基于ARM處理器的微波熱療儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　嵌入式系統(tǒng)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(yīng)用程序需要對串口數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼/解碼以達(dá)到控制的目的。串口通訊數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一如下：

　?。?）數(shù)模轉(zhuǎn)換器向嵌入式系統(tǒng)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為每幀21字節(jié)，傳輸格式（見表1）如下：①前導(dǎo)碼為0x55（1字節(jié)）;②開始/停止（1字節(jié)）：0x00表示停止;0xFF表示開始③功率值（2字節(jié)）：功率值為一個(gè)范圍（0―4095）;④溫度值（16字節(jié)）：每個(gè)溫度值取值范圍為0-4095（2字節(jié)），所以共需16字節(jié);⑤結(jié)束碼為0xAA。

　　表1 溫度采集及控制模塊-嵌入式模塊數(shù)據(jù)格式

（2）嵌入式系統(tǒng)模塊給數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如表2所示，共5字節(jié)，定義同上。

　　表2 嵌入式模塊-溫度采集及控制模塊 數(shù)據(jù)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(yùn)行控制功能：所選用微波源的型號、警戒溫度 、預(yù)運(yùn)行時(shí)間和預(yù)輸出功率;控制消融針啟/停狀態(tài)②微波功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：當(dāng)被治療的患處溫度超過警戒溫度時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)低微波輸出功率，直到溫度恢復(fù)正常。③溫度監(jiān)視功能顯示三種波形圖：溫度-時(shí)間（秒），溫度-時(shí)間（分）和功率-時(shí)間（分）波形圖。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

　　系統(tǒng)整合后，于室溫17℃的條件下我們對整個(gè)儀器進(jìn)行過了測試。手術(shù)刀輸出功率為35W。啟動(dòng)手術(shù)刀功能后，測得系統(tǒng)的表示輸出功率的模擬電壓值與時(shí)間的關(guān)系如表3：

　　表3 手術(shù)刀輸出模擬電壓-時(shí)間表

另外，設(shè)置消融針輸出功率35W,設(shè)置警戒溫度30℃。啟動(dòng)消融針熱療功能，開始時(shí)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(xù)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(xù)置入11.5℃水中。在此過程中，我們測得的功率轉(zhuǎn)換后的電壓值如表4：

　　表4 消融針輸出模擬電壓-時(shí)間表

實(shí)驗(yàn)表明，控制系統(tǒng)能夠精確控制微波的輸出功率。同時(shí)，通過熱敏探頭，它能夠準(zhǔn)確監(jiān)視患處溫度變化，并根據(jù)預(yù)警溫度值對輸出功率大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以防止患處溫度過高引發(fā)灼傷事故。實(shí)驗(yàn)與理論的一致說明系統(tǒng)性能符合設(shè)計(jì)要求，今后還要不斷努力，完善人機(jī)交互界面，提高可操作性;完善軟件模塊與不同微波發(fā)射器之間耦合的接口，提高系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)：利用流行的嵌入式技術(shù)改進(jìn)提升微波熱療儀的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使熱療儀控制系統(tǒng)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(fā)射器，具有較高的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了很好的市場價(jià)值。