一種智能微波治療儀及其控制系統(tǒng)設(shè)計
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4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
硬件主要分為以下幾個部分。電源為控制系統(tǒng)提供電源；鍵盤和 LCD 顯示電路完成人機對話功能；磁控管的控制電路根據(jù)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(tǒng)出現(xiàn)的故障提供了可靠的保護；功率傳感器和AD 轉(zhuǎn)換器對微波管的輸出進行監(jiān)控；輸出驅(qū)動則由繼電器和可控硅同時完成；通訊電路完成控制器和上位機的信息交換；蜂鳴器驅(qū)動電路結(jié)合發(fā)光二極管共同對預熱結(jié)束、治療結(jié)束和故障進行報警工作。
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，時間調(diào)節(jié)鍵和復位鍵；顯示采用液晶屏幕加LED 指示燈，用來顯示當前功率、時間和治療狀態(tài)等信息。
4.1.2 磁控管的控制和驅(qū)動電路
磁控管是微波的發(fā)射源，由陽極、諧振腔、陰極和磁場組成，當給磁控管燈絲加上3.3V直流燈絲電壓，使陰極加熱，同時陽極和陰極之間加2000V 左右的直流高壓，陰極所發(fā)射的電子在強磁場作用下飛向陽極，陽極上有多個小的諧振腔，當電子打到陽極之前在這些諧振腔內(nèi)發(fā)生振蕩,諧振頻率約為 2450MHz。在治療開始之后，閉合繼電器，可控硅在過零點之后觸發(fā)，控制微波的強度。同時功率傳感器開始工作，監(jiān)測微波強度。當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，功率傳感器采集到的值大于安全功率的上限，當斷開可控硅無效的情況下，硬件保護電路動作，關(guān)閉繼電器，斷開高壓電源，同時報警，提醒操作人員儀器出現(xiàn)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(jié)束或者是出現(xiàn)故障時，報警電路動作，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(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。
4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)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，主要記錄治療的信息，以便復診和對治療效果的統(tǒng)計分析。微控制器部分采用 MicroC/OS-II 嵌入式操作系統(tǒng)，使整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾性能大大增強，同時加快了設(shè)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，然后檢測電壓的過零點，在過零點之后延時觸發(fā)可控硅，延時時間由輸出驅(qū)動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能力，并且使輸出更加平穩(wěn)。
5 結(jié)語
本文作者創(chuàng)新點：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，既有線性化好的特點，又有PID 控制精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，克服了微波功率控制中非線性，滯后，時變等帶來的困難。 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/199786.htm
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