STM32高功率激光医疗仪控制电路 - 低功耗MCU电子电路设计图集锦TOP12 —电路图天天读（110）

　　TOP6 解读STM32高功率激光医疗仪控制电路

　　高功率激光医疗仪市场需求越来越大，而目人机交互模块前国内此类设备在控制上缺乏对系统安全和出光精准度的考虑。同时随着YY0505-2012 医用电气电磁兼容标准于2014 年的执行，设计符合YY0505-2012 标准的医用设备已迫在眉睫。因此，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。

　　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。

　　图2 系统硬件框图

　　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。

　　另外，电路一方面在STOP 和I/O 信号接口处接入5V 瞬态抑制管，以防止静电积累损坏器件；另一方面在Q4 导通时D3 点亮作为电路工作状态指示，当系统出现异常时方便故障排查。

　　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最大偏差由之前的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。

　　ISD2560 是ISD 系列单片语音录放集成电路的一种，是一种永久记忆型录放语音电路，录音时间为60 秒，能重复录放达10 万次。它采用直接电平存储技术，省去了A/D、D/A 转换器。ISD2560 集成度高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器、和480KB 的EERPOM 等。内部EERPOM存储单元，均匀分为600 行，具有600 个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100MS。ISD2560 控制电平与TTL 电平兼容，接口简单，使用方便。

　　ISD2560 内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也有地址端控制；当最高位都为1 时，其他地址端最高就选择某个模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。操作模式可由微控制器也可有硬件实现。基本电路原理图如下：录音按下录音键接地，是 PD 端、P/R 端为低电平，此时启动录音；结束时松开按键，单片机有让P/R 端回到高电平，既完成一段语音的录制。同样的方法可录取第二段、第三段等。值得注意的是，录音时间不能超过预先设定的每段语音的时间。放音的操作更为简单，按下录音键接高电平，使P/D 端P/R 端为低电平启动方音功能；结束时，松开按键，即完成一段语音的播放。

　　采样单片机控制语音芯片

　　录音时，按下录音键，单片机通过D 端口线设置语音段的起始地址，再使PD 端、P/R 端为低电平启动录音；结束时，松开按键，单片机有让P/R 端回到高电平，即完成一段语音的录制。同样的方法可以录取第二段、第三段等。值得注意的是，录音时间不能超过预先设定的每段语音的时间。

　　放音时，根据需播放的语音内容，找到相应的语音段起始地址，并通过口线送出。P/R 端设为低电平，并让/CE 端产生一负脉冲启动放音，这时单片机只需要等待ISD2560信息结束信号。信号为一负脉冲，在负脉冲的上升沿，该段语音才播放结束，所以单片机必须要检测到的上升沿才能播放第二段，否则播放的语音就不连续。ISD2560 与单片AT89C2051 的接口电路以及外围电路如图所示。单片机的P1 口、P3.4 和P3.5 分别与ISD2560 的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0~P3.3 用以控制录放音状态。P3.7 连接一按键，供录音时使用。由TL7705 构成可靠复位及电源监视电路。

　　ISD2560 虽然提供了地址输入线，但它的内部信息段的地址却无法读出。本系统采用单片机来控制，不需读出信息地址，而直接设置信息段起始地址。其实现方式有两种：一是由于ISD2560的地址分辨率为100 ms，所以可用单片机内部定时器定时100 ms，然后再利用一计数器对单片机定时次数进行计数，则计数器的计数值为语音段所占用的地址单元。该方式能充分利用ISD2560内部的E2PROM，在字段较多时可利用该方法。二是语音字段如果较少，则可根据每一字段的内容多少，直接分配地址单元。一般按每1 s 说3 个字计算，60 s 可说180 个字，再根据ISD2560 的地址分辨率为100 ms，即可计算出语音段所需的地址单元数。本电路采用第二种方式。