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本文采用模块化设计，设计了一种基于STM32的2μm光纤激光器医疗仪控制系统，将水冷单元的参数监控、电源模块的抗干扰设计、输出功率的校准等集成于一体。测试结果表明，系统可靠稳定，操作方便。
1. 系统功能和结构设计
按功能划分，医疗仪主要由2μm光纤激光器模块、精密水冷单元、STM32主控制器模块、人机交互模块等部分组成。
2. 系统硬件设计
2.1 系统硬件结构
系统硬件以STM32F107VCT6为核心，硬件框图如图2所示。精密水冷单元的参数监控包括高低水位、水流量、水压力、水温的监测；以触摸屏为主的人机交互模块集成了出光指示灯、钥匙开关、急停、启动、脚踏、门控等外部硬件控制；配电模块集成了继电器驱动电路和电磁兼容设计。其中，水冷单元、光纤激光器、触摸屏和音效合成模块分别通过RS232与主控制器通信。
2.2 配电模块电路设计
为实现高可靠性，配电模块电路采用冗余设计，每路继电器驱动电路控制两个固态继电器。以图3所示激光器的继电器驱动电路为例，U5、U6代表两个继电器，输出端分别串联到电源的零线和火线上，实现同开同断，避免某一个继电器发生故障时影响整个系统的工作。每路信号除通过I/O控制外，急停信号也对继电器可控，达到软件和硬件同时急停的目的。选用的急停按钮是常闭型，高电平有效，当急停触发时，Q3不导通，致9引脚电平拉低，再与I/O信号经过与门，输出也为低电平，致Q4不导通，继电器处于开路状态，电源断路。
2.3 配电模块电磁兼容设计
电磁兼容问题是影响医用电气设备安全有效的重要因素之一，不仅直接影响医用设备的安全使用，甚至会对患者以及医护人员的人身安全造成影响。
本文设计了一种基于2μm高功率光纤激光器的医疗仪，以STM32为控制核心，完成了人性化的人机触控界面功能设计、激光器的驱动控制、精密水冷单元的参数监控、配电模块的抗干扰设计以及输出功率的校准。输出功率0W或4W~80W,步进长度1W连续可调，可通过脚踏自由切换汽化和凝血两种功率参数输出；温度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min,符合IPG-TLR-80-WC-Y12型号光纤激光器正常工作要求。经过功率校准算法，用户设置功率与终端采集功率的*大偏差由之前的63.6%降低到2.5%,控制精度为±1W.测试结果表明，该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、输出功率稳定准确、操作便利等优点。 |
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