【導讀】本文設計了一種基于2μm 高功率光纖激光器的醫療儀，以STM32為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設計、激光器的驅動控制、精密水冷單元的參數監控、配電模塊的抗干擾設計以及輸出功率的校準。
2μm 高功率激光醫療儀市場需求越來越大，而目人機交互模塊前國內此類設備在控制上缺乏對系統安全和出光精準度的考慮。同時隨著YY0505-2012 醫用電氣電磁兼容標準于2014 年的執行，設計符合YY0505-2012 標準的醫用設備已迫在眉睫。因此，本文采用模塊化設計，設計了一種基于STM32 的2μm光纖激光器醫療儀控制系統，將水冷單元的參數監控、電源模塊的抗干擾設計、輸出功率的校準等集成于一體。測試結果表明，系統可靠穩定，操作方便。
系統硬件結構
系統硬件以STM32(＄20.3400)F107VCT6 為核心，硬件框圖如圖2 所示。精密水冷單元的參數監控包括高低水位、水流量、水壓力、水溫的監測；以觸摸屏為主的人機交互模塊集成了出光指示燈、鑰匙開關、急停、啟動、腳踏、門控等外部硬件控制；配電模塊集成了繼電器驅動電路和電磁兼容設計。其中，水冷單元、光纖激光器、觸摸屏和音效合成模塊分別通過RS232 與主控制器通信。
圖2 系統硬件框圖
配電模塊電路設計
為實現高可靠性，配電模塊電路采用冗余設計，每路繼電器驅動電路控制兩個固態繼電器。以圖3 所示激光器的繼電器驅動電路為例，U5、U6 代表兩個繼電器，輸出端分別串聯到電源的零線和火線上，實現同開同斷，避免某一個繼電器發生故障時影響整個系統的工作。每路信號除通過I/O 控制外，急停信號也對繼電器可控，達到軟件和硬件同時急停的目的。選用的急停按鈕是常閉型，高電平有效，當急停觸發時，Q3 不導通，致9 引腳電平拉低，再與I/O 信號經過與門，輸出也為低電平，致Q4 不導通，繼電器處于開路狀態，電源斷路。
另外，電路一方面在STOP 和I/O 信號接口處接入5V 瞬態抑制管，以防止靜電積累損壞器件；另一方面在Q4 導通時D3 點亮作為電路工作狀態指示，當系統出現異常時方便故障排查。
本文設計了一種基于2μm 高功率光纖激光器的醫療儀，以STM32為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設計、激光器的驅動控制、精密水冷單元的參數監控、配電模塊的抗干擾設計以及輸出功率的校準。輸出功率0W 或4W~80W，步進長度1W 連續可調，可通過腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數輸出；溫度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min，符合IPG-TLR-80-WC-Y12 型號光纖激光器正常工作要求。經過功率校準算法，用戶設置功率與終端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%，控制精度為±1W.測試結果表明，該系統具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩定準確、操作便利等優點。
