基于STM32的红光治疗仪控制系统

摘要 经临床研究发现，高功率固定波长红光具有促进细胞代谢活动、改善肌肉萎缩、加快组织修复，并有一定的消炎和镇痛作用，开始广泛应用于临床。其主要临床应用是：复杂难愈性创面、烧伤烫伤等的创面、糖尿痛足及糖尿病性溃疡、其他多种溃疡、坏疽砭手术瘘口等。文中基于STM32单片机，研究了红光治疗仪的实现原理和控制系统设计。克服了市场上红光治疗仪存在的成本高、性能不稳定、操作复杂、工作时间短等缺点，使红光治疗仪具有更广泛的市场前景。
关键词 STM32；红光治疗仪；控制系统

    介绍了基于STM32的红光治疗仪控制系统STM32具有性价比高、外设丰富、集成度高、功耗低、开发方便等优点，因此STM32在单片机领域及嵌入式应用具有一定的优势，并逐渐成为产品开发的主流。红光治疗仪主要由红光LED灯、24电流可控开关电源、水循环冷却系统、安全系统、人机交互界面等组成如何实现红光LED灯的光强调节、治疗时间调节、水循环冷却系统、人机交互界面等问题，成为研究的重点。对普通24 V开光电源进行改进，使开光电源实现了以模拟电压方式调节电源的电流输出。本控制系统应用STM32103VCT6的优异DAC外设功能控制红光LED电源的功率，实现红光治疗仪红光强度，不需要专门的DAC芯片，节约了制作控制饭的成本。应用STM32103VCT6的串口外设进行控制系统与人机交互系统的通信，STM32集成的RTC模块实现实时时钟显示，使操作界面更加简易和优美。应用了STM32103VCT6的ADC外设采集水温传感器模拟电压和IO口采集水保护的开关信号，建立了水保护和水温检查系统，使红光治疗仪性能稳定、安全性高 控制系统采用半导体制冷系统实现红光治疗仪的水循环冷却系统，使红光治疗仪工作时间更长。

1 基于STM32的红光治疗仪控制系统
    图1为控制系统框图

    基于STM32的红光治疗仪电路图。控制系统选用STM32系列中的STM32103VCT6作为控制芯片，因芯片有两个DAC，两个串门，内部集成的RTC模块图2中的PA4引脚是芯片的DAC1，控制系统采用DAC1与LED电源控制板中的DAC_POWER接口相连来控制LED电源电流大小。图3中的USAR T1_TX和USART1_RX分别是串口1的发送引脚和接收引脚，用串口1与触摸屏实现串口通信，从而实现人机交互系统。具有ADC功能的PC0引脚与水温传感器相连，用ADC定时采集水的温度。图4是水保护部分，TLP181是单向光耦，当有水流时水开关打开，光耦不导通，PD6 IO口高电平。当无水流是水闭合，光耦工作，PD6 IO口低电平。

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    图5是报警部分，PB5 IO口通过1 kΩ电阻与三极管8050的基极相连，当PB5输出高电平时8050三极管导通驱动DZ1蜂鸣器。当PB5输出低电平时三极管截止，DZ1蜂鸣器不工作。当水温过高或无水流时，在PB5输出高电平驱动蜂鸣器报警。图6中电池BT1的正极与STM103F32VCT6的BAT引脚相连，为芯片内部集成的RTC实时时钟供电，控制系统不供电时，RTC照常工作。图7 中的PE8、PE9引脚分别通过330 Ω电阻与光耦相连，通过输出高低电平来控制马达的正反转。当PE8输出高电平、PF9输出低电平时，马达正转。当PE8输出低电平、PE9输出高电平时，马达反转。通过马达的正反转来控制红光治疗仪的治疗头高度。图8是红光LED电源控制接口板原理图，首24 V红光LED电源对红光LED供电，0．1 Ω的R3与LED串联，采集经过红光LED的电流，将电流转化为电压信号，此电压信号与控制芯片的DAC1输出的电压通过比较运放器比较，而比较运放器的1脚与红光LED 电源中的电流控制芯片的12脚相连。当经过红光LED中的电流不够大时，在R3上的压降小于设置的DAC1输出电压，这时比较运放器截止，红光LED电源提高供电电流直到R3上压降大于设置的DAC1输出电压，这时比较运放器导通，红光LED电源输出恒定电流。

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2 控制系统软件架构
    初始化程序中对STM32F103VCT6的时钟，IO口，DAC、串口1、全局变量等初始化。串口接收触摸屏程序中串口1接收从触摸屏发送过来的16进制数据治疗时间没置、治疗强度设置、治疗头高度调节程序中对从串口1接收的数据进行处理。报警系统实时监测水流状况、水温并做相应处理。时钟显示程序在显示器上实时显示时钟。系统用到RTC秒中断，中断主要是对59 s进行清零。

3 实验程序
    DAC实验：通过按键KEY0，KEY1来调节DAC输出电压的大小按照原理图即图9所示接好硬件电路在MDK开发环境下建立DAC工程，采用V3．  1．1库函数进行软件编程。

4 实验结果
    在MDK开发环境下编译工程，生成DAC．hex执行文件，通过JLINK V8 下载到控制板中运行，接好硬件电路，通过按键KEY0、KEY1，调节和测量红光光辐射功率。图10是DAC输出电压与红光光辐射功率的关系图。

    由图可知红光辐射功率随DAC输出电压变化而变化，且能达到70 mW·cm-2要求。

5 结束语
    文中介绍了基于STM32的红光治疗仪控制系统，实现了红光治疗仪所要求的功能。应用STM32F103VCT6作为主控制芯片，STM32具有丰富的外设，低功耗，方便的开发环境，使系统更加节约成本，缩短开发环境，性能更好。建立了控制系统，验证了本系统在红光治疗仪上应用的可行性。