专利名称：智能微波治疗仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子医疗设备，尤其是微波治疗仪，属于电子医疗设备技术领域。
背景技术：
目前，微波治疗仪是利用微波在人体产生的热对患者的病变部位进行辐射，从而达到治疗目的，鉴于其治疗效果显著，是当今发展无损伤治疗的理想医疗设备。目前各医院 使用的微波治疗仪进口的占多数，普遍存在体积大、价格昂贵、操作复杂等缺点，而国内生 产的微波治疗仪输出功率稳定性欠佳，致使治疗效果不明显，缺乏一些必要的保护措施，这 使得整个系统的安全性较差，智能化程度不理想，使用操作起来显得不方便。
实用新型内容为了克服现有微波治疗仪的上述不足，本实用新型提供一种输出功率可调且稳定 受控输出、安全可靠的微波治疗仪。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是智能微波治疗机，包括依次连 接的固态调压器1、高压变压器2、高压整流桥3和磁控管M，以及主控板6、键盘7和显示器 8，其特征在于，磁控管M上连接有温度传感器5，高压整流桥3和磁控管M的阳极Pm之间串 联有采样电阻R ；主控板6由微控制器a、A/D转换器b、D/A转换器C、控制继电器d和人机 接口单元e集成，高压整流桥3和采样电阻R之间的连接点经A/D转换器b与微控制器a 的输入端S1连接，温度传感器5的输出端与微控制器a的输入端S2连接；微控制器a的输 出端S3经D/A转换器c与固态调压器1的控制端Rc连接，微控制器a的输出端S4与控制 继电器d连接，控制继电器d的常开触点开关k两端分别与电源、固态调压器1的输入端连 接；微控制器a的数据端S5与人机接口单元e的数据端连接，人机接口单元e的输入端接 键盘7，其输出端接显示器8。市电通过固态调压器、高压变压器、高压整流桥产生磁控管所需的可调直流高压， 微控制器通过对磁控管阳极电流的反馈值，来控制固态调压器的输出，从而稳定磁控管的 输出功率。磁控管通过激励腔激励产生微波，用微波电缆传输微波，各种微波探头配合病人 患部组织进行治疗。温度传感器用来监测磁控管的温度，保证磁控管可靠工作。微控制器 用来控制整个系统的正常运行，通过采样磁控管阳极电流并模数转换后，与设定功率比较， 通过数字PID算法实现功率控制。同时对磁控管的阳极采样电流由微控制器实时监控，一 旦出现功率失控状态，会立即报警，并强行切断输出。采用集温度采集、数据变换为一体的 温度传感器实现磁控管温度的实时监测，一旦温度超过设定值，也会立即报警，并强行切断 输出。以增强系统的安全性和可靠性。通过软硬件的有机结合实现了人机交互、微波功率 的闭环控制、系统的综合保护等功能。本实用新型的有益效果是，线性化好、响应速度快，控制精度高、稳定性好，克服了 微波功率控制中非线性、滞后、时变现象。
图1是本实用新型系统结构框图；图2是本实用新型中软件结构框图；图3是本实用新型中软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。智能微波治疗机，包括依次连接的固态调压器1、高压变压器2、高压整流桥3和磁 控管M，以及主控板6、键盘7和显示器8，磁控管M上连接有温度传感器5，高压整流桥3和 磁控管M的阳极Pm之间串联有采样电阻R ；主控板6由微控制器a、A/D转换器b、D/A转换 器C、控制继电器d和人机接口单元e集成，高压整流桥3和采样电阻R之间的连接点经A/ D转换器b与微控制器a的输入端S1连接，温度传感器5的输出端与微控制器a的输入端 S2连接；微控制器a的输出端S3经D/A转换器c与固态调压器1的控制端Rc连接，微控制 器a的输出端S4与控制继电器d连接，控制继电器d的常开触点开关k两端分别与电源、 固态调压器1的输入端连接；微控制器a的数据端S5与人机接口单元e的数据端连接，人 机接口单元e的输入端接键盘7，其输出端接显示器8。如图1。微控制器a采用RTX-51 Tiny嵌入式分时操作系统，包括键盘扫描模块Sk、数码显 示模块Dd、功率控制模块Cp、温度功率监控模块Mt和任务调配模块Ta，前四个模块分别与任 务调配模块Ta连接。如图2。微控制器a的型号为STC10F08。温度传感器5的型号为DS18B20。市电通过固态调压器1、高压变压器2、整流桥3产生磁控管M所需的可调直流高 压，微控制器a通过对磁控管M阳极电流的反馈值，来控制固态调压器1的输出，从而稳定 磁控管M的输出功率。磁控管M通过激励腔激励产生微波，用微波电缆传输微波，各种微波 探头配合病人患部组织进行治疗。温度传感器5用来监测磁控管的温度，保证磁控管可靠 工作。微控制器a用来控制整个系统的正常运行，通过采样磁控管M阳极电流并经A/D转 换器7转换后，与设定功率比较，通过数字PID算法实现功率控制。同时对磁控管M的阳极 Pm采样电流由微控制器a实时监控，一旦出现功率失控状态，会立即报警，并强行切断输出， 采用集温度采集、数据变换为一体的DS18B20温度传感器5实现磁控管M的温度实时监测， 一旦温度超过设定值，也会立即报警，并强行切断输出，以增强系统的安全性和可靠性。操作系统按功能分为五个大模块，分别是键盘扫描模块Sk、数码显示模块Dd、功率 控制模块Cp、温度功率监控模块Mt以及任务调配模块Ta ；键盘扫描模块Sk的任务是配合硬 件电路实现键盘扫描任务、键值解析任务等；数码显示模块Dd的任务是配合硬件，显示功 率、时间、方案等；功率控制模块Cp主要是为了读取功率值、实现数字PID控制、功率控制输 出等；温度功率监控模块Mt主要任务是检测磁控管温度和磁控管功率，一旦出现异常就切 断输出，保证安全；任务调配模块Ta主要任务是协调其它各模块间的配合，使之成为有机的 整体。如图2。操作系统按任务分为三大子任务人机界面任务、功率控制任务、系统保护任务。 使整个控制系统稳定性和抗干扰性能大大增强，同时加快了设计速度并且代码易于维护。人机界面任务负责扫描键盘、读取键值、键值解析；功率控制任务负责根据不同输入的功率 值确定不同的输出值(分段拟合)，并根据反馈值采用数字PID算法，最终确定输出值。这 样的设计提高了控制的可靠性和快速响应的性能，克服了微波功率控制中非线性、滞后、时 变现象；系统保护任务主要负责监测温度传感器测出的磁控管温度和功率值是否失控，如 果一旦出现故障，会立刻切断输出，保证安全。如图3。为了增强仪器的可靠性和抗干扰性，使用了看门狗程序，当微控制器因干扰，出现 程序跑飞时，看门狗程序会复位微控制器，使系统不会出现失控状态，提高了整个微波治疗 仪的安全性。为了提高控制的可靠性和快速响应的 性能，采用闭环控制并使用了数字PID 算法，由于磁控管的输出功率受到电网电压、工作温度和工作时间等多方面的影响，其输出 具有非线性、滞后、时变等特点，所以将设定输入进行分段拟合，并且在各段设置了不同的 校正系数，使输出更加平稳。该微波功率的控制方案从根本上解决了微波输出功率的失调问题。硬件上增加的 保护电路，使仪器的安全性能有了很大的提高，控制策略采用了分段拟合加PID控制融合 的方法，既有线性化好、响应速度快的特点，又有PID控制精度高、稳定性好的优点，克服了 微波功率控制中非线性、滞后、时变等特性带来的困难；嵌入式操作系统使整个微波治疗系 统的可操作性，安全性以及稳定性都达到了一个新的高度，程序的可维护性得到了极大的 提高；看门狗程序的应用使系统可适应更复杂的使用环境。键盘7和显示器8完成人机对话功能，显示器8采用LED数码管、指示灯，用来显 示当前功率、时间和治疗状态等信息；输出驱动则由D/A转换器C、固态调压器1以及控制 继电器d完成；磁控管M的灯丝电路接灯丝变压器4。蜂鸣器驱动电路结合发光二极管共同对治疗状态和故障进行提示。为了方便操 作，设置了治疗理疗转换键，脉冲频率键，功率调节键，时间调节键和复位键。
权利要求一种智能微波治疗机，包括依次连接的固态调压器(1)、高压变压器(2)、高压整流桥(3)和磁控管(M)，以及主控板(6)、键盘(7)和显示器(8)，其特征在于，磁控管(M)上连接有温度传感器(5)，高压整流桥(3)和磁控管(M)的阳极(PM)之间串联有采样电阻(R)；主控板(6)由微控制器(a)、A/D转换器(b)、D/A转换器(c)、控制继电器(d)和人机接口单元(e)集成，高压整流桥(3)和采样电阻(R)之间的连接点经A/D转换器(b)与微控制器(a)的输入端(S1)连接，温度传感器(5)的输出端与微控制器(a)的输入端(S2)连接；微控制器(a)的输出端(S3)经D/A转换器(c)与固态调压器(1)的控制端(Rc)连接，微控制器(a)的输出端(S4)与控制继电器(d)连接，控制继电器(d)的常开触点开关(k)两端分别与电源、固态调压器(1)的输入端连接；微控制器(a)的数据端(S5)与人机接口单元(e)的数据端连接，人机接口单元(e)的输入端接键盘(7)，其输出端接显示器(8)。
2.根据权利要求1所述的智能微波治疗机，其特征在于，所述的微控制器(a)采用嵌入 式分时操作系统，包括键盘扫描模块(Sk)，数码显示模块(Dd)，功率控制模块(Cp)，温度、功 率监控模块(Mt)和任务调配模块(Ta)，前四个模块分别与任务调配模块(Ta)连接。
3.根据权利要求1所述的智能微波治疗机，其特征在于，所述的微控制器(a)的型号为 STC10F08。
4.根据权利要求1所述的智能微波治疗机，其特征在于，所述的温度传感器(5)的型号 为 DS18B20。
专利摘要本实用新型公开了一种智能微波治疗机，属于电子医疗设备技术领域。它包括依次连接的固态调压器、高压变压器、高压整流桥和磁控管，以及主控板、键盘和显示器，磁控管上连接有温度传感器，高压整流桥和磁控管的阳极之间串联有采样电阻；主控板由微控制器、A/D转换器、D/A转换器、控制继电器和人机接口单元集成。本实用新型线性化好、响应速度快，控制精度高、稳定性好。可配合多种照射器治疗各部位疾患使用。
文档编号A61N5/02GK201558415SQ200920177008
公开日2010年8月25日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者毛德超 申请人:成都恒波医疗器械有限公司