嵌入式系统模块与温度采集及控制模块之间主要通过串口通讯[7](见图1)。应用程序需要对串口数据进行编码/解码以达到控制的目的。串口通讯数据格式统一如下:
(1)数模转换器向嵌入式系统模块发送的数据长度为每帧21字节,传输格式(见表1)如下:①前导码为0x55(1字节);②开始/停止(1字节):0x00表示停止;0xFF表示开始③功率值(2字节):功率值为一个范围(0—4095);④温度值(16字节):每个温度值取值范围为0-4095(2字节),所以共需16字节;⑤结束码为0xAA。
表1 温度采集及控制模块-嵌入式模块数据格式
(2)嵌入式系统模块给数模转换器发送的数据格式如表2所示,共5字节,定义同上。
表2 嵌入式模块-温度采集及控制模块 数据格式
2.2.2 消融针控制功能块
如图6(b)所示,此模块提供功能:①消融针运行控制功能:所选用微波源的型号、警戒温度 、预运行时间和预输出功率;控制消融针启/停状态②微波功率自动调节功能:当被治疗的患处温度超过警戒温度时候,系统自动调低微波输出功率,直到温度恢复正常。③温度监视功能显示三种波形图:温度-时间(秒),温度-时间(分)和功率-时间(分)波形图。
3 实验与结论
系统整合后,于室温17℃的条件下我们对整个仪器进行过了测试。手术刀输出功率为35W。启动手术刀功能后,测得系统的表示输出功率的模拟电压值与时间的关系如表3:
表3 手术刀输出模拟电压-时间表
另外,设置消融针输出功率35W,设置警戒温度30℃。启动消融针热疗功能,开始时将温度热敏探头置入11.5℃水中;于第5分钟置入温度为31.7℃的水中,于第6分钟取出继续置入11.5℃水中;于第10分钟置入温度为29.1℃的水中,于第11分钟取出,继续置入11.5℃水中。在此过程中,我们测得的功率转换后的电压值如表4:
表4 消融针输出模拟电压-时间表
实验表明,控制系统能够精确控制微波的输出功率。同时,通过热敏探头,它能够准确监视患处温度变化,并根据预警温度值对输出功率大小进行调节,以防止患处温度过高引发灼伤事故。实验与理论的一致说明系统性能符合设计要求,今后还要不断努力,完善人机交互界面,提高可操作性;完善软件模块与不同微波发射器之间耦合的接口,提高系统的兼容性和可扩展性。
本文的创新点:利用流行的嵌入式技术改进提升微波热疗仪的控制系统,该系统使热疗仪控制系统在小型化、智能化、提高精确度以及降低成本方面迈出了一大步;其拥有的多接口能够兼容市场上流行的微波发射器,具有较高的可扩展性,实现了很好的市场价值。