【導(dǎo)讀】本文設(shè)計(jì)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(jī)觸控界面功能設(shè)計(jì)、激光器的驅(qū)動(dòng)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(jì)以及輸出功率的校準(zhǔn)。
2μm 高功率激光醫(yī)療儀市場(chǎng)需求越來(lái)越大，而目人機(jī)交互模塊前國(guó)內(nèi)此類(lèi)設(shè)備在控制上缺乏對(duì)系統(tǒng)安全和出光精準(zhǔn)度的考慮。同時(shí)隨著YY0505-2012 醫(yī)用電氣電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)于2014 年的執(zhí)行，設(shè)計(jì)符合YY0505-2012 標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用設(shè)備已迫在眉睫。因此，本文采用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(jì)、輸出功率的校準(zhǔn)等集成于一體。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，操作方便。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件以STM32(＄20.3400)F107VCT6 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(cè)；以觸摸屏為主的人機(jī)交互模塊集成了出光指示燈、鑰匙開(kāi)關(guān)、急停、啟動(dòng)、腳踏、門(mén)控等外部硬件控制；配電模塊集成了繼電器驅(qū)動(dòng)電路和電磁兼容設(shè)計(jì)。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(guò)RS232 與主控制器通信。
圖2 系統(tǒng)硬件框圖
配電模塊電路設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)高可靠性，配電模塊電路采用冗余設(shè)計(jì)，每路繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)固態(tài)繼電器。以圖3 所示激光器的繼電器驅(qū)動(dòng)電路為例，U5、U6 代表兩個(gè)繼電器，輸出端分別串聯(lián)到電源的零線和火線上，實(shí)現(xiàn)同開(kāi)同斷，避免某一個(gè)繼電器發(fā)生故障時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。每路信號(hào)除通過(guò)I/O 控制外，急停信號(hào)也對(duì)繼電器可控，達(dá)到軟件和硬件同時(shí)急停的目的。選用的急停按鈕是常閉型，高電平有效，當(dāng)急停觸發(fā)時(shí)，Q3 不導(dǎo)通，致9 引腳電平拉低，再與I/O 信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)，輸出也為低電平，致Q4 不導(dǎo)通，繼電器處于開(kāi)路狀態(tài)，電源斷路。
另外，電路一方面在STOP 和I/O 信號(hào)接口處接入5V 瞬態(tài)抑制管，以防止靜電積累損壞器件；另一方面在Q4 導(dǎo)通時(shí)D3 點(diǎn)亮作為電路工作狀態(tài)指示，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)方便故障排查。
本文設(shè)計(jì)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(jī)觸控界面功能設(shè)計(jì)、激光器的驅(qū)動(dòng)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(jì)以及輸出功率的校準(zhǔn)。輸出功率0W 或4W~80W，步進(jìn)長(zhǎng)度1W 連續(xù)可調(diào)，可通過(guò)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(hào)光纖激光器正常工作要求。經(jīng)過(guò)功率校準(zhǔn)算法，用戶設(shè)置功率與終端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%，控制精度為±1W.測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、輸出功率穩(wěn)定準(zhǔn)確、操作便利等優(yōu)點(diǎn)。
