发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种心磁测量装置自动预警防护系统及方法，解决心磁测量装置在前进过程中受到操作人员或者患者误触导致的心磁测量支撑杆与心磁测量桶口干涉而导致的心磁测量装置损坏的问题，使心磁装置在测量过程中不会受到撞击的影响，保证在心磁测量装置在正常状态下使用。

本发明技术解决方案：一种心磁测量装置自动预警防护系统，包括：上位机软件和自动预警防护电路，所述上位机软件系统通过串口通信将上位机端USB电平转换成为电路端TTL电平，上位机软件可以通过串口通信接收并且显示自动预警防护电路中超声波测距传感器电路系统测量的距离数据，同时可以控制超声波测距传感器传输数据的时间间隔以及接收数据上限；

所述自动预警防护电路包括：显示电路、制动电路、预警电路、温度补偿电路、控制芯片及超声波测距传感器，控制芯片含有VCC、GND以及144个GPIO口；心磁装置在使用过程中，PLC控制电机带动心磁测量床板与固定在床板上的心磁测量支撑杆前进与后退，在床板前进的过程中，心磁测量支撑杆与心磁测量桶口存在相撞的问题；自动预警防护电路通过超声波测距传感器测量心磁测量支撑杆与心磁测量桶口距离，超声波测距传感器发出的超声波信号经由运算放大器构成的二级运算放大电路进行放大，二级运算放大电路分别是：第一级积分电路，第二级反向比例放大电路。将自动增益模块的管脚分别接入第二级反向比例放大电路中运算放大器得反向输入与反向输出端。自动增益模块由控制芯片调节，根据不同的距离信息对不同的超声波进行不同倍数放大，因为超声波信号在不同的传播距离衰减程度不同，采用不同放大倍数有效避免因放大倍数过小导致的信号放大不足被噪声淹没，或者放大倍数过大导致的信号失真最后得到准确的测量距离值；测量的距离值显示在显示电路中，同时测量的距离值通过串口通信电路传送到上位机软件系统，在上位机软件系统的界面进行显示；通过设置距离阈值，根据实际使用需要，控制报警距离的长短，在心磁测量支撑杆与心磁测量桶口相撞之前，制动电路及时制动电机从而阻止床板继续前进避免固定在床板上的心磁测量支撑杆与磁测量桶口相撞，由于制动电路中的继电器在使用过程中，内部的触点表面通过大电流，同时，衔铁在动静触点之间切换，产生电弧热也会导致触点材质蒸发，从而触点失效，导致继电器损坏无法及时制动床板为此在制动电路中加入隔离保护部分，当继电器触点失效时，制动电路中隔离保护部分将触点表面产生的大电流引流，防止制动电路中的三极管、二极管等器件被损坏；同时通过自动预警防护电路报警。

本发明的一种心磁测量装置自动预警防护方法，包括如下步骤：

步骤1：自动预警防护电路被放置在心磁测量桶口处，其中的超声波传感器发射出的超声波，当遇到障碍物返回，超声回波信号经由TL082运算放大器构成的二级放大电路进行放大，在运算放大的构成中加入自动增益模块，二级运算放大电路分别是：第一级积分电路，第二级反向比例放大电路。将自动增益模块的管脚分别接入第二级反向比例放大电路中运算放大器的反向输入与反向输出端。自动增益模块由控制芯片调节，根据不同的距离信息对不同的超声波进行不同倍数放大，因为超声波信号在不同的传播距离衰减程度不同，采用不同放大倍数有效避免因放大倍数过小导致的信号放大不足被噪声淹没，或者放大倍数过大导致的信号失真；

步骤2：针对步骤1中超声波受温度影响变化的问题，利用温度补偿电路对超声波速进行校正，减少因温度导致的测距误差，经处理后超声回波信号转化成为高电平信号，根据公式：s＝vt，s为距离，v为超声波速，t为时间，求出距离值；

步骤3：将步骤2中经过温度校正后测到的距离值显示在显示电路上，并且通过串口通信电路将距离数据显示在上位机软件系统上，实现远程监控的目的；

步骤4：PLC控制电机控制心磁测量床板的前进，通过设置距离阈值，当固定在床板上的心磁测量支撑杆超出心磁测量桶口并且心磁测量支撑杆与心磁测量桶口的距离值小于设置的距离阈值时，制动电机从而阻止床板继续前进避免固定在床板上的心磁测量支撑杆与磁测量桶口相撞，制动电路实现了3.3V～5V小电压控制24V大电压的目的；由于继电器在使用过程中，内部的触点表面通过大电流，同时，衔铁在动静触点之间切换，产生电弧热也会导致触点材质蒸发，从而触点失效，导致继电器损坏无法及时制动床板为此在制动电路中加入隔离保护部分，当继电器触点失效时，制动电路中隔离保护部分将触点表面产生的大电流引流，防止制动电路中的三极管、二极管等器件被损坏；同时预警电路发出警报，实现自动制动床板，避免心磁测量支撑杆与心磁测量桶口相撞，实现自动预警防护的目的。

所述步骤1中的二级运算放大电路实现为：

采用TL082运算放大器构成的积分电路与反向比例放大电路组成的二级放大电路对超声回波信号进行放大，首先超声波信号经过第一级采用由TL082组成的积分电路，用于波形变换、放大电路失调电压的消除，然后经过由TL082组成的第二级的反相比例放大电路，在第二级反相放大电路中将自动增益模块的管脚分别接入第二级反向比例放大电路中运算放大器的反向输入与反向输出端。自动增益模块由控制芯片调节，根据不同的距离信息对不同的超声波进行不同倍数放大，因为超声波信号在不同的传播距离衰减程度不同，区别于传统的超声波测距传感器中的放大电路，采用不同放大倍数有效避免因放大倍数过小导致的信号放大不足被噪声淹没，或者放大倍数过大导致的信号失真，减小测距误差的问题。

所述步骤2中的温度补偿电路实现如下：

步骤(21)、根据现有技术可知温度与超声波波速有如下关系：

v＝331.45+0.607T

温度每变化1摄氏度，超声波波速变化0.6m/s，因此温度的影响不可忽略，需要采用温度传感器监测环境中的温度，设计温度补偿电路，校正因温度变化导致的超声波波速变化而引起的测距误差；

步骤(22)、温度补偿电路由DS18B20温度传感器组成，DS18B20共有三个引脚，其中有两个引脚接在控制芯片的VCC电源端与GND接地端，另一个引脚接控制芯片的GPIO口，通过单根接口实现温度的读与写。根据步骤(21)的公式得到实际声速。

所述步骤3中，上位机软件系统实现如下：

通过CH340USB转串口芯片将上位机软件端的USB电平转换为自动预警防护硬件电路的TTL电平，使自动预警防护电路与上位机软件系统的电平匹配；

上位机软件系统包括端口配置模块、数据发送模块和接收显示模块；端口配置模块搜索串口号，通过与硬件电路进行波特率匹配达到数据传输的目的；数据发送模块设置发射数据的间隔时间，根据数据大小设置数据发送为二进制还是十六进制，清空数据发送区域；接收显示模块显示接收到的数据。

所述步骤4中：制动电路由继电器、二极管、PNP三极管以及滑动变阻器组成；继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片组成的；在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。由于继电器在使用过程中，内部的触点表面通过大电流，同时，衔铁在动静触点之间切换，产生电弧热也会导致触点材质蒸发，从而触点失效，导致继电器损坏无法及时制动床板为此在制动电路中加入隔离保护部分，当继电器触点失效时，制动电路中隔离保护部分将触点表面产生的大电流引流，防止制动电路中的三极管、二极管器件被损坏。三极管一端接在控制芯片VCC端，另一端接在继电器上，当三极管导通时继电器吸合，当三极管截止时，继电器释放；作为开关控制继电器的吸合与释放，滑动变阻器作为限流电阻一端接在控制芯片GPIO口，一端接在三极管，作为限流电阻；当心磁测量支撑杆与心磁测量桶口距离小于预定阈值时，三极管被导通，电流在继电器的电磁铁铁芯与衔铁间产生的吸力作用，继电器衔铁吸合，而达到预定的阶跃变化，及时制动电机从而阻止床板继续前进，同时通过自动预警防护电路报警。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)区别于传统对超声回波进行放大的电路，在本发明中采用了TL082运算放大器构成的二级回波放大电路对超声回波进行放大，用积分电路与反向比例放大电路构成的二级放大电路对超声回波信号进行放大，并且在第二级方向比例放大电路中使用了自动增益模块，将增益模块管脚接入第二级反相比例放大电路中的运算放大器的反向输入与反向输出端，可以根据声波在不同距离上的衰减，由控制芯片调节调节增益模块对超声波进行不同倍数的放大，采用不同放大倍数有效避免因放大倍数过小导致的信号放大不足被噪声淹没，或者放大倍数过大导致的信号失真，减小测距误差的问题。

(2)设计了一种上位机软件系统，包括端口配置模块、数据发送模块和接收显示模块等多个模块，可实现自动预警防护电路与软件上位机之间的通讯，同时方便了使用人员的远程监控。

(3)为了能够实现自动控制电机的旋转与停止，需要设计一种制动电路，由于制动电路中的继电器在使用过程中，内部的触点表面通过大电流，同时，衔铁在动静触点之间切换，产生电弧热也会导致触点材质蒸发，从而触点失效，导致继电器损坏无法及时制动床板为此在制动电路中加入隔离保护部分，当继电器触点失效时，制动电路中隔离保护部分将触点表面产生的大电流引流，防止制动电路中的三极管、二极管等器件被损坏。