压力蒸汽灭菌器的设计.docx

课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器080301030学生姓名刘明丽专业班级测控081设计题目压力蒸汽灭菌器设计任务：灭菌器是利用压力饱和蒸汽对物品进行迅速而可靠的消毒灭菌设备，适用于医疗卫生 事业•、科研、农业等单位，可以对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等进行消 毒灭菌设计一款压力蒸汽灭菌器，具有自动恒温、恒压和定时功能设计内容及参数指标温度检测范围：室温T50，检测精度+0.2；压力检测范围：0.1MPa-0.3MPa,检测精度+0.001MPa:用于加热的是两个2KW的加热管；当压力超过设定值时启动电磁阀进行泄压，并提出声光报警； 采用1602液晶显示器显示当前温度值、压力值和灭菌时间设计4个按键，用于设定灭菌器的温度、压力和灭菌时间1、2、3、4、5、6、设计要求完成系统的理论设计；在条件具备的情况下，完成实际的软件调试；对测试的数据进行分析；完成任务书的编写（包括：摘要、绪论、方案论证、硬件电路设计、软件设计 参数分析、总结、参考文献等几部分），字数应在4000字以上；尽可能降低设计中的硬件成本；严禁使用芯片介绍；7、严禁抄袭1、2、3、4、5、6、1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。

2天） 确定系统的设计方案，选择核心和外围器件1天） 确定硬件电路1天）按系统的要求，设计系统软件流程，并编写程序3天） 上机调试、修改程序、答辩2天）撰写、打印设计说明书（1天）2、3、4、5、6、平时:总成绩:论文质量:答辩:指导教师签字:注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算摘要压力蒸汽灭菌技术已有100多年的应用历史，第一台压力蒸汽灭菌器产生于1880 年，是全世界公认的最可靠的灭菌技术之一，广泛的应用于医疗卫生和工农业各领域 压力蒸汽灭菌温度高，灭菌效果可靠，易于掌握和控制，因此在灭菌技术高速发展的 今天，这一经典的灭菌方法在消毒灭菌领域仍占有重要地位本文介绍了压力蒸汽灭菌器的基本原理，利用JCJ100G温度变送器、HR131系列 压力变送器、A/D转换电路、AT89S52单片机、固态继电器驱动电路、按键控制电路 和1602液晶显示电路设计一款压力蒸汽灭菌器，具有自动恒温、恒压和定时功能关键词：压力蒸汽灭菌器；变送器；单片机；驱动；显示目录第i章绪论 ii.i设计的意义 i1.2压力灭菌的基本知识 11.3设计任务及要 求 1第2章方案论证 32.1智能仪器的概述 32.2系统的总体框图 32.3方案论证 42.3.1主控芯片的选择 42.3.2温度传感器和变送器的选择 52.3.3压力传感器和变送器的选择 62.3.4 调节阀的选择. 72.3.5显示模块的选择. 8第3硬件的设计 93.1单片机复位电路的设计 93.2按键电路的设计 93.3 显示电路的设计 103.4电磁阀和加热管的电路设计 113.5 A/D转换电路的设计 123.6声光报警电路的设计 12第4章软件的设计 13第5章课程设计总结 16参考文献 17附录一 18附录二 19第1章绪论1.1设计意义压力蒸汽灭菌技术是目前全世界公认的最可靠的灭菌技术之一，广泛地应用在医 疗卫生和工农业各领域。

压力蒸汽灭菌温度高，灭菌效果可靠，易于掌握和控制，因 此在灭菌技术高速发展的今天，这一经典灭菌方法在消毒灭菌领域仍占有重要地位蒸汽灭菌是对耐热、耐湿物品进行灭菌的常用方法，该灭菌方法可杀灭所有微生 物，包括芽抱蒸汽是一种无色、无味、无毒的无害气体，生产成本低，获取方法简 单，温度高、穿透力强，是一种灭菌效果好、无污染的灭菌方法因此，所有可行的 灭菌方法中蒸汽灭菌是用最广泛、效果最可靠的方法口压力蒸汽灭菌器以蒸汽作为 灭菌因子，在灭菌器内不存在冷空气的条件下，充入纯蒸汽并施加压力可提高蒸汽的 温度，当蒸汽与物品充分接触时放出潜热加热物品达到杀灭微生物的目的1880年Charles Chamberland研制出压力蒸汽灭菌器，1881年,Koch进行了 117 °C 湿热和干热的比较，指出细菌的耐热性在有无蒸汽存在的条件下差别很大，同年进行 了在水蒸汽饱和与不饱和的情况下灭菌效果的研究Kinyoun(1888)提出，在用压力 蒸汽灭菌器灭菌时，若能在通蒸汽前设法排出灭菌器内的空气，使其接近于真空，则 灭菌易于成功，此称为预真空压力蒸汽灭菌器1897年，Kinyoun研制了夹层压力蒸 汽灭菌器，用蒸汽充满夹层保持高湿，加之预真空，使消毒物品易于干燥。

Underwood(1915)设想在压力蒸汽灭菌器上安装气管，蒸汽进入灭菌器时，遇到物品 后热被吸收，蒸汽的比重随温度下降而增加，饱和蒸汽通过灭菌器上部时，温度低的 蒸汽因比重关系随之移至下部，如在消毒器底部装上排气管，则较重的蒸汽或水可被 引出，有利于蒸汽的流通Kinyoun将此设想应用于实际，此后对压力蒸汽灭菌器作 了进一步的改进，至1933年Underwood完成了今天所用压力蒸汽灭菌器的基本结构 近年来，压力蒸汽灭菌又有很大发展，主要表现在脉动真空和预真空压力蒸汽灭菌器 的发展，自动化控灭菌器是利用压力饱和蒸汽对物品进行迅速而可靠的消毒灭菌设 备，适用于医疗卫生事业、科研、农业等单位，可以对医疗器械、敷料、玻璃器皿、 溶液培养基等进行消毒灭菌压力蒸汽灭菌器以其灭菌速度快、灭菌成本低等特点广泛应用于实验室、医疗卫 生领域和工业灭菌下排气式压力蒸汽灭菌器在欧美等发达国家只作为消毒使用而不 用于灭菌，其理由是在蒸汽置换冷空气时具有不彻底性和灭菌内室的上下层温差过大 等缺点，不能保证所灭菌的器材都达到灭菌要求国内大型综型医院目前很少使用下 排气式压力蒸汽灭菌器，仅用于液体和玻璃器皿类器材的灭菌。

预真空式压力蒸汽灭菌器在国内大中型医疗机构使用较多，尤其是三级甲等医院将其作为必备灭菌设备1.2压力蒸汽灭菌的基本知识在蒸汽灭菌器内不存在冷空气的条件下，冲入纯蒸汽并施加压力可提高蒸汽的温 度，当蒸汽与物品充分接触时放出潜热加热物品达到杀灭微生物的目的热力杀菌机 理主要是使蛋白质等生物分子变性，加热使蛋白质分子运动加速，互相撞击，可导致 连接肽的副键断裂，使其分子由有规律的紧密结构变为无秩序的、散温结构大量的 疏水基暴露于分子表面，并互相结合成为较大的聚合体而凝固、沉淀蒸汽灭菌是通 过不可逆的破坏醛和结构蛋白，从而杀灭微生物使物品达到灭菌压力蒸汽灭菌器的关键技术是在灭菌前需排除柜室内的冷空气，因为冷空气导热 性差，阻碍蒸汽接触待灭菌物品，并且还可减低蒸汽气压，使之不能达到应有的温度 因此，根据灭菌器排除灭菌舱内冷空气的方式，压力蒸汽灭菌器分为下排气式灭菌器 和预真空式灭菌器下排气工作原理是利用重力置换(蒸汽比重明显低于冷空气)，使热蒸汽在灭菌器 中从上而下，将冷空气由灭菌器底部排气孔排出，排出的冷空气由饱和蒸汽取代此 类灭菌器设计简单，但空气排除不彻底，温度不宜超过126~C，所需灭菌时间较长。

预真空式灭菌器工作原理是利用机械抽真空的方法，首先将灭菌器内冷空气用抽 气泵抽出98%以上，使灭菌柜室内形成负压，蒸汽得以迅速穿透到物品内部进行灭 菌灭菌器内蒸汽压力达205. 8 kPa(2. 1 kg / cm )，温度达132~C或以上根据一 次性或多次抽真空的不同，分为预真空和脉动真空两种，后者因多次抽真空，空气排 除更彻底，效果更可靠此类灭菌器空气排除彻底，热力穿透迅速，可在较高温度 (132〜134~C )进行灭菌，所需灭菌时间短第2章方案论证2.1智能仪器的概述智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算 逻辑判断及自动化操作等功能它的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围智能 仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企 业中得到了广泛的应用其工作原理为传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送 入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益 放大器，放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片 机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果 被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内 FlashROM（闪速存储器）或E2PR0M（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后， 根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。

此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种 测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局 管理伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表 系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Internet的通讯能力以及对设计好的 智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护因此，智能仪表有着无限的 发展前景2.2系统的总体框图灭菌器是利用压力饱和蒸汽对物品进行迅速而可靠的消毒灭菌设备，适用于医疗 卫生事业.、科研、农业等单位，可以对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等 进行消毒灭菌本次的任务是设计一款压力蒸汽灭菌器，具有自动恒温、恒压和定时 功能参数要求和技术性能指标如下：1、 温度检测范围：室温-150，检测精度+0.2；2、 压力检测范围：0.1MPa-0.3MPa，检测精度+0.001MPa:3、 用于加热的是两个2KW的加热管；4、 当压力超过设定值时启动电磁阀进行泄压，并提出声光报警；5、 采用1602液晶显示器显示当前温度值、压力值和灭菌时间6、设计4个按键，用于设定灭菌器的温度、压力和灭菌时间。

结合压力蒸汽灭菌的原理，给出如下的系统框图：图2.1系统总体框图由该框图可以看出，该系统是通过按键设定所要求灭菌的温度、压力和灭菌时间， 通过温度变送器和压力变送器来检测当前的温度值和压力值与设定值进行比较来调 节电磁阀的开度，达到灭菌的目的2.3方案的论证2.3.1主控芯片的选择本次设计中主控芯片选用美国ATMEL公司生产的AT89S52单片机AT89S52是一 种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼 容片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器在单芯片上，拥 有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系 统提供高灵活、超有效的解决方案AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM, 32位I/O 口线， 看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结 构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操 作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被。