相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及相控高强度聚焦超声系统，尤其是涉及一种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置。
【背景技术】
[0002]相控高强度聚焦超声系统(HIFU)中有几十甚至几百通道的超声换能阵元，每路阵元均拥有独立的超声驱动电路，每一路超声驱动电路需要单独调整控制输出电压的幅值与相位。
[0003]在现有的控制方案中，多采用单片机来实现，如图1所示，一个单片机控制一个或多个(小于16)通道，所有单片机均通过同一串行总线连接到工控机，利用串行总线例如RS232/RS485、CAN等总线进行通讯，在通讯中通过不同的地址来识别不同的通道。
[0004]随着相控技术的进一步发展，通道的数量越来越多甚至可达一千多路。旧的控制方法使用同一串行总线，为了避免串行通讯冲突，控制的延时大、效率低，并且随着控制通道数量的增加，实时性差的缺陷越发明显。在未来更多通道要求更高精度与实时性控制的相控HIFU系统，旧的控制方法已然不能满足系统的需求了。
[0005]从系统开发与固件更新的角度来看，在通道数目上进行大规模拓展存在限制。在几百路甚至一千多路的系统中，若使用旧的控制方法，每一次单片机固件的更新就需要重复进行几百甚至上千次，这样低的开发效率显然不符合相控HIFU系统未来的发展趋势。
[0006]从系统安全的角度来看，旧的系统仅从工控机单方向的向底层的驱动电路进行输出电压的控制，无法知道驱动电路的实际工作状态，包括实际输出电压的幅值与相位，输出电功率等。并且超声驱动电路中存在一些容易发热的功率元件，在不受监控下工作可能发生故障而导致超温、过流等现象的发生，从而可能会对系统造成不可逆的损坏。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种确保系统安全性、灵活性高的相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]—种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置，包括底层电路板和至少一块可编程逻辑控制板，所述可编程逻辑控制板通过底层通信总线与底层电路板连接，所述底层电路板与相控高强度聚焦超声系统的多通道超声驱动器连接，
[0010]所述可编程逻辑控制板包括时钟模块及与时钟模块分别连接的上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块和底层接口模块，所述上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块、底层接口模块依次连接，所述底层接口模块通过底层通信总线与底层电路板连接；
[0011]上层主控模块通过上层接口模块接收控制指令写入寄存器列表模块，底层主控模块根据寄存器列表模块中存储的控制指令通过底层接口模块对底层电路板进行控制并读取底层电路板的监控值，存储至寄存器列表模块中，并在某一通道发生异常情况时生成报警信号，上层主控模块根据存储的监控值对底层电路板进行反馈控制。
[0012]所述可编程逻辑控制板包括FPGA控制板、ZYNQ控制板或CPLD控制板。
[0013]所述底层主控模块的个数、底层接口模块的个数与相控高强度聚焦超声系统的通道数相等，一个底层主控模块依次通过一个底层接口模块、一条底层通信总线与一块底层电路板连接。
[0014]所述上层接口模块包括I2C、SP1、RS232/RS485、CAN、PCI 或 USB 接口。
[0015]所述上层主控模块为程序控制模块、软核单片机或硬核单片机。
[0016]所述上层主控模块中设置有一用于一一对应硬件通道编号与实际换能器通道编号的映射表，映射表内的映射关系通过软件进行修改配置。
[0017]所述底层接口模块包括I2C、SPI或RS232/RS485接口。
[0018]所述底层接口模块优选为I2C接口。
[0019]所述底层电路板上设有电源总控开关、电压控制电路、电压测量电路、电流测量电路、温度测量电路、相位检测电路、报警电路和LED显示电路，各电路挂载在同一底层通信总线上。
[0020]所述底层主控模块在某一通道发生异常情况时生成报警信号，该报警信号包括三级别报警信号，第一级报警时，暂停输出，待监控值正常后继续工作，第二级报警时，重置该通道；第三级报警时，强制切断该通道电源。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]1、本发明可编程逻辑控制板采用FPGA等芯片，信号时延小，实时性好，适合进行实时控制，并且开发灵活，更新方便，有效缩短了产品的开发周期，FPGA的I/O 口多，可进行实时并行操作，不存在串行总线通讯冲突的情况，多通道之间的工作互不干扰，每个通道可以设置互不相同的工作状态，灵活性高；
[0023]2、实时监控输出电压的实际幅值与相位、输出电流、输出电功率、电路中关键位置的温度等信息，对输出进行确认，确保系统的可靠性，并对功率温度等信息进行监控，形成可靠的闭环控制，确保系统的安全性；
[0024]3、可编程逻辑控制板内部会自动对检测信息进行智能判断，可根据异常的严重程度发出三级不等的报警，并根据报警级别直接在底层对系统进行保护性的操作如中断、重置、下电等，避免对硬件造成不可逆的损坏，提升了系统的安全性，对系统硬件起到了保护作用；
[0025]4、本发明优选基于FPGA的并行控制架构，在扩充通道上非常方便，可以将多路并联扩充至所需通道数；
[0026]5、上层主控模块中设有硬件与实际换能器的通道映射表，在通道数非常多的情况下无需繁琐的一一对应的连线，任意连接后通过映射表来修改对应通道即可。
【附图说明】
[0027]图1为现有的多路相控HIFU控制方案的示意图；
[0028]图2为本发明的多路相控HIFU控制方案的示意图；
[0029]图3为本发明中底层电路上相关模块的示意图；
[0030]图4为本发明的多块控制板并联示意图；
[0031]图5为本发明中上层控制模块里的映射表工作示例图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]如图2所示，本实施例提供一种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置，包括硬件部分与可编程逻辑器件内部的固件部分。
[0034]硬件部分包括底层电路板2和至少一块可编程逻辑控制板1，可编程逻辑控制板I通过底层通信总线3与底层电路板2连接，底层电路板2与相控高强度聚焦超声系统的多通道超声驱动器连接，对多通道超声驱动器进行并行控制。可编程逻辑控制板I可以采用FPGA控制板、ZYNQ控制板或CPLD控制板等。本实施例中，可编程逻辑控制板I采用FPGA控制板，包括FPGA芯片、FPGA外围电路和接口电路。如图3所示，底层电路板2上设有电源总控开关21、电压控制电路22、电压测量电路23、电流测量电路24