第 1 章 绪 论
1.1 课题的研究背景
硬性内窥镜在心胸外科、肛肠科、妇科诊疗中应用广泛。软性内窥镜由于其材质柔软在消化科、肛肠科、五官科、泌尿外科有广泛应用。电子内窥镜是微电子摄像系统，属于第二代内窥镜，电子内窥镜的内镜部分与纤维内窥镜相似，但它无光导纤维。
随着我国医学诊治技术手段的不断提高与发展，微创治疗技术已逐渐成为医学发展的新方向，然而内窥镜微创治疗则是近年来迅速发展的光机电信息科学与临床医学、材料科学和生物工程学等高科技学科的有机结合体。微创手术采用内窥镜技术手段，以其创伤面小、微创手术时间短、术后恢复快等多个优势，深受医患双方的青睐。目前内窥镜已经成为消化、泌尿、耳鼻喉科、呼吸等系统诊疗过程中必不可少的设备之一。内窥镜检查已经越来越常态化，但在使用过程中常发现有患者在进行内窥镜检查后发生了急性的器官病变，乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）、肝炎病毒（HXV）、结核菌（TB）的传染，如何安全的使用内窥镜问题变得尤其重要。
据不完全统计，我国各型医院内窥镜诊疗中心内窥镜超过 15 万台，其中一半以上都是国外进口的，其售价在 60 万元/台左右。而内镜清洗设备大部分都以人工清洗工作台为主，一般有五个以上不同类型的清洗槽组成，有初洗槽、酶洗槽、次洗槽、浸泡槽、干燥台等组成，售价在 40 万元/套，而且占地面积大，一般五个清洗槽组成的清洗工作站长度约为 7 米左右。根据我国国民经济的实际状况，能配备 2 台及以上电子内窥镜系统和 2 套及以上清洗工作站的医院不多，大多数医院仅配有单套内窥镜诊疗、清洗设备。我国疆域辽阔、人口富庶，患消化、泌尿、耳鼻喉科、呼吸等系统的病人也多。在医院，生病患者要进行内窥镜诊断检查一般都需要提前预约，有的还要等好几个星期。然而制约内窥镜诊断检查效率的关键是内窥镜用完后清洗灭菌的流程。卫生部发布的《内镜清洗消毒技术操作规范》（2004 年版）规定，需要消毒的内镜采用 2%碱性戊二醛进行灭菌时候，浸泡时间为：适用于消化系统的内窥镜浸泡不少于 10 分钟，例如胃镜、肠镜等；适用于呼吸系统的内窥镜浸泡不少于 20 分钟，例如支气管镜等；结核杆菌、其他分枝杆菌等特殊感染患者使用后的内镜浸泡不少于 45 分钟。再加上初洗、酶洗、次洗、末洗、干燥等环节，清洗一条胃镜的时间至少要 28 分钟以上，而其他种类的内窥镜时间更长，只有通过长时间的消毒液浸泡才能对乙肝等病菌进行彻底消毒。按照这样的消毒时间，在一天 8 小时的工作时间内，大夫检查的病人最多只能十几个人，远远满足不了广大患者的需求。然而电子内窥镜系统如此昂贵的价格是一般医院较难接受的。因此，如果按照国家的规定进行消毒，医院不仅难以满足患者诊治需求，而且也不符合实际的利益需求。这种情况会致使许多医院受利益驱使，持有不负责任的态度，从而会简化清洗消毒程序，缩短清洗消毒时间，造成患者之间的交叉感染十分严重。
目前各大医院内的内窥镜清洗存在着诸多隐患，清洗消毒流程通常采用人工的方法，手段较为落后，难以确保消毒效果，而且无法做到清洗、消毒全程监测。因此，提升内窥镜的清洗灭菌的水平，变得尤为重要，将有助于保护医患双方健康，有效的预防和避免感染。内窥镜的清洗灭菌过程一直以来都是人工作业，以后将会通过机器全自动达到清洗消毒的目的，将会逐步取代人工清洗消毒，缩短三分之一以上的清洗时间，而且全自动内窥镜清洗消毒机成本较低，可以被多数医院进行接受。故为适应市场需求本文研究的全自动内窥镜清洗消毒机应运而生。
1.2 课题来源
内窥镜及其配件是重复使用的诊疗器件，清洗消毒极其重要，卫生部建议的内窥镜清洗消毒是用使用专业的内窥镜清洗消毒机进行清洗消毒，但国内能做到的单位很少，因此，研发全自动内窥镜清洗消毒机，有很大的市场前景。
本课题来源于 XXX 公司委托的《全自动内窥镜清洗消毒机系统研发》项目。
第 2 章 全自动内窥镜清洗消毒机系统总体规划...........6
2.1 控制系统硬件规划...........6
2.1.1 全自动内窥镜清洗消毒机功能分析 ...........6
2.1.2 系统主芯片 ATmega128...........7
2.1.3 核心板微控制器 I/O 资源分配...........9
2.2 控制系统软件规划........... 11
2.2.1 全自动清洗机系统软件设计 ........... 11
2.2.2 全自动清洗机系统主程序流程 ........... 11
2.3 内窥镜清洗质量追溯系统规划...........12
第 3 章 清洗机控制系统硬件设计 ...........14
3.1 控制系统硬件电路设计...........14
3.1.1 系统硬件规划 ...........14
3.1.2 系统硬件设备选型 ...........15
3.2 通信模块电路设计...........15
3.2.1 RS-232 接口介绍...........16
3.2.2 微控制器的 USART 接口 ...........17
3.2.3 通信模块接口电路设计 ...........17
3.2.4 USB 电路设计 ...........18
3.3 控制系统电源电路设计...........19
3.3.1 电源模块设计要求 ...........20
3.3.2 电源模块芯片介绍 ...........20
3.3.3 控制系统电源电路设计 ...........20
3.4 处理器基本外围电路设计...........21
3.4.1 复位电路 ...........21
3.4.2 晶振电路 ...........22
3.4.3 处理器 JTAG 接口...........23
3.5 12864 液晶显示电路设计 ...........23
3.5.1 12864 液晶模块结构及引脚说明 ...........24
3.5.2 12864 液晶模块电路设计 ...........24
3.6 键盘电路设计 ...........25
3.6.1 常用键盘介绍 ...........25
3.6.2 键盘电路设计 ...........27
3.7 实时时钟电路设计接口...........27
3.7.1 时钟芯片 DS1302 硬件描述 ...........27
3.7.2 时钟芯片 DS1302 电路设计 ...........28
3.8 继电器电路设计 ...........29
3.8.1 继电器原理介绍 ...........29
3.8.2 继电器驱动电路设计 ...........29
3.9 控制系统 PCB 设计及制作...........30
3.9.1 PCB 设计要求 ...........30
3.9.2 控制系统 PCB 设计 ...........31
第 4 章 清洗机控制系统软件设计 ...........34
4.1 软件开发环境 ...........34
4.1.1 AVR-GCC 编译器...........34
4.1.2 AVR Studio 软件 ...........35
4.2 系统初始化模块 ...........35
4.3 液晶显示模块 ...........36
4.3.1 液晶模块指令系统 ...........36
4.3.2 液晶显示模块实现过程 ...........37
4.4 按键菜单模块 ...........38
4.4.1 按键模块设计 ...........38
4.4.2 按键功能介绍 ...........39
4.5 内窥镜清洗全流程的实现...........40
4.5.1 全自动全流程清洗流程 ...........40
4.5.2 测漏自动检查流程 ...........41
4.5.3 酶液清洗流程 ...........42
4.5.4 消毒液浸泡流程 ...........43
4.5.5 初洗、次洗、末洗流程 ...........44
4.5.6 干燥流程 ...........45
第 5 章 系统的仿真调试与实际测试 ...........46
5.1 全自动内窥镜清洗消毒机调试与测试...........46
5.1.1 硬件电路调试 ...........46
5.1.2 驱动程序仿真与调试 ...........46
5.1.3 样机运行调试 ...........47
5.2 内窥镜清洗质量追溯系统测试...........49
5.2.1 追溯系统功能介绍 ...........49
5.2.2 追溯系统工作原理 ...........49
5.2.3 追溯系统运行测试 ...........50
总结:
本文大量分析了国内外大量已有理论和技术，和通过对市场进行调研的基础上，针对现有内窥镜清洗的现状，本论文提出并制作一台以 AVRATmega128 单片机为控制核心全自动内窥镜清洗消毒机，从而可有效的减少清洗效率低下、误操作、记录数据遗失等问题。本项目历时一年半时间开发、测试，并完成系统控制系统，制造出复合设计要求的全自动内窥镜清洗样机一台。
主要完成的工作如下：
(1) 通过对市场调研数据的挖掘，找到全自动内窥镜清洗设备的潜在市场，进行了需求功能分析，完成了项目总体方案的设计，搭建了系统框图，明确了系统总体目标功能；
(2) 完成了控制系统的硬件电路开发和调试。确定系统核心芯片和其他部件的选型，利用 Protell 99SE 完成了控制系统硬件电路原理图和印制电路板的设计，完成了元器件采购与焊接工作，并完成了控制系统硬件电路的调试；
(3) 完成了控制系统驱动软件的设计与调试。采用了模块化设计，利用在 AVRStudio4.18SP3 开发环境下，深入学习了各类传感器、步进电机等部件的结构与原理，并与嵌入式技术相结合，采用 C 语言开发编程，依照设计方案实现了全自动内窥镜清洗消毒机全部的功能，系统软件主要包括系统主程序、通信模块、人机交互模块（包括液晶显示屏模块和按键键盘模块）、对部件数据的自动化采集和处理模块等模块；
(4) 完成了全自动内窥镜清洗消毒机系统的各项功能测试。经过测试，证明系统能够完成各项功能要求，达到预期目的，运行稳定可靠；
(5) 完成了内窥镜清洗追溯系统设计与实现，使得内窥镜从清洗消毒到与病人信息绑定进行手术，全程都自动进行数据记录，保证数据无遗漏、无遗失，便于医院的管理与查询。
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