單片機(jī)在全自動(dòng)CCFL觀片儀亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

引 言

跨入21世紀(jì)以來(lái)，信息的世界變換迅速，說(shuō)不定今天出了某高科技產(chǎn)品明天就會(huì)有更優(yōu)秀的同類(lèi)產(chǎn)品面世。其中電子計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)更新周期大概就是2到3年。隨著電子計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的現(xiàn)代化、智能化研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注，大量的科學(xué)家及工程技術(shù)人員都積極地投入到這一場(chǎng)醫(yī)療設(shè)備的革命中，其中，對(duì)各種類(lèi)型射線(xiàn)底片觀片設(shè)備的研究也是醫(yī)療設(shè)備開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的觀片設(shè)備亮度低、均勻性差、容易引起視疲勞等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)診斷的要求。利用CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)開(kāi)發(fā)的觀片儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燈管表面溫升小、燈管表面亮度高、使用壽命長(zhǎng)、顯色性好、發(fā)光均勻等優(yōu)點(diǎn)。醫(yī)療設(shè)備至關(guān)重要。擁有好的醫(yī)療設(shè)備，有些不能做的手術(shù)就能做了，能做的手術(shù)其成功概率也會(huì)大大提升。

本文我們介紹的是一種以C8051F350單片機(jī)作為主控芯片的全自動(dòng)CCFL觀片儀亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)發(fā)生變化后，該系統(tǒng)能夠使觀片儀的背景照明光強(qiáng)與環(huán)境光強(qiáng)比值保持最佳，觀測(cè)者看到的射線(xiàn)底片內(nèi)容最為清晰而且不容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。觀片儀亮度與環(huán)境光強(qiáng)的比值最初可由觀測(cè)者根據(jù)自己的具體情況設(shè)定。該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)觀片儀的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，插入射線(xiàn)底片后自動(dòng)點(diǎn)亮觀片儀，當(dāng)系統(tǒng)閑置時(shí)，觀片儀會(huì)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)入省電模式，延長(zhǎng)了冷陰極(是指無(wú)需把陰極加熱，而是利用電場(chǎng)的作用來(lái)控制界面的勢(shì)能變化，使陰極內(nèi)的電子把勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能而向外發(fā)射。)燈管的使用壽命。與傳統(tǒng)的相比有很大的優(yōu)勢(shì)。既保證了醫(yī)生觀片的準(zhǔn)確，也保證了醫(yī)生本身的視覺(jué)疲勞問(wèn)題。畢竟醫(yī)療方面的事情不容忽視，醫(yī)生的診斷結(jié)果關(guān)乎著許多人的生活，一點(diǎn)點(diǎn)的錯(cuò)誤會(huì)帶給1個(gè)甚至幾個(gè)家庭帶來(lái)悲劇。

1 CCFL觀片儀調(diào)光原理

利用CCFL開(kāi)發(fā)的觀片儀是一種由冷陰極高頻光源通過(guò)液晶背光技術(shù)(LCD)產(chǎn)生大面積的高亮度、均勻性好、噪聲低的環(huán)保節(jié)能設(shè)備。采用CCFL背光照明技術(shù)，將線(xiàn)光源轉(zhuǎn)變?yōu)榱炼染鶆虻拿婀庠?。CCFL發(fā)光強(qiáng)度由DC/AC逆變器控制，通過(guò)改變逆變器控制電壓從而改變CCFL的發(fā)光強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)環(huán)境光強(qiáng)變化后觀片儀能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)到最佳觀測(cè)亮度，利用光電傳感器動(dòng)態(tài)采集環(huán)境光強(qiáng)，由C8051F350對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D化，根據(jù)一定的算法處理后輸出CCFL控制的電壓，達(dá)到自動(dòng)調(diào)光的目的。使醫(yī)療設(shè)備在工作時(shí)給出最適合當(dāng)時(shí)環(huán)境的光且光的強(qiáng)度穩(wěn)定。

2 C8051F35簡(jiǎn)介

C8051F350是一款完全集成了單片復(fù)合信號(hào)系統(tǒng)的微控制器。C8051F350集成了24位8通道ADC和8位2通道DAC。C8051F350結(jié)合了高度精密的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高吞吐量8051 CPU，是模擬和計(jì)算密集型應(yīng)用的理想選擇。

C8051F350單片機(jī)主要特性：

(1)高速流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核，最高50MIPS執(zhí)行速度;

(2)全速非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi)，C2接口);

(3)24位1ksps的8通道單端/差分ADC，帶模擬多路器;

(4)2路8位電流型DAC;

(5)高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部震蕩器;

(6)8KB字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器;

(7)768(512+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM;

(8)硬件實(shí)現(xiàn)的SPI，SMBus/IIC和UART串行接口;

(9)4個(gè)通用的16位定時(shí)器;

(10)具有3個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列;

(11)片內(nèi)上電復(fù)位，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)電壓比較器，VDD監(jiān)視器和溫度傳感器;

(12)17個(gè)I/O端口;

(13)-40~85度工業(yè)級(jí)溫度范圍;

(14)2.7V~3.6V工作電壓，LQFP32封裝;

3 硬件設(shè)計(jì)

觀片儀控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)開(kāi)關(guān)、調(diào)光控制、通信接口三部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)以C8051F350為主控芯片，紅外對(duì)射管實(shí)現(xiàn)觀片儀的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。單片機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)采集環(huán)境光強(qiáng)和背景照明光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)觀片儀亮度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。通信部分則采用RS 232接口方式，主要完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及固件程序的在系統(tǒng)升級(jí)(ISP)。

3.1 紅外對(duì)射管

觀片儀自動(dòng)開(kāi)關(guān)由紅外對(duì)射管傳感器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)紅外對(duì)射管之間插入射線(xiàn)底片后，紅外接收管則輸出信號(hào)，程序檢測(cè)到該信號(hào)從而打開(kāi)CCFL;當(dāng)系統(tǒng)閑置時(shí)，觀片儀則自動(dòng)熄滅。由此可以更好地節(jié)約電能，從而達(dá)到低消耗的目的。相信與傳統(tǒng)的觀片儀相比會(huì)有很大的改觀。

紅外對(duì)射管選擇霍尼韋爾公司的SEP8505-002，其工作波長(zhǎng)為935nm，材料為GaAs(砷化鎵)，發(fā)光功率為7.8mW/cm(流明)，光譜寬度為80 nm，正向壓降為1.5V，輸出電流為20 mA。與其配對(duì)的紅外接收管為SDP8405—002，功率為70 mW，工作方式為三極管射極跟隨輸出方式。光電接收管的輸出飽和電流為0.4 mA，CE極的飽和電壓為0.4V，紅外檢測(cè)電路。