和可拓展性，并且实时可控、保护性强。

Description

一种药房控制系统

技术领域

本发明涉及药房控制技术领域，特别是一种药房控制系统。

背景技术

医药行业作为关系国计民生的一个朝阳产业，是我国国民经济的重要组成部分，近年来，受人口增长、老龄化趋势加剧、慢性病发病率不断上升、医保体系不断完善、消费需求升级、国民健康意识不断增强等因素的影响，医药市场在未来一段时期内将继续保持增长趋势。医院、药房需具备足够强的服务能力来应对居民的就医需求。然而，目前大部分国内中药房还在沿用过去的“手抓戥称”的传统取药方式。这种方式不仅效率低下、容易造成浪费，而且存在药品管理困难、复合难等问题。这些问题，严重制约了我国中药卫生技术水平的发展。同时，随着我国二胎政策的开放以及人口老龄化的极速加剧，医院的处方每天都在增加，传统取药方式已经不能满足一般大医院日益增长的取药需求。

与西药一种药品对应一种条码不同，以往中药只有靠药名来进行区分。我国中药管理局近几年一直在推行中药饮片包的使用，小包装中药在配药时剂量准确、方便复核并且易于药品管理。中药饮片包的推广也为中药的管理规范化提供了有利条件，中药管理局目前已经规范化了中药饮片包的条码格式，对应不同的药品、规格、产地等信息均录入在条码信息中，相信以后中药的药品信息管理也能像西药盒装药一样高效准确。中药饮片包的推广为改进传统取药方式提供了新的思路，可以通过设计一套完善的药品自动化流通设备来改变原有的药品流通模式。在这种智能化药房中，机械自动上药、发药从而代替人工上药、取药等工作，使药品的发放有序，减少人为发药错误，提高药房工作效率。

智能化药房系统不仅可以用于小包装饮片包的中药房，也可以用于盒装药的西药房。在医疗卫生方面，它利用通信技术、多媒体技术和数据库技术，在大大提高发药效率的同时亦能实现药房的信息化管理。在科技发展领域，它借鉴于智能仓储系统、物理管理系统的同时，也能对物联网、医疗信息云服务、物流信息化等的发展研究提供重要的支持。但是，目前的药房控制系统虽引入全面的自动化理念，但还有很多缺少点，例如发药量小，自动化水平低，智能化程度不够，可靠性低都是目前存在的问题。

发明内容

本发明提供了一种取药效率高、管理方便、实时可控、保护性强的药房控制系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种药房控制系统，包括控制器、电源、电机控制模块、状态灯、触摸屏、接近开关、光幕，其中：

所述电源，连接控制器和电机控制模块，并给二者供电；

所述电机控制模块与控制器连接，控制器接收到上位机指令后，传输控制信息到电机控制模块，电机控制模块将反馈信号传回控制器实现电机的闭环控制；

所述状态灯与控制器连接，控制器通过状态灯显示工作状态；

所述触摸屏与控制器连接，控制器与触摸屏互相通信实现触摸屏操作；

所述接近开关接入控制器，接近开关传输信号给控制器用于检测出药位置；

所述光幕接入控制器，当光幕被遮挡住后，控制器立即停止工作，整个系统暂停工作，从而保障取药动作的安全。

优选地，所述控制器选用TI公司TMS320系列的C2000系列芯片，内部包括CPU、通信模块、输入模块、输出模块、动作模块，其中：

CPU，包括运算器、控制器、寄存器，以及实现三者之间联系的数据、控制及状态总线，还包括外围芯片、总线接口；

通信模块，用于DSP内部之间、DSP与上位计算机之间的信息交换，形成统一的整体，实现程序下载或上传、分散或集中控制、远程监控、人机界面的功能；

输入模块和输出模块，输入模块把从现场采集的信号转换成CPU能够接受和处理的数字量，输入寄存器反映输入信号状态；输出模块接收CPU输出的数字命令，并转换成负载能够接受的电流或电压；

动作模块，包含寄存器、编程器，动作模块对指令动作进行编程、对系统变量做出设定、在线监控DSP及DSP所控制的系统的工作状况。

优选地，所述电机控制模块采用伺服控制系统，包括上位计算机、运动控制器、驱动器、反馈元件和伺服电机，其中：

上位计算机，由CPU各自完成系统分配的任务，并在系统信息上传下递的交互中，实现系统资源的共享；

运动控制器，发送脉冲信号给驱动器，接收反馈元件传输过来的读数进行伺服电机的校准；

驱动器，接收运动控制器发来的控制信号，放大后驱动伺服电机；

伺服电机，作为执行元件与编码器配合使用，形成全闭环控制系统；

反馈元件，包括位置传感器、速度传感器，把角位移或直线位移转换成电信号，反馈伺服电机的实际转速。

优选地，所述触摸屏选用步科公司的Kinco MT4414TE系列，支持串口、网口通讯，并配备有编程组态软件。

优选地，所述伺服电机有三台，分别是A轴拉箱电机、B轴拉箱电机、Z轴升降电机；其中A、B轴拉箱电机用来拖动药箱至取药平台上，这两台电机均设置于对应的取药平台底部；Z轴升降电机设置在机柜顶部，驱动取药平台在轨道上升降。

本发明与传统技术相比，其显著优点为：(1)该药房控制系统基于DSP控制，具有良好的抗干扰性和可拓展性；(2)电机控制方面选用伺服控制系统，可以快速的响应指令，精确的传送药物；(3)该系统配备有状态灯、触摸屏，能实时的观测控制系统和发送指令；(4)系统的出药口安装了光幕，防止在取药平台运动时伸入手臂导致夹伤，加强了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明药房控制系统的结构框图。

图2为本发明药房控制系统的控制器内部框图。

图3为本发明药房控制系统的伺服控制系统结构图。

图4为本发明药房控制系统的运动控制流程图。

图5为本发明药房控制系统的系统程序流程图。

具体实施方式

本发明以DSP控制器为核心,搭配可编程逻辑器件作为构成，设计了一种新型药房控制系统。它通过接收并分析上位机指令，对系统内的电机进行闭环控制，完成自检、取药、补药的步骤，再通过状态灯的显示和触摸屏的交互完成取药流程。

结合图1，本发明药房控制系统，包括控制器1、电源2、电机控制模块3、状态灯4、触摸屏5、接近开关6、光幕7，其中：

所述电源2，连接控制器1和电机控制模块3，并给二者供电；

所述电机控制模块3与控制器1连接，控制器1接收到上位机指令后，传输控制信息到电机控制模块3，电机控制模块3将反馈信号传回控制器1实现电机的闭环控制；

所述状态灯4与控制器1连接，控制器1通过状态灯4显示工作状态；

所述触摸屏5与控制器1连接，控制器1与触摸屏5互相通信实现触摸屏操作；

所述接近开关6接入控制器1，接近开关6传输信号给控制器1用于检测出药位置；

所述光幕7接入控制器1，当光幕7被遮挡住后，控制器1立即停止工作，整个系统暂停工作，从而保障取药动作的安全。

优选地，所述控制器1选用TI公司TMS320系列的C2000系列芯片，内部包括CPU、通信模块、输入模块、输出模块、动作模块，其中：

CPU，包括运算器、控制器、寄存器，以及实现三者之间联系的数据、控制及状态总线，还包括外围芯片、总线接口；

通信模块，用于DSP内部之间、DSP与上位计算机之间的信息交换，形成统一的整体，实现程序下载或上传、分散或集中控制、远程监控、人机界面的功能；

输入模块和输出模块，输入模块把从现场采集的信号转换成CPU能够接受和处理的数字量，输入寄存器反映输入信号状态；输出模块接收CPU输出的数字命令，并转换成负载能够接受的电流或电压；

动作模块，包含寄存器、编程器，动作模块对指令动作进行编程、对系统变量做出设定、在线监控DSP及DSP所控制的系统的工作状况。

优选地，所述电机控制模块3采用伺服控制系统，包括上位计算机、运动控制器、驱动器、反馈元件和伺服电机，其中：

上位计算机，由CPU各自完成系统分配的任务，并在系统信息上传下递的交互中，实现系统资源的共享；

运动控制器，发送脉冲信号给驱动器，接收反馈元件传输过来的读数进行伺服电机的校准；

驱动器，接收运动控制器发来的控制信号，放大后驱动伺服电机；

伺服电机，作为执行元件与编码器配合使用，形成全闭环控制系统；

反馈元件，包括位置传感器、速度传感器，把角位移或直线位移转换成电信号，反馈伺服电机的实际转速。

优选地，所述触摸屏4选用步科公司的Kinco MT4414TE系列，支持串口、网口通讯，并配备有编程组态软件。

优选地，所述伺服电机有三台，分别是A轴拉箱电机、B轴拉箱电机、Z轴升降电机；其中A、B轴拉箱电机用来拖动药箱至取药平台上，这两台电机均设置于对应的取药平台底部；Z轴升降电机设置在机柜顶部，驱动取药平台在轨道上升降。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

图1为药房控制系统框图，它包括控制器1、电源2、电机控制模块3、状态灯4、触摸屏5、接近开关6、光幕7。其中，控制器1是硬件系统的核心部分，接收其他硬件设备传来的电信号，驱动执行机构完成动作。接近开关6分别布置在取药平台、药柜的最顶端和最低端，用来检测出药口位置；光幕7布置在出药口位置，防止在取药平台运动时伸入手臂导致夹伤，加强系统的安全性；触摸屏和状态灯均安置在出药口上方，实时显示下位机运行状态。

1、控制器1

本系统的控制器1选用TI公司TMS320系列三大平台之一的C2000系列产品。C2000系列DSP将各种高级数学控制功能集成于一个IC上，强大的数据处理和控制能力可大幅提高应用效率并使功耗降低。

该DSP的运算速度为150MIPS(每秒执行百万条指令)，运算精度为浮点32位数据字，可以适用于运动控制和通讯组网。内部总线采用哈佛结构，将程序读、数据读和数据写分成三条总线，从而进一步提高了程序的并发处理能力。此外，该系列芯片配备有先进的仿真调试功能，提供分析和断点功能，硬件支持实时仿真。

本系统使用的DSP芯片内部包括CPU、通信模块、输入模块、输出模块、动作模块。框图如图2所示。

(1)CPU主要由运算器、控制器及寄存器实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，此外还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU确定了控制的规模、工作速度、内存容量等。

(2)通信模块主要用于DSP内部之间、DSP与上位计算机以及其他智能设备之间的信息交换，形成一个统一的整体，实现程序下载/上传、分散/集中控制、远程监控、人机界面等功能。

(3)输入/输出模块的作用为DSP通过各种输入/输出(I/O)接口模块与外界联系，实现对工业设备或生产过程的检测和控制功能。输入/输出部件集成了DSP的I/O电路，输入部件把从现场采集的信号(开关量、模拟量)转换成CPU能够接受和处理的数字量，输入寄存器反映输入信号状态；输出部件接收微处理器输出的数字命令，并把它转换成负载能够接受的电流或电压，输出点反映输出锁存器状态。

(4)动作模块。包含寄存器、编程器等模块，主要任务是对指令动作进行编程、对系统变量做一些设定、在线监控DSP及DSP所控制的系统的工作状况。

2、电源2

本系统由外部交流220V电源供电，经转换得到12V直流电压，为主控板提供电源。主控板电源管理模块需要提供12V、5V、3.3V和1.8V直流电压。

其中，12V电压主要用于提供信号采集部分各传感器供电，包括接近开关、安全光幕和绝对值编码器的电源；5V电压主要为RS485电平转换芯片MAX485和CAN接口芯片PCA82C250提供工作电压，此外为众多信号(包括RS485信号、CAN信号和电机驱动信号等)提供隔离放大的光耦电源也是由5V电压提供；3.3V电压主要为TMS320F28335以及外部存储器芯片AT24C256提供电源，此外DSP的JTAG电路、DSP复位电路以及电平转换芯片74LVC245也是由3.3V电压供电；1.8V电压作为TMS320F28335内核供电电压，为DSP正常工作提供保障。

3、电机控制模块3

本系统中的电机控制模块3选用伺服控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力转矩、速度和加速度。

基于PC的伺服运动控制系统一般由上位计算机、运动控制器、驱动器、反馈元件和伺服电机等组成，如图3所示：

(1)上位计算机：基于PC的伺服运动控制系统是一个多CPU系统，由CPU各自完成系统分配的任务，并在系统信息上传下递的交互中，实现系统资源的共享。

(2)运动控制器：整个控制系统的中心，发送脉冲信号给驱动器，接收反馈元件传来的读数进行电机的校准。

(3)驱动器：接收控制器发来的控制信号，放大后驱动伺服电机，驱动器的性能直接决定整个伺服系统的运动性能。

(4)伺服电机：执行元件，机械精度、响应时间直接影响到系统的控制性能，与编码器配合使用，形成全闭环控制系统，可以提高控制精度和工作效率。

(5)反馈元件：主要包括位置传感器、速度传感器等元件，把角位移或直线位移转换成电信号，反馈电机的实际转速，从而达到精确控制的目的。

在智能药房控制系统中，电机的正反转运动控制通过改变伺服电机的输入脉冲的顺序来控制，系统为闭环的位置控制系统，通过光电编码器反馈位移。

本系统主要的执行电机有三台，分别是A轴拉箱电机、B轴拉箱电机、Z轴升降电机。其中A、B轴拉箱电机用来拖动药箱至取药平台上，这两台电机均安装在对应的取药平台底部；Z轴升降电机按照在机柜顶部，驱动取药平台在轨道上升降。其运动控制流程图如图4所示。

4、其余部分

其余部分包括状态灯4、触摸屏5、接近开关6和光幕7。

状态灯4使用在整个运动控制过程中，没有任何动作时显示绿色，等待指令到来；在动作进行未完成之前显示为黄色，提示工作人员等待；在动作完成后转换为绿色，显示可以在取药口取药。

触摸屏5主要担负着药品信息的显示、与DSP的简单交互以及控制DSP驱动电机进行平台的校准等功能。其选型可根据实际需求自行选择。其工作流程为：

DSP接收到上位机的发药指令之后，首先点亮触摸屏，同时发送患者姓名、药品信息和药品数量这些消息给触摸屏进行显示，提醒取药人员进行取药工作。待取药平台将药箱拖出至出药口位置，取药人员取出应取数量的药品之后再点击触摸屏，切换成“取药完成”界面的同时，触摸屏也会给DSP发送取药完成的消息，DSP收到消息之后再将药箱归位。

保护光幕实质是一种光学传感器，主要作用为向DSP传输取药口的反馈信息。通过取药口信息的实时反馈，防止在取药平台运动时伸入手臂导致夹伤，加强系统的安全。

图5为系统程序流程图。程序首先对整个控制系统进行初始化设置。初始化模块主要包括：时钟、I/O的设置，并行接口的基本配置及初始化，AD转换的基本配置及初始化，数据结构设计及初始化等。

在初始化完成后，控制系统打开端口开始接收上位机指令。待确认指令接收完成后，将已经接收到完整的数据转存至其他变量区，防止再次重复接收其他数据。等待数据转存结束后，分析接收到的指令，如果指令起始位或长度不正确，向上位机反馈接收异常的消息，如果是正确的指令，根据指令类型开始自检、发药或者补药程序的执行。

在执行动作完成后，确认是否关闭，不关闭则继续等待上位机发送指令，进行下一个周期，关闭则结束整个流程。

Claims (5)

1.一种药房控制系统，其特征在于，包括控制器(1)、电源(2)、电机控制模块(3)、状态灯(4)、触摸屏(5)、接近开关(6)、光幕(7)，其中：

所述电源(2)，连接控制器(1)和电机控制模块(3)，并给二者供电；

所述电机控制模块(3)与控制器(1)连接，控制器(1)接收到上位机指令后，传输控制信息到电机控制模块(3)，电机控制模块(3)将反馈信号传回控制器(1)实现电机的闭环控制；

所述状态灯(4)与控制器(1)连接，控制器(1)通过状态灯(4)显示工作状态；

所述触摸屏(5)与控制器(1)连接，控制器(1)与触摸屏(5)互相通信实现触摸屏操作；

所述接近开关(6)接入控制器(1)，接近开关(6)传输信号给控制器(1)用于检测出药位置；

所述光幕(7)接入控制器(1)，当光幕(7)被遮挡住后，控制器(1)立即停止工作，整个系统暂停工作，从而保障取药动作的安全。

2.根据权利要求1所述的药房控制系统，其特征在于，所述控制器(1)选用TI公司TMS320系列的C2000系列芯片，内部包括CPU、通信模块、输入模块、输出模块、动作模块，其中：

CPU，包括运算器、控制器、寄存器，以及实现三者之间联系的数据、控制及状态总线，还包括外围芯片、总线接口；

通信模块，用于DSP内部之间、DSP与上位计算机之间的信息交换，形成统一的整体，实现程序下载或上传、分散或集中控制、远程监控、人机界面的功能；

输入模块和输出模块，输入模块把从现场采集的信号转换成CPU能够接受和处理的数字量，输入寄存器反映输入信号状态；输出模块接收CPU输出的数字命令，并转换成负载能够接受的电流或电压；

动作模块，包含寄存器、编程器，动作模块对指令动作进行编程、对系统变量做出设定、在线监控DSP及DSP所控制的系统的工作状况。

3.根据权利要求1所述的药房控制系统，其特征在于，所述电机控制模块(3)采用伺服控制系统，包括上位计算机、运动控制器、驱动器、反馈元件和伺服电机，其中：

上位计算机，由CPU各自完成系统分配的任务，并在系统信息上传下递的交互中，实现系统资源的共享；

运动控制器，发送脉冲信号给驱动器，接收反馈元件传输过来的读数进行伺服电机的校准；

驱动器，接收运动控制器发来的控制信号，放大后驱动伺服电机；

伺服电机，作为执行元件与编码器配合使用，形成全闭环控制系统；

反馈元件，包括位置传感器、速度传感器，把角位移或直线位移转换成电信号，反馈伺服电机的实际转速。

4.根据权利要求1所述的药房控制系统，其特征在于，所述触摸屏(4)选用步科公司的Kinco MT4414TE系列，支持串口、网口通讯，并配备有编程组态软件。

5.根据权利要求3所述的药房控制系统，其特征在于，所述伺服电机有三台，分别是A轴拉箱电机、B轴拉箱电机、Z轴升降电机；其中A、B轴拉箱电机用来拖动药箱至取药平台上，这两台电机均设置于对应的取药平台底部；Z轴升降电机设置在机柜顶部，驱动取药平台在轨道上升降。