專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于cpld的醫(yī)療激光器功率控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療激光器控制技術(shù)或電子信息領(lǐng)域，主要是應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)的一種基于CPLD的醫(yī)療激光器功率控制模塊。
背景技術(shù)：
眾所周知，激光具有方向性好、亮度極高、單色性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，因此激光器在軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究領(lǐng)域有廣泛的用途。目前固體激光器是使用比較廣泛的一種激光器，具有輸出能量大，峰值功率高，結(jié)構(gòu)緊湊耐用的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前固體激光器在醫(yī)療與美容方面的應(yīng)用是非常廣泛的，例如在醫(yī)學(xué)上常用激光器來(lái)做手術(shù)刀，應(yīng)用于普外科、耳鼻喉科、泌尿科、骨科和整形科等。利用激光切割血管豐富的組織，可以大大減少出血，由于激光脈沖能量大，不易被水和血紅蛋白吸收，故穿透組織較深。但是固體激光器也有缺點(diǎn)溫度效益比較嚴(yán)重，發(fā)熱量大。正是由于輸出能量大， 峰值功率高，導(dǎo)致熱效應(yīng)非常明顯，因此不得不配置冷卻系統(tǒng)才能保證固體激光器的正常連續(xù)使用。本發(fā)明可以有效的彌補(bǔ)這些不足，通過(guò)CPLD控制一個(gè)可編程的數(shù)字電位器來(lái)代替現(xiàn)有的固體激光器電源內(nèi)部的可調(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)激光器功率的精確調(diào)整；同時(shí)通過(guò)溫度的設(shè)定控制激光器的溫度，避免了大的發(fā)熱量和功耗。從而有效保證了患者的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于CPLD的醫(yī)療激光器功率控制模塊。通過(guò)本發(fā)明的激光器功率的精確調(diào)節(jié)，保證患者不會(huì)由于激光器的輸出功率過(guò)高而被灼傷。核心是利用CPLD的可編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率的調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)顯示激光器的溫度。本發(fā)明的目的是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，硬件包括CPLD芯片、4X4鍵盤(pán)、液晶顯示模塊LCD、數(shù)字溫度計(jì)芯片、數(shù)字電位器芯片、報(bào)警指示燈LED和12MHz晶振；其中CPLD芯片，用于控制模塊上各部件的工作；CPLD芯片的型號(hào)是EPM7064SLC44-10 ；1)4X4鍵盤(pán)連接到CPLD芯片，作為整個(gè)發(fā)明的核心，用于控制模塊上各部件的工作；CPLD芯片的9根I/O線(xiàn)，利用CPLD芯片的可編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)4X4的掃描鍵盤(pán)功能；2)液晶顯示模塊IXD，連接到CPLD芯片的11根I/O線(xiàn)上，通過(guò)編程、譯碼實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示，液晶顯示模塊的型號(hào)是LCM16023) 12MHz晶振占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，作為模塊的時(shí)鐘輸入；4)報(bào)警指示燈LED，占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，用于模塊的報(bào)警；5)數(shù)字溫度計(jì)芯片，占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)溫度的采集，數(shù)字溫度計(jì)的型號(hào)是DS1820 ；6)數(shù)字電位器芯片，連接3根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)CPLD芯片對(duì)電位器的調(diào)整，數(shù)字電位器的型號(hào)是DS1867 ；控制模塊的運(yùn)行流程如下
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1)模塊復(fù)位整個(gè)模塊進(jìn)行上電復(fù)位，此時(shí)報(bào)警指示燈LED處于滅的狀態(tài)，液晶顯示模塊LCD處于不顯示狀態(tài)；2)設(shè)置定時(shí)參數(shù)通過(guò)CPLD芯片編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置數(shù)字溫度計(jì)芯片的循環(huán)顯示時(shí)間為1秒，數(shù)字電位器芯片的定時(shí)時(shí)間為1分鐘，此時(shí)液晶顯示模塊LCD會(huì)顯示此定時(shí)時(shí)間；3)功率控制部分通過(guò)對(duì)數(shù)字電位器芯片的控制達(dá)到對(duì)激光器功率控制；對(duì)數(shù)字電位器芯片的輸出控制是通過(guò)串行傳遞一個(gè)17比特的數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)的，bitO是電位器輸出選擇位，0、1分別選擇電位器0、電位器1，然后是Sbit電位器1控制字和8位電位器0控制字，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)點(diǎn)位器0-255的輸出等級(jí)控制，采用了電位器0，通過(guò)鍵盤(pán)輸入來(lái)傳送數(shù)據(jù)包，從而控制電位器0的輸出等級(jí)，同時(shí)CPLD芯片通過(guò)編程譯碼在液晶顯示模塊LCD 上以B⑶碼形式顯示輸出等級(jí)0-255 ；4)溫度設(shè)置與采集對(duì)數(shù)字溫度計(jì)芯片進(jìn)行復(fù)位與初始化參數(shù)的工作在設(shè)置電位器等級(jí)之前進(jìn)行，通過(guò)鍵盤(pán)輸入的方式設(shè)定溫度值的下限和上限，液晶顯示模塊LCD顯示溫度的BCD碼，當(dāng)設(shè)置完電位器的輸出阻值后，進(jìn)行激光器所處環(huán)境的溫度采集與讀取工作，這時(shí)CPLD芯片再通過(guò)鍵盤(pán)向數(shù)字溫度計(jì)芯片相繼發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換與讀取內(nèi)部寄存器的命令，讀取的溫度每隔1秒鐘會(huì)顯示在液晶顯示模塊LCD上，當(dāng)溫度超出所設(shè)置的范圍時(shí)，CPLD芯片將點(diǎn)亮報(bào)警LED，以指示操作人員應(yīng)降低激光器的功率，當(dāng)重新設(shè)定數(shù)字電位器的輸出電阻后，再進(jìn)行溫度的采集與顯示，當(dāng)總的定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，CPLD芯片對(duì)數(shù)字電位器復(fù)位，從而結(jié)束了本次操作。本發(fā)明的有益效果，是以CPLD為核心，通過(guò)控制IXD、鍵盤(pán)組成的人機(jī)交互接口來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的輸出電阻值，從而達(dá)到改變激光器發(fā)射功率等級(jí)的目的；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)激光器所處的環(huán)境溫度、高溫報(bào)警以及定時(shí)控制等功能。


圖1是醫(yī)療激光器功率控制模塊的組成圖。圖2是醫(yī)療激光器功率控制模塊的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式參照說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的模塊作以下詳細(xì)地說(shuō)明。本發(fā)明的模塊主要包括以下幾部分CPLD芯片是整個(gè)模塊的核心控制部件，由它控制其他部件的運(yùn)行。本發(fā)明采用的CPLD型號(hào)是美國(guó)Altera公司MAX7000S系列44引腳的EPM7064SLC44-10。該芯片是基于乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)的PLD，特別適用于實(shí)現(xiàn)高速?gòu)?fù)雜的組合、時(shí)序邏輯。EPM7064SLC44-10的器件門(mén)數(shù)為2500，宏單元為64個(gè)，邏輯陣列塊為4個(gè)，I/O引腳數(shù)為36個(gè)。以上資源完全可以滿(mǎn)足模塊的設(shè)計(jì)需求。液晶顯示模塊模塊的顯示界面采用LCM1602，2行16字符的液晶顯示模塊，用以顯示功率等級(jí)，定時(shí)參數(shù)以及溫度變化等參數(shù)。鍵盤(pán)輸入部分用戶(hù)輸入采用典型的4X4行列式掃描鍵盤(pán)，配合IXD和用戶(hù)之間進(jìn)行交互。
數(shù)字電位器芯片本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的功率控制功能通過(guò)調(diào)節(jié)該可編程的數(shù)字電位器來(lái)替代專(zhuān)用電源內(nèi)部的可調(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)改變激光器的功率。DS1867芯片是美國(guó)DALLAS公司出品的，它包含兩個(gè)256等級(jí)輸出的電位器，電阻可調(diào)范圍是0 IOk Ω，通過(guò)串行方式進(jìn)行編程，占用的I/O 口少。內(nèi)含EEPR0M，電位器設(shè)置在掉電后能自動(dòng)保護(hù)。數(shù)字溫度計(jì)芯片DS1820芯片是一種溫度采集器件，也是美國(guó)DALLAS公司出品的，它采用了 Ι-wire總線(xiàn)接口技術(shù)，測(cè)試溫度范圍是_55°C _+125°C，精度可達(dá)0. 0675°C，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms。該芯片的封裝僅有3個(gè)引腳，其中只需要通過(guò)一個(gè)引腳即可完成雙向數(shù)據(jù)傳輸。報(bào)警指示燈LED 采用一只發(fā)光二極管作為報(bào)警指示燈，當(dāng)檢測(cè)到激光器的溫度超出設(shè)定的范圍時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管。晶體振蕩器采用一個(gè)12MHz的有源晶體振蕩器作為整個(gè)模塊的時(shí)鐘，整個(gè)模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)在該時(shí)鐘的控制下有序進(jìn)行。實(shí)施例如附圖1所示，本發(fā)明一種基于CPLD的醫(yī)療激光器功率控制模塊，包括CPLD EPM7064SLC44-10芯片、4X 4鍵盤(pán)、LCD顯示、數(shù)字溫度計(jì)DS1820芯片、數(shù)字電位器DS1867 芯片、報(bào)警指示燈和12MHz晶振。該模塊各個(gè)部件的連接關(guān)系為1. 4X4鍵盤(pán)連接到CPLD的9根I/O線(xiàn)，利用CPLD的可編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)4X4的掃描鍵盤(pán)功能；2. LCM1602連接到CPLD的11根I/O線(xiàn)上，通過(guò)編程、譯碼實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示；3. 12MHz晶振占用1根CPLD的I/O線(xiàn)，作為模塊的時(shí)鐘輸入；4.報(bào)警指示燈占用1根CPLD的I/O線(xiàn)，用于模塊的報(bào)警；5.數(shù)字溫度計(jì)DS1820占用1根CPLD的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)溫度的采集；6.數(shù)字電位器DS1867連接3根CPLD的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)CPLD對(duì)電位器的調(diào)整。本發(fā)明的運(yùn)行流程如附圖2所示，1.模塊復(fù)位整個(gè)模塊進(jìn)行上電復(fù)位，此時(shí)報(bào)警指示燈處于滅的狀態(tài)，IXD處于不顯示狀態(tài)。2.設(shè)置定時(shí)參數(shù)通過(guò)CPLD編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)參數(shù)的設(shè)置，例如設(shè)置溫度的循環(huán)顯示時(shí)間為1秒，電位器的定時(shí)時(shí)間為1分鐘。此時(shí)LCD會(huì)顯示此定時(shí)時(shí)間。3.功率控制部分通過(guò)對(duì)數(shù)字電位器DS1867的控制達(dá)到對(duì)激光器功率控制。對(duì) DS1867的輸出控制是通過(guò)串行傳遞一個(gè)17比特的數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。bitO是電位器輸出選擇位，0、1分別選擇電位器0、電位器1，然后是Sbit電位器1控制字和8位電位器0控制字，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)點(diǎn)位器的輸出等級(jí)(0-255)。本發(fā)明實(shí)際采用了電位器0，通過(guò)鍵盤(pán)輸入來(lái)傳送數(shù)據(jù)包，從而控制電位器0的輸出等級(jí)，同時(shí)CPLD通過(guò)編程譯碼在IXD上以B⑶碼形式顯示輸出等級(jí)(0-255)。例如當(dāng)電位器0的控制字輸入10110100時(shí)，在IXD上顯示的對(duì)應(yīng)等級(jí)是“180”，此時(shí)的電位器輸出阻值為IOkQ X (180/256) = 7. Ο^Ω。4.溫度設(shè)置與采集如附圖2，對(duì)溫度芯片DS1820進(jìn)行復(fù)位與初始化參數(shù)的工作在設(shè)置電位器等級(jí)之前進(jìn)行，通過(guò)鍵盤(pán)輸入的方式設(shè)定溫度值的下限和上限，LCD顯示溫度的BCD碼。當(dāng)設(shè)置完電位器的輸出阻值后，進(jìn)行激光器所處環(huán)境的溫度采集與讀取工作，這時(shí)CPLD再通過(guò)鍵盤(pán)向DS1820相繼發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換與讀取內(nèi)部寄存器的命令即可。讀取的溫度每隔1秒鐘會(huì)顯示在LCD上，當(dāng)溫度超出所設(shè)置的范圍時(shí)CPLD將點(diǎn)亮報(bào)警LED，以指示操作人員應(yīng)降低激光器的功率，當(dāng)重新設(shè)定數(shù)字電位器的輸出電阻后，再進(jìn)行溫度的采集與顯示。當(dāng)總的定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，CPLD對(duì)數(shù)字電位器復(fù)位，從而結(jié)束了本次操作。
權(quán)利要求
1. 一種基于CPLD的醫(yī)療激光器功率控制模塊，，其特征在于，硬件包括CPLD芯片、 4X4鍵盤(pán)、液晶顯示模塊IXD、數(shù)字溫度計(jì)芯片、數(shù)字電位器芯片、報(bào)警指示燈LED和12MHz 晶振；其中CPLD芯片，用于控制模塊上各部件的工作；CPLD芯片的型號(hào)是EPM7064SLC44-10 ；1)4X4鍵盤(pán)連接到CPLD芯片，作為整個(gè)發(fā)明的核心，用于控制模塊上各部件的工作； CPLD芯片的9根I/O線(xiàn)，利用CPLD芯片的可編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)4X4的掃描鍵盤(pán)功能；2)液晶顯示模塊IXD，連接到CPLD芯片的11根I/O線(xiàn)上，通過(guò)編程、譯碼實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示，液晶顯示模塊的型號(hào)是LCM16023)12MHz晶振占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，作為模塊的時(shí)鐘輸入；4)報(bào)警指示燈LED，占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，用于模塊的報(bào)警；5)數(shù)字溫度計(jì)芯片，占用1根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)溫度的采集，數(shù)字溫度計(jì)的型號(hào)是DS1820 ；6)數(shù)字電位器芯片，連接3根CPLD芯片的I/O線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)CPLD芯片對(duì)電位器的調(diào)整，數(shù)字電位器的型號(hào)是DS1867 ；控制模塊的運(yùn)行流程如下1)模塊復(fù)位整個(gè)模塊進(jìn)行上電復(fù)位，此時(shí)報(bào)警指示燈LED處于滅的狀態(tài)，液晶顯示模塊IXD處于不顯示狀態(tài)；2)設(shè)置定時(shí)參數(shù)通過(guò)CPLD芯片編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置數(shù)字溫度計(jì)芯片的循環(huán)顯示時(shí)間為1秒，數(shù)字電位器芯片的定時(shí)時(shí)間為1分鐘，此時(shí)液晶顯示模塊LCD會(huì)顯示此定時(shí)時(shí)間；3)功率控制部分通過(guò)對(duì)數(shù)字電位器芯片的控制達(dá)到對(duì)激光器功率控制；對(duì)數(shù)字電位器芯片的輸出控制是通過(guò)串行傳遞一個(gè)17比特的數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)的，bitO是電位器輸出選擇位，0、1分別選擇電位器0、電位器1，然后是Sbit電位器1控制字和8位電位器0控制字，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)點(diǎn)位器0-255的輸出等級(jí)控制，采用了電位器0，通過(guò)鍵盤(pán)輸入來(lái)傳送數(shù)據(jù)包，從而控制電位器0的輸出等級(jí)，同時(shí)CPLD芯片通過(guò)編程譯碼在液晶顯示模塊LCD上以B⑶碼形式顯示輸出等級(jí)0-255 ；4)溫度設(shè)置與采集對(duì)數(shù)字溫度計(jì)芯片進(jìn)行復(fù)位與初始化參數(shù)的工作在設(shè)置電位器等級(jí)之前進(jìn)行，通過(guò)鍵盤(pán)輸入的方式設(shè)定溫度值的下限和上限，液晶顯示模塊LCD顯示溫度的BCD碼，當(dāng)設(shè)置完電位器的輸出阻值后，進(jìn)行激光器所處環(huán)境的溫度采集與讀取工作， 這時(shí)CPLD芯片再通過(guò)鍵盤(pán)向數(shù)字溫度計(jì)芯片相繼發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換與讀取內(nèi)部寄存器的命令，讀取的溫度每隔1秒鐘會(huì)顯示在液晶顯示模塊LCD上，當(dāng)溫度超出所設(shè)置的范圍時(shí)， CPLD芯片將點(diǎn)亮報(bào)警LED，以指示操作人員應(yīng)降低激光器的功率，當(dāng)重新設(shè)定數(shù)字電位器的輸出電阻后，再進(jìn)行溫度的采集與顯示，當(dāng)總的定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，CPLD芯片對(duì)數(shù)字電位器復(fù)位，從而結(jié)束了本次操作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于CPLD的醫(yī)療激光器功率控制模塊，硬件包括CPLD芯片、4×4鍵盤(pán)、液晶顯示模塊LCD、數(shù)字溫度計(jì)芯片、數(shù)字電位器芯片、報(bào)警指示燈LED和12MHz晶振；CPLD芯片是整個(gè)模塊的核心控制部件，由它控制其他部件的運(yùn)行，該芯片是基于乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)的PLD，特別適用于實(shí)現(xiàn)高速?gòu)?fù)雜的組合、時(shí)序邏輯。通過(guò)控制LCD、鍵盤(pán)組成的人機(jī)交互接口來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的輸出電阻值，從而達(dá)到改變激光器發(fā)射功率等級(jí)的目的；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)激光器所處的環(huán)境溫度、高溫報(bào)警以及定時(shí)控制等功能。
文檔編號(hào)H01S3/10GK102157893SQ20111003485
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者蘇振宇 申請(qǐng)人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司