基于工業觸摸屏光動力治療儀控制系統的應用研究

沈良++曾慶燕++陳靈明++楊青

摘 要：文中基于工業觸摸屏控制系統，使用液晶屏設計人機交互界面。分析了利用單片機的串口與觸摸屏控制系統通信，獲取了光動力治療儀運行的主要參數，并通過紅光和藍光分別控制光動力治療儀的運行。結果表明，該儀器的各項功能指標均可滿足設計要求，效果良好。

關鍵詞：觸摸屏；單片機；光動力治療儀；控制系統

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

操作比較簡單的光動力治療儀是新一代光動力治療設備之一，對于痤瘡（又名青春痘、粉刺等）患者而言，這是一種比較理想的治療儀器，不僅治療效果好，還沒有明顯的痛苦。80%以上的痤瘡患者都明白這是發病率很高的皮膚病之一，從醫學的角度來講，這是一種毛囊皮脂腺的慢性皮膚病。光動力治療儀通過紅、藍光照射作用，達到治療痤瘡的目的。我們在研發過程中發現：當使用625 nm的紅光照射痤瘡時，可以起到消炎消腫，鎮痛等作用，從而使創面愈合，加快血液的循環作用；而使用415 nm的藍光照射痤瘡時，大量的單態活性氧釋放出來，卟啉從皮膚酶質內被激發出來，集中所有能量一起消滅痤瘡丙酸桿菌，從而達到治療痤瘡的目的?，F在市場上售賣的紅光治療儀存在成本高、性能不夠穩定、操作不易、工作時間短等缺點，因此具有工業控制屏且可人機交互的光動力治療儀具有更加廣泛的市場前景。從外觀我們可以看出，光動力治療痤瘡為LED面罩式設備，可以根據臨床實際情況考慮選擇紅光還是藍光進行治療，也可以局部或大面積全部治療，且更換不同的治療頭十分方便，但仍存在以下不足：

（1）采用人工電位按鍵開關方式進行紅藍光的選擇，沒有人機界面；

（2）使用人工記時器進行記時，無法實時顯示紅、藍光使用時間（分或小時）；

（3）記時結束沒有倒記時提示或報警鈴聲。

我們的研發基于工業觸屏方式，采用單片機STC12C5A60S2作為控制系統以控制光動力治療儀的紅、藍光。研究光動力治療儀的實現原理并設計了光動力治療的控制系統，實現紅光光強調節、治療時間調節、報警系統、優美的人機交互界面等功能。

1 光動力治療儀控制系統的總體設計

1.1 光動力治療儀總體介紹

根據對熱能、光能、化學能和磁場效應等的反復實驗，我們知道在治療過程中激光扮演著非常重要的角色。光動力治療儀通過激光來刺激痤瘡的表面，深入經絡穴位，使得靶組織細胞壞死或凋亡?；蛘咄ㄟ^刺激和影響細胞的作用，使病變組織脫落，恢復正常的形態和功能，而并不影響附近的正常組織和細胞。光動力治療儀外觀圖如圖1所示。光動力治療儀系統框圖如圖2所示。

半導體發光二極管（LED）是光動力治療儀的發光體，也是新一代光動力治療的專用光源。波長范圍為紅光630±10 nm、藍光417±10 nm。中心功率密度為紅光85 mW/cm2±20% 藍光105 mW/cm2±20%，與現已上市的同類儀器相比，該儀器采取了二次光學設計，使LED的輻射角度壓縮在30°以內，大大提高了單位面積的光功率。

我們要先將控制程序寫好，然后寫到單片機STC12C5A60S2中，并將其作為光動力治療儀的控制系統。單片機啟動工作后，根據人機界面的上位機工業觸屏（迪文K600+）治療功能的選擇來控制兩個繼電器的開關，開啟/關閉紅/藍光源，并控制時間長短及報警鈴聲?？刂齐娐放c人機界面采用串口通訊，使用RS-232接口，通訊使用115 200的波特率。

1.2 光動力治療儀硬件電路設計

我們使用宏晶科技的STC12C5A60S2單片機作為硬件設計的主控芯片，該芯片內置兩個串口、支持PWM，可以控制輸出功率、支持內部E2PROM，可存儲出廠設計和功率校正參數等。

利用K600+工業觸摸屏和MPU進行串口通信，數據交換，控制MPU并顯示相應的狀態和數值。

需要控制紅光工作時，工業觸摸屏發送指令給MPU，MPU打開U2繼電器，將36 V電源接通紅光燈頭，再由MPU控制發出PWM信號以控制功率管的導通/斷開比值，控制燈頭的功率。光動力治療儀電氣原理圖如圖3所示。光動力治療儀PCB板設計圖如圖4所示。

需要控制藍光工作時，工業觸摸屏會發送指令給MPU，MPU打開U1繼電器，將24 V電源接入藍光燈頭。

設備出廠時，將不同功率等級的PWM數值存入MPU的E2PROM中，用戶使用時，從E2PROM中調出相應的數據控制功率管，再現出廠時的功率。

2 控制系統軟件設計

人機交互系統是人與光動力治療儀的通信系統，通過人機交互系統可以對治療儀進行操作，可設置治療時間，調節治療頭高度，顯示治療剩余時間并報警等。

人機操作界面（工業觸屏采用迪文K600+的串口屏）將編寫好的操作界面圖片和程序通過SD卡方式寫到觸屏的寄存器中，通過觸屏操作將指令發至單片機控制系統，單片機則根據人機操作指令將操作結果發至顯示屏。實際使用工業屏顯示界面優美，操作簡單，人機操作交互界面良好。

2.1 人機界面設計

工業觸屏人機界面主程序流程圖如圖5所示。工業觸屏的人機界面切換流程圖如圖6所示。

圖7所示的控制系統所需的人機界面顯示畫面先由圖片處理軟件生成BMP格式的界面，然后在PC機上使用迪文軟件編輯器，將編輯好的圖片和操作指令生成程序文件，通過SD卡將BMP圖片文件、觸控配置文件、變量配置文件等多個文件寫到觸屏的寄存器中并加載到觸摸液晶屏中，這樣我們就可以通過串口發送指令將編輯的畫面顯示出來。本控制系統中所需要的全局位圖及局部位圖可以在此軟件下編輯并下載到觸摸液晶屏中以供調用并顯示。

2.2 程序設計

設置指令通訊協議。工業觸控指令操作參數如表1所列。工業觸控顯示調用參數如表2所列。

部分單片機內部控制程序如下：

/******************************************************

函數原型：switch_picture（char picture）

函數功能：切換顯示畫面

輸入參數：char picture畫面編號

輸出參數：無

******************************************************/

void switch_picture（uchar picture）

{ // A5 5A 04 80 03 00 64

uchar xdata write_register[] = {0xA5，0x5A，0x04，0x80，0x03，0x00，0x00}；//寫HMI的寄存器

uchar temp；

ES=0；//關閉串口中斷

write_register[6] = picture；

for（temp=0；temp<7；temp++）

{SBUF = write_register[temp]；

while（！TI）；TI=0； }

ES=1；

WDT_CONTR=0x36；

}

/******************************************************

函數原型：UART_（void）interrupt 4

函數功能：串口中斷，接收從工業屏發出的指令

輸入參數：無

輸出參數：無

人機界面通信協議：起始代碼A5 5A

******************************************************/

void UART_（void）interrupt 4

{uchar temp=0；

ES=0；//關閉串口中斷

while（！RI）；

receiving_receive[0]=SBUF；

RI=0；

if（receiving_receive[0]==0xA5）

{while（！RI）；

receiving_receive[1]=SBUF；

RI=0；

if（receiving_receive[1]==0x5A）

{while（！RI）；

receiving_receive[2]=SBUF；

RI=0；

temp=3；

while（temp <= receiving_receive[2]+2）//接收命令字節數

{while（！RI）；

receiving_receive[temp]=SBUF；//接收數據

RI=0；

temp++；

WDT_CONTR=0x36； }

}

INT_UART（）；

ES=1；//打開串口中斷

WDT_CONTR=0X36；

}

3 結 語

目前美容醫療方面對紅藍光治療儀尤為青睞，也將其廣泛應用于臨床治療中，因此研究穩定、性價比高的、操作方便簡單的光動力治療儀控制系統非常有必要。我們的研究集合了觸摸屏控制系統和人機交互界面，利用單片機的串口與觸摸屏控制系統通信來獲取光動力治療儀運行的主要參數，并通過紅光和藍光分別控制光動力治療儀的運行。雖然實驗結果表明各項功能指標均滿足設計要求，效果良好，但光動力治療儀屬于醫療器械，而醫療器械要求很高，需要在控制系統中保存治療者的信息并存入網絡數據庫，以便后期與醫療企業進行深入探討，加大資金的投入和技術改進。

參考文獻

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