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一種智能微波治療儀及其控制系統設計
作者：
時(shí)間：2010-11-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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4.1 控制系統硬件設計
硬件主要分為以下幾個(gè)部分。電源為控制系統提供電源；鍵盤(pán)和 LCD 顯示電路完成人機對話(huà)功能；磁控管的控制電路根據程序指令的要求達到對病人不同疾病的治療效果；硬件保護電路對控制系統出現的故障提供了可靠的保護；功率傳感器和AD 轉換器對微波管的輸出進(jìn)行監控；輸出驅動(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的信息交換；蜂鳴器驅動(dòng)電路結合發(fā)光二極管共同對預熱結束、治療結束和故障進(jìn)行報警工作。
4.1.1 電源和人機交互電路
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，設置了治療理療轉換鍵，工作暫停鍵，功率調節鍵，時(shí)間調節鍵和復位鍵；顯示采用液晶屏幕加LED 指示燈，用來(lái)顯示當前功率、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，當電子打到陽(yáng)極之前在這些諧振腔內發(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)，控制微波的強度。同時(shí)功率傳感器開(kāi)始工作，監測微波強度。當可控硅擊穿或者出現其它故障，系統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，當斷開(kāi)可控硅無(wú)效的情況下，硬件保護電路動(dòng)作，關(guān)閉繼電器，斷開(kāi)高壓電源，同時(shí)報警，提醒操作人員儀器出現故障。
4.1.3 報警和通訊電路
報警電路主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成。當治療結束或者是出現故障時(shí)，報警電路動(dòng)作，將目前狀態(tài)以聲光方式通知操作人員。通訊電路主要負責本儀器與上位機之間的數據通訊，在治療完畢之后，將此次治療的相關(guān)信息上傳至上位機。
4.2 控制系統軟件設計
本系統軟件包括上位機和儀器軟件兩部分。上位機軟件使用VB 編寫(xiě)，主要記錄治療的信息，以便復診和對治療效果的統計分析。微控制器部分采用 MicroC/OS-II 嵌入式操作系統，使整個(gè)控制系統穩定性和抗干擾性能大大增強，同時(shí)加快了設計速度并且代碼易于維護。
在治療狀態(tài)下，首先閉合繼電器，然后檢測電壓的過(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)間由輸出驅動(dòng)電路和功率傳感器組成PID 閉環(huán)系統控制。由于微波管的輸出不是成線(xiàn)性變化的，所以將傳感器的輸入用不同的校正系數進(jìn)行分段校正、擬合后，再用于PID調節。提高了控制系統的可靠性和快速響應能力，并且使輸出更加平穩。
5 結語(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問(wèn)題。硬件上增加的保護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(xiàn)性化好的特點(diǎn)，又有PID 控制精度高、穩定性好的優(yōu)點(diǎn)，克服了微波功率控制中非線(xiàn)性，滯后，時(shí)變等帶來(lái)的困難。 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/199786.htm
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