一種智能微波治療儀及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件主要分為以下幾個(gè)部分。電源為控制系統(tǒng)提供電源；鍵盤和 LCD 顯示電路完成人機(jī)對(duì)話功能；磁控管的控制電路根據(jù)程序指令的要求達(dá)到對(duì)病人不同疾病的治療效果；硬件保護(hù)電路對(duì)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障提供了可靠的保護(hù)；功率傳感器和AD 轉(zhuǎn)換器對(duì)微波管的輸出進(jìn)行監(jiān)控；輸出驅(qū)動(dòng)則由繼電器和可控硅同時(shí)完成；通訊電路完成控制器和上位機(jī)的信息交換；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合發(fā)光二極管共同對(duì)預(yù)熱結(jié)束、治療結(jié)束和故障進(jìn)行報(bào)警工作。
4.1.1 電源和人機(jī)交互電路
為了防止干擾從電源竄入，電源由開(kāi)關(guān)電源和濾波電路組成，抗干擾性能較好。為了方便操作，設(shè)置了治療理療轉(zhuǎn)換鍵，工作暫停鍵，功率調(diào)節(jié)鍵，時(shí)間調(diào)節(jié)鍵和復(fù)位鍵；顯示采用液晶屏幕加LED 指示燈，用來(lái)顯示當(dāng)前功率、時(shí)間和治療狀態(tài)等信息。
4.1.2 磁控管的控制和驅(qū)動(dòng)電路
磁控管是微波的發(fā)射源，由陽(yáng)極、諧振腔、陰極和磁場(chǎng)組成，當(dāng)給磁控管燈絲加上3.3V直流燈絲電壓，使陰極加熱，同時(shí)陽(yáng)極和陰極之間加2000V 左右的直流高壓，陰極所發(fā)射的電子在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下飛向陽(yáng)極，陽(yáng)極上有多個(gè)小的諧振腔，當(dāng)電子打到陽(yáng)極之前在這些諧振腔內(nèi)發(fā)生振蕩,諧振頻率約為 2450MHz。在治療開(kāi)始之后，閉合繼電器，可控硅在過(guò)零點(diǎn)之后觸發(fā)，控制微波的強(qiáng)度。同時(shí)功率傳感器開(kāi)始工作，監(jiān)測(cè)微波強(qiáng)度。當(dāng)可控硅擊穿或者出現(xiàn)其它故障，系統(tǒng)不能控制磁控管的輸出時(shí)，功率傳感器采集到的值大于安全功率的上限，當(dāng)斷開(kāi)可控硅無(wú)效的情況下，硬件保護(hù)電路動(dòng)作，關(guān)閉繼電器，斷開(kāi)高壓電源，同時(shí)報(bào)警，提醒操作人員儀器出現(xiàn)故障。
4.1.3 報(bào)警和通訊電路
報(bào)警電路主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。當(dāng)治療結(jié)束或者是出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警電路動(dòng)作，將目前狀態(tài)以聲光方式通知操作人員。通訊電路主要負(fù)責(zé)本儀器與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，在治療完畢之后，將此次治療的相關(guān)信息上傳至上位機(jī)。
4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)和儀器軟件兩部分。上位機(jī)軟件使用VB 編寫，主要記錄治療的信息，以便復(fù)診和對(duì)治療效果的統(tǒng)計(jì)分析。微控制器部分采用 MicroC/OS-II 嵌入式操作系統(tǒng)，使整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾性能大大增強(qiáng)，同時(shí)加快了設(shè)計(jì)速度并且代碼易于維護(hù)。
在治療狀態(tài)下，首先閉合繼電器，然后檢測(cè)電壓的過(guò)零點(diǎn)，在過(guò)零點(diǎn)之后延時(shí)觸發(fā)可控硅，延時(shí)時(shí)間由輸出驅(qū)動(dòng)電路和功率傳感器組成PID 閉環(huán)系統(tǒng)控制。由于微波管的輸出不是成線性變化的，所以將傳感器的輸入用不同的校正系數(shù)進(jìn)行分段校正、擬合后，再用于PID調(diào)節(jié)。提高了控制系統(tǒng)的可靠性和快速響應(yīng)能力，并且使輸出更加平穩(wěn)。
5 結(jié)語(yǔ)
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：該微波功率的控制方案從根本上解決了微波輸出功率的失調(diào)問(wèn)題。硬件上增加的保護(hù)電路使儀器的安全性能有了很大的提高，控制策略采用了分段擬合加PID控制融合的方法，既有線性化好的特點(diǎn)，又有PID 控制精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，克服了微波功率控制中非線性，滯后，時(shí)變等帶來(lái)的困難。 本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/199786.htm
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