中药煎药机控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

中药是中华民族的传统文化瑰宝，中药的特殊疗效和较小的副作用是其最受全球广大患者推崇的因素。

但是中药的煎煮方法对火候、时间和加水量都有苛刻的要求，传统的煎药方法是使用药罐在开放的条件下进行煎煮，这就使得煎药质量很容易受到外部因素、人为因素的影响。

中药制剂煎煮一般涉及一煎二煎、文火武火的问题，这在实际过程很难控制。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题及难点：

1. 在加水过程中水量的控制，选用流量计和电磁阀的组合装置来检测和控制加水量，在此过程中容易出现测量不准确或断水不及时的问题导致加水量控制不准确，所以应该合理安排电磁阀和流量计的安装位置做到对加水量的精确控制。

2.在加热过程中文火和武火的控制难以把控，需要经过不断的试错，测试出文火使药液微沸和武火使药液快速加热至沸腾分别所需要的合理的功率。

3. 国内外研究现状（文献综述）

中药是我国医学科学的特色，在中国数千年的文化中经久不衰，中药自身理论的科学性也使得中药在世界医药中独占一席。随着如今社会的发展以及人们生活节奏加快传统的煎药方式显然已经不能满足现代社会人们的需求。因此，近年来出现了大量不同的自动煎药机，但是出现了加水量难以精确把控、没有用自动放药代替手动放药、药物没有按照最大发挥药效的方式煎煮等问题，为了更进一步的实现煎药自动化，改进不足设计出更为完善的自动煎药机，对于这些问题的研究具有一定的现实意义。

在姜华的《自动中药煎药机的设计与开发》^[2]一文中展现了国内较早的自动煎药机的设计思路和工作原理，利用输出脉冲控制双向可控硅的通断时间从而达到对平均输出功率的控制，这种控制方法简单，比pwm控制易于操作．适用于控制要求不太高的情况。不同的输出功率对应于不同的工作模式，这些模式分别与中药传统煎制方法的大火、中火、小火相对应，进而复现传统煎药过程之中对火候的把控。为避免烧坏加热装置，系统对加热装置进行实时监控。文中的功率控制加热方法至今依旧适用，相较于温度控制加热（由接触器控制加热器是否加热，其输出只有两个信号，断开或闭合，即加热器只能全功率工作或零功率工作）而言，功率控制加热有更好的节能效果和更高的控制精度（能够达到0.4℃的控制精度），所以被选用为大量自动煎药机加热系统的控制方法。但是这款在早年较为完善的自动煎药机对于加水量的控制，加热时间的控制，如何解决先煎、后下等方面依旧存在较大问题。

继姜华之后向俞等人在《基于avr单片机的家用中药熬药机的设计与开发》^[6]一文中对于自动煎药有了进一步的改进。首先，锅体下侧外壁贴有一个封装的测温热敏探头，单片机根据其探测的温度或时间的设置值自动加热或停止加热，在运行过程中可以追加或减少继续熬煮时间，这样一来就能够精准把控在不同火候时的熬煮时间，也就可以实现先煎药、后下药可分批次放入，但还是设计成便于人工操作的形式，没有实现自动进行药物分批放入。其次，锅体另一侧连通的液位观测管．可随时观察锅中液位情况以便加水调整，液位检测报警电路由高温型浮子开关检测液位，两者结合起来能够比较方便的进行液位控制，但在此过程之中还没有实现准确的控制，加水量的控制凭借药剂师的经验进行把控，没有完全解放人力，还需要人耗费精力监视煎药锅的情况。

4. 研究方案

自动煎药机控制系统以单片机作为控制核心，控制整个煎药系统运作，同时将系统分为八个不同的模块方便单片机进行控制，并且方便在后续测试阶段快速找到问题所在，系统八个模块及功能实现如下：

（1）主控模块：以esp32-s3-wroom-1-n16r8开发板作为控制系统的控制核心实现以下各模块之间的协调运行。

（2）用户输入模块：用户可按照不同汤剂选择不同的煎药模式，主要通过软件在不同模式下运行不同的程序块实现。

5. 工作计划

2023.1.2～2023.1.15，收集与本课题相关的资料，如相关中外文献、相关视频等，完成译文翻译，查阅文献，确定设计的基本方案，完成开题报告并上传毕设网。

2023.1.16～2023.2.5指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成译文以及开题报告的修改。

2023.2.6～2023.3.19按照开题报告的方案，搜集相关部件资料，比如单片机的基本原理，如何编写软件等，之后开始毕设课题的分析和方案设计、硬件连接设计和程序设计。