基于STM32的紅光治療儀控制系統

2012-06-23 06:42:12陳桂福

電子科技 2012年4期

陳桂福，葉兵

(合肥工業大學電子科學與應用物理學院，安徽合肥 230009)

介紹了基于STM32的紅光治療儀控制系統。STM32具有性價比高、外設豐富、集成度高、功耗低、開發方便等優點，因此STM32在單片機領域及嵌入式應用具有一定的優勢，并逐漸成為產品開發的主流。紅光治療儀主要由紅光LED燈、24 V電流可控開關電源、水循環冷卻系統、安全系統、人機交互界面等組成。如何實現紅光LED燈的光強調節、治療時間調節、水循環冷卻系統、人機交互界面等問題，成為研究的重點。對普通24 V開光電源進行改進，使開光電源實現了以模擬電壓方式調節電源的電流輸出。本控制系統應用STM32103VCT6［1］的優異DAC外設功能控制紅光LED電源的功率，實現紅光治療儀紅光強度，不需要專門的DAC芯片，節約了制作控制板的成本。應用STM32103VCT6的串口外設進行控制系統與人機交互系統的通信，STM32集成的RTC模塊實現實時時鐘顯示，使操作界面更加簡易和優美。應用了STM32103VCT6的ADC外設采集水溫傳感器模擬電壓和IO口采集水保護的開關信號，建立了水保護和水溫檢查系統，使紅光治療儀性能穩定、安全性高。控制系統采用半導體制冷系統實現紅光治療儀的水循環冷卻系統，使紅光治療儀工作時間更長［3］。

1 基于STM32的紅光治療儀控制系統

圖1為控制系統框圖［3］。

圖1 控制系統框圖

基于STM32的紅光治療儀電路圖?？刂葡到y選用STM32系列中的STM32103VCT6作為控制芯片，因芯片有兩個DAC，兩個串口，內部集成的RTC模塊。圖2中的PA4引腳是芯片的 DAC1，控制系統采用DAC1與LED電源控制板中的DAC_POWER接口相連來控制LED電源電流大小。圖3中的USART1_TX和USART1_RX分別是串口1的發送引腳和接收引腳，用串口1與觸摸屏實現串口通信，從而實現人機交互系統。具有ADC功能的PC0引腳與水溫傳感器相連，用ADC定時采集水的溫度。圖4是水保護部分，TLP181是單向光耦，當有水流時水開關打開，光耦不導通，PD6 IO口高電平。當無水流是水閉合，光耦工作，PD6 IO口低電平。

圖5是報警部分，PB5 IO口通過1 kΩ電阻與三極管8050的基極相連，當PB5輸出高電平時8050三極管導通驅動DZ1蜂鳴器。當PB5輸出低電平時三極管截止，DZ1蜂鳴器不工作。當水溫過高或無水流時，在PB5輸出高電平驅動蜂鳴器報警。圖6中電池BT1的正極與STM103F32VCT6的BAT引腳相連，為芯片內部集成的RTC實時時鐘供電，控制系統不供電時，RTC照常工作。圖7中的PE8、PE9引腳分別通過330 Ω電阻與光耦相連，通過輸出高低電平來控制馬達的正反轉。當PE8輸出高電平、PE9輸出低電平時，馬達正轉。當PE8輸出低電平、PE9輸出高電平時，馬達反轉。通過馬達的正反轉來控制紅光治療儀的治療頭高度。圖8是紅光LED電源控制接口板原理圖，首先將24 V電壓降壓到5 V恒電壓對運放器供電。24 V紅光LED電源對紅光LED供電，0.1 Ω的R3與LED串聯，采集經過紅光LED的電流，將電流轉化為電壓信號，此電壓信號與控制芯片的DAC1輸出的電壓通過比較運放器比較，而比較運放器的1腳與紅光LED電源中的電流控制芯片的12腳相連。當經過紅光LED中的電流不夠大時，在R3上的壓降小于設置的DAC1輸出電壓，這時比較運放器截止，紅光LED電源提高供電電流直到R3上壓降大于設置的DAC1輸出電壓，這時比較運放器導通，紅光LED電源輸出恒定電流。

2 控制系統軟件架構

初始化程序中對STM32F103VCT6的時鐘，IO口，DAC、串口1、全局變量等初始化。串口接收觸摸屏程序中串口1接收從觸摸屏發送過來的16進制數據。治療時間設置、治療強度設置、治療頭高度調節程序中對從串口1接收的數據進行處理。報警系統實時監測水流狀況、水溫并做相應處理。時鐘顯示程序在顯示器上實時顯示時鐘。系統用到RTC秒中斷，中斷主要是對 59 s進行清零［4－5］。