1、I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
2、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IIDesign 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
3、 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
4、 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,
5、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
6、 medicine can be avoided.Key words：Siemens S7-200 PLC Touch screen GPRS communication Sorting drugsIII目 录摘要 .IAbstract.II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
7、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 .-3-11 绪
8、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
9、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
10、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。2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
11、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
12、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
13、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。3四、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，
14、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。I n t e r n e t基站域名 D N S无线通信核心网路由器防火墙医疗信息服务器公 网 动 态 I P + 域 名 解 析 链 路智 能 药 品 分 拣 装 置药房前台通 信 链 路药房取药人员条码扫描枪病人药品输送带G P R S 无线通信方式处方条形码蓝牙或 w i f i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
15、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
16、GPRS 的智能药品分拣装置的总体设计4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
17、人员所需取的药品所在地。药品货架控制单元显示单元通信单元电源智 能 药 品 分 拣 装 置图 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
18、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，5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
19、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 C
20、M3610P 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
21、，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。6（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
22、 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
23、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
24、：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。7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
25、 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，
