【導讀】本文設計了一種基于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計以及輸出功率的校準。
2μm 高功率激光醫(yī)療儀市場需求越來越大，而目人機交互模塊前國內(nèi)此類設備在控制上缺乏對系統(tǒng)安全和出光精準度的考慮。同時隨著YY0505-2012 醫(yī)用電氣電磁兼容標準于2014 年的執(zhí)行，設計符合YY0505-2012 標準的醫(yī)用設備已迫在眉睫。因此，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(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。
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；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(qū)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。
圖2 系統(tǒng)硬件框圖
配電模塊電路設計
為實現(xiàn)高可靠性，配電模塊電路采用冗余設計，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。
另外，電路一方面在STOP 和I/O 信號接口處接入5V 瞬態(tài)抑制管，以防止靜電積累損壞器件；另一方面在Q4 導通時D3 點亮作為電路工作狀態(tài)指示，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時方便故障排查。
本文設計了一種基于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。
