基于ARM處理器的微波熱療儀系統設計
嵌入式系統模塊與溫度采集及控制模塊之間主要通過串口通訊[7](見圖1)。應用程序需要對串口數據進行編碼/解碼以達到控制的目的。串口通訊數據格式統一如下:
?。?)數模轉換器向嵌入式系統模塊發送的數據長度為每幀21字節,傳輸格式(見表1)如下:①前導碼為0x55(1字節);②開始/停止(1字節):0x00表示停止;0xFF表示開始③功率值(2字節):功率值為一個范圍(0―4095);④溫度值(16字節):每個溫度值取值范圍為0-4095(2字節),所以共需16字節;⑤結束碼為0xAA。
表1 溫度采集及控制模塊-嵌入式模塊數據格式
(2)嵌入式系統模塊給數模轉換器發送的數據格式如表2所示,共5字節,定義同上。
表2 嵌入式模塊-溫度采集及控制模塊 數據格式
2.2.2 消融針控制功能塊
如圖6(b)所示,此模塊提供功能:①消融針運行控制功能:所選用微波源的型號、警戒溫度 、預運行時間和預輸出功率;控制消融針啟/停狀態②微波功率自動調節功能:當被治療的患處溫度超過警戒溫度時候,系統自動調低微波輸出功率,直到溫度恢復正常。③溫度監視功能顯示三種波形圖:溫度-時間(秒),溫度-時間(分)和功率-時間(分)波形圖。
3 實驗與結論
系統整合后,于室溫17℃的條件下我們對整個儀器進行過了測試。手術刀輸出功率為35W。啟動手術刀功能后,測得系統的表示輸出功率的模擬電壓值與時間的關系如表3:
表3 手術刀輸出模擬電壓-時間表
另外,設置消融針輸出功率35W,設置警戒溫度30℃。啟動消融針熱療功能,開始時將溫度熱敏探頭置入11.5℃水中;于第5分鐘置入溫度為31.7℃的水中,于第6分鐘取出繼續置入11.5℃水中;于第10分鐘置入溫度為29.1℃的水中,于第11分鐘取出,繼續置入11.5℃水中。在此過程中,我們測得的功率轉換后的電壓值如表4:
表4 消融針輸出模擬電壓-時間表
實驗表明,控制系統能夠精確控制微波的輸出功率。同時,通過熱敏探頭,它能夠準確監視患處溫度變化,并根據預警溫度值對輸出功率大小進行調節,以防止患處溫度過高引發灼傷事故。實驗與理論的一致說明系統性能符合設計要求,今后還要不斷努力,完善人機交互界面,提高可操作性;完善軟件模塊與不同微波發射器之間耦合的接口,提高系統的兼容性和可擴展性。
本文的創新點:利用流行的嵌入式技術改進提升微波熱療儀的控制系統,該系統使熱療儀控制系統在小型化、智能化、提高精確度以及降低成本方面邁出了一大步;其擁有的多接口能夠兼容市場上流行的微波發射器,具有較高的可擴展性,實現了很好的市場價值。
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