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本文采用模塊化設(shè)計，設(shè)計了一種基于STM32的2μm光纖激光器醫(yī)療儀控制系統(tǒng)，將水冷單元的參數(shù)監(jiān)控、電源模塊的抗干擾設(shè)計、輸出功率的校準等集成于一體。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，操作方便。
1. 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計
按功能劃分，醫(yī)療儀主要由2μm光纖激光器模塊、精密水冷單元、STM32主控制器模塊、人機交互模塊等部分組成。
2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件以STM32F107VCT6為核心，硬件框圖如圖2所示。精密水冷單元的參數(shù)監(jiān)控包括高低水位、水流量、水壓力、水溫的監(jiān)測；以觸摸屏為主的人機交互模塊集成了出光指示燈、鑰匙開關(guān)、急停、啟動、腳踏、門控等外部硬件控制；配電模塊集成了繼電器驅(qū)動電路和電磁兼容設(shè)計。其中，水冷單元、光纖激光器、觸摸屏和音效合成模塊分別通過RS232與主控制器通信。
2.2 配電模塊電路設(shè)計
為實現(xiàn)高可靠性，配電模塊電路采用冗余設(shè)計，每路繼電器驅(qū)動電路控制兩個固態(tài)繼電器。以圖3所示激光器的繼電器驅(qū)動電路為例，U5、U6代表兩個繼電器，輸出端分別串聯(lián)到電源的零線和火線上，實現(xiàn)同開同斷，避免某一個繼電器發(fā)生故障時影響整個系統(tǒng)的工作。每路信號除通過I/O控制外，急停信號也對繼電器可控，達到軟件和硬件同時急停的目的。選用的急停按鈕是常閉型，高電平有效，當急停觸發(fā)時，Q3不導通，致9引腳電平拉低，再與I/O信號經(jīng)過與門，輸出也為低電平，致Q4不導通，繼電器處于開路狀態(tài)，電源斷路。
2.3 配電模塊電磁兼容設(shè)計
電磁兼容問題是影響醫(yī)用電氣設(shè)備安全有效的重要因素之一，不僅直接影響醫(yī)用設(shè)備的安全使用，甚至會對患者以及醫(yī)護人員的人身安全造成影響。
本文設(shè)計了一種基于2μm高功率光纖激光器的醫(yī)療儀，以STM32為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設(shè)計、激光器的驅(qū)動控制、精密水冷單元的參數(shù)監(jiān)控、配電模塊的抗干擾設(shè)計以及輸出功率的校準。輸出功率0W或4W~80W,步進長度1W連續(xù)可調(diào)，可通過腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數(shù)輸出；溫度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min,符合IPG-TLR-80-WC-Y12型號光纖激光器正常工作要求。經(jīng)過功率校準算法，用戶設(shè)置功率與終端采集功率的*大偏差由之前的63.6%降低到2.5%,控制精度為±1W.測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩(wěn)定準確、操作便利等優(yōu)點。 |
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