本科毕业论文---基于gprs的智能药品分拣装置设计(论文)设计.doc

基于GPRS的智能药品分拣装置设计摘要近年来，人们生活水平不断提高，逐渐出现了许多因为没有合理膳食，也缺乏适量运动引发的慢性常见病。随着看病人群数量的急剧增多，由于医院药房工作人员要根据病人递给的药单逐个地找药和取药，效率低，所以经常在医院看到这样的情形：人们在取药的窗口排很长的队伍，等待取药。本毕业设计针对上述问题，为提高医院药房工作人员的效率，设计实现了一种智能药品分拣装置。本设计实现的装置由触摸屏、GPRS通信模块、西门子S7-200PLC、药品架等组成。该智能药品分拣装置可接收医院医疗信息服务器的处方信息，快速指导工作人员找到处方药品，发放给病人，大大缩短了药房工作人员的取药时间，节省了患者等待的时间，并且能够避免在取药过程中人为造成的取错药问题。关键词：西门子S7-200PLC 触摸屏 GPRS通信 药品分拣Design of an intelligent drugs sorting device based on GPRSAbstractIn recent years, peoples living conditions continue to improve. Gradually people who take too high calorie food and lack exercise are suffering from some common chronic diseases. The number of medical people is increasing sharply. The hospital pharmacy staffs need take medicine and get medicine to a patient one by one according to the prescriptions. So the efficiency is low. Often in the hospital the lines of people who are waiting for getting medicine are long.In order to solving the above problems, this design produced an intelligent sorting device. The device is composed of a touch screen, a GPRS DTU module, a SIEMENS S7-200PLC, medicine cabinets. The intelligent sorting device can receive the information of prescription from the hospital server, and quickly guide the staff to find the drugs. Then the drugs can be provided to the patient. The time of taking medicine can be shorten by using this device. And the waiting time of the patient can be saved too. Particularly during the process of taking the medicine, the problem of taking the wrong medicine can be avoided.Key words：Siemens S7-200 PLC Touch screen GPRS communication Sorting drugsII目 录摘要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 本课题所在研究领域的国内外现状与发展趋势11.2.1 国外研究和应用现状11.2.2 国内研究和应用现状11.3 本课题研究的内容22 装置的总体设计32.1基于GPRS无线通信方式的医院药房取药过程的分析32.2 基于GPRS的智能药品分拣装置的总体设计33 装置的具体设计43.1 通信单元的设计实现43.1.1 GPRS DTU模块的选用、安装及配置43.1.2 模拟医疗信息服务器的建立73.1.3 服务器和装置之间双向通信的协议约定93.1.4 通信单元的通信测试113.2 显示单元的设计实现123.3 控制单元的设计实现143.3.1 PLC的选择143.3.2 PLC控制程序的编写143.4 药品架的制作163.4.1 药品架的设计163.4.2 材料预算163.4.3 制作164 器件组装及系统调试17参考文献-1-致谢-2-附录-3-III1 绪论1.1 课题研究背景及意义近年来，人们生活水平不断提高，尤其体现在吃上，很多人大鱼大肉，山珍海味，没有进行合理膳食，也缺乏适量运动，一些慢性的常见病，如高血压、高血脂、高血糖等，以及急性的肠胃炎、腹泻等都成了高发病。看病的数量急剧增多，而医院工作人员要根据病人递给的药单一个一个的找药和取药，效率低，所以经常在医院可以看到这样的情形，人们在取药的窗口排很长的队伍，等待取药。另外，医院药房的药品种类非常多，摆放分散，药师需要不停奔走取药，是对体力的巨大考验，难免由于疲累会取错药，所以医院药房要2个以上的药师共同确认药品的名称和数量，这又造成了人力的浪费。因此，为提高医院药房的工作效率，完全有必要设计一种智能药品分拣装置，用以缩短取药人员的工作时间，更重要的是减少人力，节约患者的时间，以及减少在取药过程中人为造成的错误等。1.2 本课题所在研究领域的国内外现状与发展趋势要提高药品分拣效率，减少人工劳动，配合企事业单位信息化建设，可采用GPRS技术实现药品分拣信息的无线传输，利用工业可编程控制器PLC、人机交互设备触摸屏实现药方信息的解析和显示，并控制点亮待取药品所在药品架格子上的信号灯，提示药房工作人员待取药品所在的位置。1.2.1 国外研究和应用现状20世纪90年代开始，欧美一些发达国家如德国、美国、英国，还有东亚的一些发达国家如日本、韩国、新加波等，开始进行医院药房的取发药自动化的研究，并研制出了许多与本国医院配套的自动化设备，申请了很多专利技术。随着网络技术、计算机技术、通信技术、自动化技术的发展，目前已经实现商用的自动化药品分拣设备主要有机械手动式、储药槽式、散装药品分拣式和数控回转式四种。1.2.2 国内研究和应用现状和发达国家相比，我国在医院药房的药品分拣自动化设备研发上起步较晚。21世纪初，逐渐有一些大学和科研院所与一些大型医药集团联合开发药品分拣自动化设备。例如，北京航空航天大学和深圳三九集团联合承担开发了一个国家863计划项目“智能化药房”，已于2004年通过验收。该智能化药房仅仅是针对三九集团生产的中药饮片和胶囊设计而成的配发药一体的自动化设备，只能供给药店和医院药房用来发放三九品牌的药品，发放量小，应用面窄。另外，黑龙江省大庆市的三维有限科技责任公司研制成功了一款药房全自动包药机，该设备根据处方将供一顿吃的药片或胶囊自动包入一个药袋内(即单剂量药袋)，已申请专利，具有自主知识产权。与日本、韩国的全自动药品包药机相比，该设备功能强大、价格低，已在国内北方部分三级以上医院的住院部药房推广使用。1.3 本课题研究的内容本课题设计实现了一种智能化药品分拣装置。该装置在医院药房取药流程中需实现以下功能：（1）接收医院医疗信息服务器端的数据中心软件传递的当前病人需取的药品名称、数量、所地位置等相关信息。（2）在药品架区域的触摸屏上显示需取的相关药品信息，供药房工作人员查看。（3）控制点亮待取药品所在药品架格子上的信号灯，提示药房工作人员待取药品所在的位置。（4）取药完成后，灭掉信号灯，发送取药完成的确认信息给医院医疗信息服务器，则完成了一次取药过程。为了实现以上功能，该装置由通信、显示单元、控制单元及药品架等四个部分组成。具体完成的工作有：一、采用厦门才茂公司的工业级无线数据传输终端CM3610P GPRS DTU模块实现药品库存信息的无线传输。另外，利用花生壳动态域名解析软件模拟建立医院医疗信息服务器，便于测试本智能药品分拣装置的通信功能。二、采用北京昆仑通态公司的TPC7062K嵌入式一体化触摸屏实现待取药品信息的显示，首先根据该装置显示及控制功能要求确定具体MCGS触摸屏组态方案，编写嵌入式MCGS组态程序，实现药方数据的显示。三、采用西门子S7-200 CPU226 PLC控制点亮待取药品所在药品架格子上的信号灯。所制作的药品架有16格，每一格使用1个指示灯，PLC共需控制16个指示灯。在编程时控制每个指示灯的亮灭，具体编程内容将在下面的章节进行介绍。四、药品架制作。根据设计方案确定药品架的尺寸，然后计算所需的木料数量及木板的面积，购买木料，制作药品架。五、待前面的所有工作完成后，把触摸屏、PLC、电源、GPRS DTU模块等安装到药品货架上，进行系统调试，验证功能。2 装置的总体设计2.1基于GPRS无线通信方式的医院药房取药过程的分析为了提高药品分拣效率，减少人工劳动，配合企事业单位信息化建设，对医院药房拟采用如下取药工作流程，如图2.1所示。图2.1 基于GPRS无线通信方式的药房取药工作流程图由图2.1可知，病人取药时，事先已根据需要取的药品名称和数量生成一个处方，该处方对应一个唯一的条形码，将该条形码打印好，贴在一个篮子上，交给前台工作人员，前台工作人员用条码扫描枪扫描本篮子上的条形码，将该条形码发送到服务器（蓝牙或wifi无线方式发送），医疗信息服务器根据该条形码检索药品管理数据库，将当前要取的药品名称、数量、所在位置等相关信息通过公网动态IP+域名解析的通信链路发送给药品分拣装置；药品分拣装置接收并显示药品信息，并控制点亮药品架上待取各药品所处位置的信号灯，可使取药人员很快找到待取药品所在位置，取到药品后，取药人员点击“订单确认”按钮，灭掉信号灯，同时输送带自动将药品送到前台，至此一次取药过程完成。2.2 基于GPRS的智能药品分拣装置的总体设计因服务器、药品输送带、通信链路都是已有的，要实现2.1节中的医院药房取药流程，关键在于智能药品分拣装置的设计制作。该智能药品分拣装置由电源、通信单元、显示单元、控制单元和药品架组成，结构如图2.2所示。其中，通信单元由厦门才茂公司的工业级无线数据传输终端CM3610P GPRS DTU模块构成，该模块通过花生壳软件解析的动态域名访问医疗信息服务器，接受服务器下发的药品订单信息并转发该订单信息给显示单元。显示单元由触摸屏构成，进行通信协议的解析和订单信息显示，并控制PLC（控制单元）的继电器输出，点亮待取药品在药品架上所处位置的灯，以提示工作人员所需取的药品所在地。图2.2 智能药品分拣装置的结构图3 装置的具体设计智能药品分拣装置的具体工作过程为其通信单元接收到医疗信息服务器发送的药方信息后，由显示单元对数据进行转义处理，把处理好的数据显示在触摸屏上；另外，显示单元还需把处理好的数据发送给PLC，点亮某些待取药品所在货架的指示灯来引导工作人员快速准确取到药品。整个装置由通信单元、控制单元、显示单元和药品架组成。以下对这四个部分的设计实现分别进行介绍。3.1 通信单元的设计实现3.1.1 GPRS DTU模块的选用、安装及配置（1）GPRS DTU模块的选用通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)，是由移动通信服务运营商提供的2G移动通讯技术的增强版，俗称2.5G，是为日益增长的除语言通信之外的数据通信需求而设计的。GPRS技术支持不连续的、突发的数据传输,通信的链路不需使用者自己维护，而由服务运营商维护，运营商按用户使用的流量来计费，使用成本低，对少量频繁断续传输的远程数据传输是非常适用的一种无线通信方案。本毕业设计中智能药品分拣装置需与服务器传输的数据就是间断、量少、频繁的。GPRS无线网络采用透明传输方式，在传输过程中, GPRS网络就像排球运动中的二传手，不对接收的数据进行任何处理就转发出去,用户可根据自身的具体业务要求设计数据帧格式，提供较大的设计余地。从GPRS无线网络的以上特点可知:利用GPRS无线网络实现智能药品分拣,无论是从数据传输效率、数据传输格式,还是后期的系统实施维护都很方便。本设计中采用了厦门才茂公司的CM3610P GPRS DTU模块，该产品采用工业级设计，工作温度范围达到-40C+85C，采用高速高性能的工业级 ARM9 嵌入式处理器，超大内存，内嵌自主知识产权的 TCP/IP 协议栈，为实现本智能药品分拣装置的通信功能提供高速、稳定、数据终端永远在线、多种协议转换的虚拟专用网络。（2）GPRS DTU模块的安装厦门才茂公司的CM3610P GPRS DTU模块的接口如图3.1所示。安装SIM卡时从天线同侧的插孔插入，插入时将SIM卡的金属接触面朝上放入SIM卡座，在将SIM卡座插入插孔后，可试图拔出SIM卡座，如果不能直接拔出即确认SIM卡座完全插入。取出SIM卡座时，需用大头针等尖头小金属件按SIM卡插孔左侧黄色小按钮，SIM卡座即可弹出。 图3.1 CM3610P GPRS DTU的接口 图3.2 9针串口如图3.2所示，DTU 用户数据接口采用9针串口，RS232标准，公头。连接好串口线并检查无误后，连接天线，放入已开通GPRS数据业务的SIM卡，接通9V的直流电源，DTU上的PWR指示灯长亮，表明DTU已通电。在设备连接到网络后Online指示灯闪烁，连接上服务器后即常亮，表示DTU正常工作。如果 ACT 灯闪烁表示用户数据接口有数据输入/输出。安装时需注意：上电前，务必确认DTU连接好天线、串口线和插好SIM卡。（3）GPRS DTU模块的配置安装好DTU模块后，需对DTU进行配置。具体配置步骤如下：a、用串口线将DTU的串口和电脑的串口连接起来，并注意所连的电脑串口编号。b、打开“厦门才茂 DTU配置软件 V544.exe”（可从厦门才茂公司的官网下载），并打开此程序。程序界面如下图3.3所示。在“产品型号选择区域”中，“类型”选择为“DTU”，“型号”选择为“CM xx60(P_EP)”。在串口参数设置区域选择相应的串口号，把波特率配置为115200bps，数据位为8，校验位为NONE，停止位为1，流控制为NONE。单击“打开”按钮以打开串口。 图3.3 配置软件界面 图3.4 读取配置参数界面c、根据软件提示给 DTU 上电，直到提示“读取配置参数：成功！”就可以对参数进行配置了，如图3.4所示。d、将配置页面切换到“快速配置参数”，如图3.5所示。将主中心地址和备份中心地址均设为：，主中心端口和备份中心端口均设为：59507。根据与DTU相连接的下位机（和DTU相连的设备）设备的串口实际波特率、校验位、数据位、停止位和流控制参数值，来一一对应配置DTU的波特率、校验位、数据位、停止位和流控制。本装置中DTU连接的下位机是MCGS触摸屏，其串口波特率是9600BPS，数据位为8，校验位为NONE，停止位为1，流控制为NONE。设备ID号是用户自定义的8位十六进制数据，此处设为12001501，SIM 号是所使用的SIM卡的11 位手机号码，此处为13646278658。e、修改完相应的参数后，点击图3.3所示功能按钮区域的“保存配置参数”按钮保存修改的参数，日志窗口提示“保存配置参数：成功！”就配置完成了，如图3.6所示。配置完这些参数后就可以连接服务器进行测试了，具体测试过程在后续3.1.4中介绍。 图3.5 快速配置参数界面 图3.6 保存配置参数界面3.1.2 模拟医疗信息服务器的建立（1）无固定公网IP地址的服务器搭建方案介绍由于本装置的DTU所在的GPRS网络是外网，而所使用的服务器在学校的内网，DTU要和服务器之间能够通讯需要做端口映射。端口映射是把外网主机的IP地址的一个端口映射到内网中一台机器，当用户访问该IP的这个端口时，服务器自动将请求映射到对应局域网内部的机器上。 9通俗来讲，端口映射是将一台主机的内网(LAN)IP地址映射成一个公网(WAN)IP地址，当用户访问提供映射端口主机的某个端口时，服务器将请求转移到本地局域网内部提供这种特定服务的主机；利用端口映射功能还可以将一台外网IP地址机器的多个端口映射到内网不同机器上的不同端口。9通常端口映射可以在路由器上完成，现在的路由器基本上都带有端口映射的功能。一般情况下通过路由进行端口映射可以满足要求，但是学校的网是有几级路由构成的，需要在每一级的路由都进行映射，显然不可能完成。因此使用了花生壳动态域名解析软件来解决这个问题。（2）利用花生壳软件搭建服务器花生壳是完全免费的桌面式域名管理和动态域名解析（DDNS）等功能为一体的客户端软件。用户无需通过IE浏览器，直接通过客户端使用上海贝锐信息科技有限公司所提供的各项服务，用户操作界面清晰简单。互联网上各设备是通过IP地址进行访问的，作为校园网用户只能获得动态IP地址。但是租用静态IP地址费用很高，动态IP+花生壳动态IP域名解析软件可以解决这个难题，通过花生壳软件的动态IP域名解析，无论IP如何变化，都能通过客户端上的域名来实时访问。在本装置的设计调试阶段，申请了免费试用一个月的名额，在这方面是零成本，后续商用推广可长期租用该域名解析服务，所花的成本不到拉条专线，租个静态IP地址的百分之一。下面介绍具体的服务器搭建步骤。a、首先去花生壳官网去下载一个新花生壳软件，并且安装好软件后去注册护照，就是注册一个用户名。用该用户名登陆花生壳，如图3.7所示。登陆后界面如图3.8所示。 图3.7 登陆花生壳软件界面 图3.8 成功登陆后的界面b、进行端口映射，右击，出现“新花生壳管理”和“域名诊断”两个菜单，如图3.9所示。点击“新花生壳管理”菜单，出现新花生壳管理的界面，如图3.10所示。 图3.9 选择新花生壳管理的界面 图3.10 添加映射界面c、点击“添加映射”菜单，在添加映射的界面，输入应用名称、主机IP以及端口号等信息如图3.11所示。点击“确定”按钮完成映射，如图3.12所示。 图3.11 填写映射信息界面 图3.12 映射完成界面由于花生壳映射需要静态的IP地址，而所用的路由器原先是自动获取IP地址的，分配的是动态的IP地址，造成每次IP地址变化后，都需在花生壳客户端重新进行映射信息设置，增加了不必要的麻烦。因此把服务器的IP设置成固定的内网IP地址192.168.1.124。另外，还要在路由器的动态DNS中填入花生壳软件的域名，在浏览器中输入192.168.1.1，进入路由设置如图3.13所示，输入花生壳域名信息后点击保存。接下来登陆花生壳软件看看是否已经开始工作，在花生壳软件成功登陆后的界面上右击，如图3.14所示。 图3.13 路由器动态DNS配置界面 图3.14 选择域名诊断的界面点击“域名诊断”菜单，诊断信息如图3.15所示。从诊断信息可以看出映射已经成功，再检查一下通道是否已经连通。可在任一台外网电脑中找到命令提示符，输入命令Ping ，然后回车。如图3.16所示，Ping后有返回值，说明通道已经连通，现在就可以从外网访问内网的服务器了。 图3.15 域名诊断 图3.16 通道测试3.1.3 服务器和装置之间双向通信的协议约定（1）Modbus通信模式的选择Modbus协议是适用于串口通讯的一种工业通用标准协议。现在一些智能的工业仪器仪表都允许通过Modbus协议与上位机通信，上传采集的数据，或从上位机下发控制命令。由于Modbus协议开放免费，数据帧格式简单，Modbus协议在工业控制行业被很多厂商采用，各种检测仪表、控制器等可以通过RS-232、RS-422、RS-485等串口或RJ45等以太网口连成工业网络，进行集中监控，组成现场总线控制系统。标准Modbus协议有ASCII（美国标准信息交换代码）模式和RTU（远程终端设备）模式，各自的数据帧格式分别如图3.17和3.18所示。图3.17 Modbus ASCII模式的数据帧格式图3.18 Modbus RTU模式的数据帧格式由图3.17和3.18可知，MODBUS ASCII协议拥有开始和结束标记，而MODBUS RTU却没有，所以采用ASCII协议的设备对数据包的处理更加方便。MODBUS ASCII协议的数据的都是可见的ASCII字符，其用于校验的LRC算法也比较简单，这些都是MODBUS ASCII的优点。但也正是由于它传输的都是可见的ASCII字符，用RTU传输的数据只需一个字节，用ASCII传输的话就要把这个字节拆分为两个字节，比如RTU传输一个十六进制数0xF9，ASCII就需要传输字符F和字符9，所以它的传输效率低。因此，如果需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议，如果所需传输的数据量比较大，考虑使用RTU协议。根据MODBUS 的ASCII和RTU两种模式的上述区别，结合本装置在病人较多时需考虑传输效率的特点，所以选用RTU模式。需要注意的是，处于一个Modbus网络上的所有设备必须选择相同的传输模式和串口参数。（2）Modbus通信内容的约定为了便于测试，在服务器和本装置之间约定了遵循Modbus RTU格式的通信编码，每组编码对应一个药方，在本装置侧，只要解析服务器发送来的药方编码即可。这样有助于数据的快速传输，减少数据的发送量，达到快速响应的目的。服务器和本装置的DTU模块之间按照Modbus协议，主设备服务器发起数据请求，从设备DTU根据从主设备接收到的数据执行相应的操作。主设备对从设备发起的请求由不同的功能码进行定义。常用的MODBUS功能码有：01保持线圈状态、02读输入线圈状态、03读保持寄存器、04读输入寄存器、05写单个线圈、06写单个寄存器、15写多个线圈、16写多个寄存器等。为了便于利用模拟的医疗信息服务器进行药方数据的传输测试，使得在服务器数据中心只发送一帧数据，本装置就能验证通信、显示及控制等功能，所以在医疗信息服务器侧对每个药方进行编号，约定了1、2、3一共3种药方的编码，服务器按照Modbus RTU协议的格式发送1或2或3给DTU模块，DTU转发给MCGS触摸屏，协议格式如表3.1所示，由设备地址、命令字、16位的寄存器地址、16位的发送数据、16位的CRC校验码组成。表3.1 Modbus RTU协议格式名称设备地址命令字寄存器高8位寄存器低8位发送数据高8位发送数据低8位CRC校验高8位CRC校验低8位举例000600030001B9DB表3.1中，第二行数据00 06 00 03 00 01是对设备0的4区寄存器的0003通道写入1。需注意的是MODBUS协议要求有效数据末尾带2字节的CRC校验码，因此对00 06 00 03 00 01计算CRC校验码，并填在末尾，实际发送的控制指令为00 06 00 03 00 01 B9 DB。当取药完成被确认后，服务器会对本装置返回的信息进行读取，以此来判断取药是否完成，更新病人的医疗信息和药品的库存信息。3.1.4 通信单元的通信测试图3.19 通信原理图根据图3.19，搭建测试才茂DTU模块的软硬件平台。采用一台联想启天M7170台式电脑作为服务器，在该服务器上运行厦门才茂公司提供的数据中心DEMO 软件（厦门才茂公司网站上下载）。将之前配置好的DTU通过串口线和电脑连接，然后将已经注册好的花生壳软件在服务器端的电脑上运行，并且测试花生壳是否映射成功，映射是否成功的测试过程已在3.1.2节中介绍过。接下来主要介绍本装置和模拟医疗信息服务器之间的药方信息通信测试过程。首先将服务器所处的内网IP地址配置为192.168.1.22，所处的外网IP地址配置为125.77.218.76，路由器的内网IP为192.168.1.10。在服务器端打开厦门才茂公司提供的数据中心软件，在参数设置对话框中配置服务端口为16001，如图3.20所示。配置完成后单击“启动”，如图3.21所示。 图3.20 设置端口号界面 3.21 启动数据中心界面如图3.22所示，出现“启动接收线程成功，系统就绪”的提示后，表明数据中心开启了。大约23分钟后，DTU就会自动连接到数据中心，如图3.23所示。 图3.22 数据中心启动 图3.23 数据中心因为本装置的显示单元（MCGS触摸屏）通过串口与DTU模块相连，在显示单元还未开发完成时采用DTU连接一台电脑串口，在该台电脑上运行串口调试助手软件来接收并显示服务器发来的数据。测试时在数据中心软件中编辑要上传的数据，如“南通职业大学电子信息工程学院”，点击发送，如图3.24所示。再打开串口调试助手软件，就可以看到数据中心发来的“南通职业大学电子信息工程学院”，如图3.25所示。 图3.24 数据中心软件发送数据界面 图3.25 串口调试助手接收数据界面经过多达几百次的实验，接收的数据包没有发生丢包的现象，说明DTU的工作稳定可靠。此外还进行了16进制数据的发送接收测试，都能通信成功。3.2 显示单元的设计实现MCGS触摸屏是适合于车间等工业现场进行显示和控制的人机交互设备。用户购买回触摸屏后，根据自身具体的业务需求开发组态工程，实现各种不同的功能。按如下步骤建立触摸屏组态工程：1、创建名为“药品分拣”的MCGS嵌入版组态工程，如图3.26所示。 图3.26 创建药品分拣工程界面 图3.27 药品分拣用户窗口界面2、制作标题为“药品分拣”的用户窗口画面，如图3.27所示。3、分析显示单元的功能，确定所需定义的实时数据库中的数据对象。如图3.28所示，为本设计中用到的数据对象。 图3.28 数据对象定义界面 图3.29 编写脚本程序的界面4、编写脚本程序解析并显示接收的药方数据，如图3.29所示。5、在设备窗口添加两个通用串口父设备0和1，分别在这两个串口父设备上挂“西门子_S7200PPI”和“Modbus串口数据转发设备”，与硬件上连接到触摸屏COM1和COM2的西门子PLC和DTU模块相对应。如图3.30和3.31所示，进入这两个设备的属性设置界面，增加相应的通道，快速连接变量，启动设备调试，设备组态检查。 图3.30 西门子PLC的属性设置界面 图3.31 DTU的属性设置界面6、编译药品分拣组态工程，下载该工程到MCGS触摸屏，调试运行。3.3 控制单元的设计实现3.3.1 PLC的选择目前市面上应用排前两位的PLC是三菱PLC和西门子PLC。三菱PLC的指令丰富，有专用的定位指令，编程直观易懂；而西门子PLC的指令较少，较抽象。但西门子PLC的通信功能强大，程序简单。所以针对上述三菱PLC和西门子PLC各自的优缺点，考虑本装置中PLC与触摸屏之间需不断进行数据通信，所以选用西门子PLC，需PLC控制的输出点数只有15个，根据s7-200系列PLC的输入输出点数规格，选择西门子S7-200 CPU226来实现控制单元的功能。3.3.2 PLC控制程序的编写第一步：打开step7软件，新建文件并命名为药品分拣，如图3.32所示。图3.32 新建西门子S7-200PLC文件的界面第二步：根据任务书要求本设计使用15只指示灯进行模拟演示，考虑到西门子PLC226有16个输入点，而设计程序时应该有一个总开关，所以剩余的15个输入点将用来控制灯。为此本实验将确定编写15个程序段，并且每个程序段控制一盏灯。因要与触摸屏连接，程序段中的输入点将定义为M0.0M0.7，M1.0M1.6，M1.7保留，可扩展。第三步：根据设计要求编写程序，如图3.33所示。完整的PLC程序请见附录1。图3.33 编写梯形图界面第四步：待程序编写完毕，用通讯线连接PLC与电脑（PLC为RS485通讯）,单击软件界面上方的下载菜单，进入程序下载界面，将所编写的PLC程序下载到S7-200 CPU226中，如图3.34所示。图3.34 下载PLC程序界面3.4 药品架的制作3.4.1 药品架的设计根据设计要求，以及要达到的设计效果，对药品货架的尺寸以及所需材料进行设计，如图3.35所示。图3.35 药品货架草图3.4.2 材料预算根据设计的药品架尺寸，对材料进行大体的预算，预算如下：1) 方木条：21mm38mm2000mm 数量：10根2) 三合板：1200mm2400mm 数量：1块3) 指示灯：24V16只4) 开孔器：1个5) 电线：若干米3.4.3 制作第一步：骨架制作首先用方木条制作药品货柜的骨架，如图3.36所示。图3.36 骨架第二步：封装骨架制作完成后，给骨架贴上木板，该药品货柜就制作完成了，如图3.37所示。图3.37 药品货架完成图4 器件组装及系统调试第一步：器件组装如图4.1和4.2所示，把西门子S7-200PLC、GPRS DTU模块、24V开关电源安装在药品货架背面，注意走线的美观。另外把MCGS触摸屏安装在药品货架上方，方便查看。 图4.1 PLC接线 图4.2 整体布线第二步：系统调试经过DTU的测试正常后，确认通道的通信正常后，将进行系统的综合调试。在电脑上运行数据中心软件、花生壳软件、CRC校验码计算软件，在确认软件都运行正常后，通过查看硬件指示灯判断DTU模块是否运行正常。如图4.3所示，花生壳运行正常，已经成功完成端口映射，外网设备可访问内网IP地址。图4.3 花生壳工作正常如图4.4所示，PLC工作正常。图4.4 PLC工作正常如图4.5所示，触摸屏工作正常。图4.5 通信正常经过检查硬件和软件均正常工作。下面开始测试系统的功能。首先发送编码为1的药方数据，功能码为00 06 00 03 00 01。将这组16进制的数据进行CRC校验码的计算，如图4.6所示。图4.6 计算CRC校验码将生成的数据填入数据中心的数据发送区域并且发送。数据发送成功，工作人员可以查看触摸屏是否已经显示出药品名称、位置、数量等信息，如图4.7所示。图4.7 触摸屏运行 同时PLC和药品架已经做出了响应，如图4.8和4.9所示。图4.8 PLC运行图4.9 药品货柜指示灯接下来点击“订单确认”按钮，如图4.10、图4.11、图4.12所示，触摸屏窗口的信息清空、PLC输出指示灯熄灭、药柜的灯熄灭。图4.10 触摸屏显示信息清空图4.11 药柜指示灯熄灭图4.12 PLC输出为零同时触摸屏向服务器发送取药确认信息。在服务器端通过网络调试助手软件给本装置发送查询请求功能码00 02 00 00 00 01 B8 1B，可以获取取药是否确认的信息，如图4.13所示，红色标注的01是本装置反馈给服务器的取药已确认信息。如图4.14所示，红色标注的00是反馈的取药未确认信息。 图4.13 返回的取药已确认信息 图4.14 返回的取药未确认信息由上述系统调试过程可见，设计实现的智能药品分拣装置在接收到医疗信息服务器发送的药方信息后，由显示单元对数据进行转义处理，把处理好的数据显示在触摸屏上；另外，显示单元把处理好的数据发送给PLC，点亮某些待取药品所在货架的指示灯，来引导工作人员快速准确取到药品。总 结经过本次毕业设计之后本人最大的感触就是，要有分析问题解决问题的能力，最为重要的是，在处理事情之前要明确自己的目标，以及要达到什么样的要求。在明确目标之后再一步一步地进行，当遇到问题时，分析问题的性质，通过透彻的分析来寻求解决问题的方法。通过不断的发现问题，解决问题这一循环过程，将会大幅度提高人处理问题，解决问题的能力。在毕业设计过程中遇到的不少问题，例如MCGS画面应该制作成什么样式?仅显示服务器发送来的药方清单吗？！深入考虑一下会发现，如果库房里的存药不足时，怎么办？难道通过口头传达某种药不足吗？显然这种方式和自动化药品分拣系统是不相符的。要解决这个问题，必须增加反馈画面，直观有效地表示出某些药品库存不足的相关信息。通过不断的总结尝试，最终以取药药单作为反馈画面，在该画面上增加了确认按钮，取药完成后再经工作人员的确认，可通知服务器端数据中心取药是否完成，所取药品的名称和数量，以供数据中心的医疗信息数据库和药品信息数据库更新内容。从该药品分拣装置目前实现的功能来看，本课题有很大的研发空间，建议后续改进的方向为：首先：数据接收后控制功能不由原来的PLC实现，而改成由单片机实现，在保证控制功能不变的前提下，可较大程度地节约成本。另外，给货架安装自动弹出机构，以及数码管显示装置，指示灯由一种增加为红绿两种。具体设想为：单片机接收数据后，点亮药品架上相应位置的红色指示灯，并把要取的药品数量显示在相应位置的数码管上；当工作人员来到待取药品所在货架前，可按门上的取药按钮，自动弹出机构会自动打开该药品所在的货柜抽屉。待取完药后，推进弹出的货柜抽屉，则绿色指示灯亮，区分是否已取药。工作人员点击触摸屏上“订单完成”按钮之后，触摸屏自动向数据中心发送所取药品名称和数量，进行数据中心数据库药品库存的更新。后期的改进将会使该装置功能更为完善，减少取错药的可能性，更大程度地提高工作效率，相信改进之后该装置的成本可大大降低，更利于市场推广和占有。23参考文献1蒋金周.组态控制技术M.江苏