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本文采用模塊化設計，設計了一種基于STM32的2μm光纖激光器醫療儀控制系統，將水冷單元的參數監控、電源模塊的抗干擾設計、輸出功率的校準等集成于一體。測試結果表明，系統可靠穩定，操作方便。
1. 系統功能和結構設計
按功能劃分，醫療儀主要由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. 系統硬件設計
2.1 系統硬件結構
系統硬件以STM32F107VCT6為核心，硬件框圖如圖2所示。精密水冷單元的參數監控包括高低水位、水流量、水壓力、水溫的監測；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、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動電路和電磁兼容設計。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 配電模塊電路設計
為實現高可靠性，配電模塊電路采用冗余設計，每路繼電器驅動電路控制兩個固態繼電器。以圖3所示激光器的繼電器驅動電路為例，U5、U6代表兩個繼電器，輸出端分別串聯到電源的零線和火線上，實現同開同斷，避免某一個繼電器發生故障時影響整個系統的工作。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，當急停觸發時，Q3不導通，致9引腳電平拉低，再與I/O信號經過與門，輸出也為低電平，致Q4不導通，繼電器處于開路狀態，電源斷路。
2.3 配電模塊電磁兼容設計
電磁兼容問題是影響醫用電氣設備安全有效的重要因素之一，不僅直接影響醫用設備的安全使用，甚至會對患者以及醫護人員的人身安全造成影響。
本文設計了一種基于2μm高功率光纖激光器的醫療儀，以STM32為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設計、激光器的驅動控制、精密水冷單元的參數監控、配電模塊的抗干擾設計以及輸出功率的校準。輸出功率0W或4W~80W,步進長度1W連續可調，可通過腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數輸出；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。經過功率校準算法，用戶設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.測試結果表明，該系統具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩定準確、操作便利等優點。 |
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