基于工业触摸屏光动力治疗仪控制系统的应用研究
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摘 要：文中基于工业触摸屏控制系统，使用液晶屏设计人机交互界面。分析了利用单片机的串口与触摸屏控制系统通信，获取了光动力治疗仪运行的主要参数，并通过红光和蓝光分别控制光动力治疗仪的运行。结果表明，该仪器的各项功能指标均可满足设计要求，效果良好。
关键词：触摸屏；单片机；光动力治疗仪；控制系统
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-03
0 引 言
操作比较简单的光动力治疗仪是新一代光动力治疗设备之一，对于痤疮（又名青春痘、粉刺等）患者而言，这是一种比较理想的治疗仪器，不仅治疗效果好，还没有明显的痛苦。80%以上的痤疮患者都明白这是发病率很高的皮肤病之一，从医学的角度来讲，这是一种毛囊皮脂腺的慢性皮肤病。光动力治疗仪通过红、蓝光照射作用，达到治疗痤疮的目的。我们在研发过程中发现：当使用625 nm的红光照射痤疮时，可以起到消炎消肿，镇痛等作用，从而使创面愈合，加快血液的循环作用；而使用415 nm的蓝光照射痤疮时，大量的单态活性氧释放出来，卟啉从皮肤酶质内被激发出来，集中所有能量一起消灭痤疮丙酸杆菌，从而达到治疗痤疮的目的。现在市场上售卖的红光治疗仪存在成本高、性能不够稳定、操作不易、工作时间短等缺点，因此具有工业控制屏且可人机交互的光动力治疗仪具有更加广泛的市场前景。从外观我们可以看出，光动力治疗痤疮为LED面罩式设备，可以根据临床实际情况考虑选择红光还是蓝光进行治疗，也可以局部或大面积全部治疗，且更换不同的治疗头十分方便，但仍存在以下不足：
（1）采用人工电位按键开关方式进行红蓝光的选择，没有人机界面；
（2）使用人工记时器进行记时，无法实时显示红、蓝光使用时间（分或小时）；
（3）记时结束没有倒记时提示或报警铃声。
我们的研发基于工业触屏方式，采用单片机STC12C5A60S2作为控制系统以控制光动力治疗仪的红、蓝光。研究光动力治疗仪的实现原理并设计了光动力治疗的控制系统，实现红光光强调节、治疗时间调节、报警系统、优美的人机交互界面等功能。
1 光动力治疗仪控制系统的总体设计
1.1 光动力治疗仪总体介绍
根据对热能、光能、化学能和磁场效应等的反复实验，我们知道在治疗过程中激光扮演着非常重要的角色。光动力治疗仪通过激光来刺激痤疮的表面，深入经络穴位，使得靶组织细胞坏死或凋亡。或者通过刺激和影响细胞的作用，使病变组织脱落，恢复正常的形态和功能，而并不影响附近的正常组织和细胞。光动力治疗仪外观图如图1所示。光动力治疗仪系统框图如图2所示。
半导体发光二极管（LED）是光动力治疗仪的发光体，也是新一代光动力治疗的专用光源。波长范围为红光630±10 nm、蓝光417±10 nm。中心功率密度为红光85 mW/cm2±20% 蓝光105 mW/cm2±20%，与现已上市的同类仪器相比，该仪器采取了二次光学设计，使LED的辐射角度压缩在30°以内，大大提高了单位面积的光功率。
我们要先将控制程序写好，然后写到单片机STC12C5A60S2中，并将其作为光动力治疗仪的控制系统。单片机启动工作后，根据人机界面的上位机工业触屏（迪文K600+）治疗功能的选择来控制两个继电器的开关，开启/关闭红/蓝光源，并控制时间长短及报警铃声。控制电路与人机界面采用串口通讯，使用RS-232接口，通讯使用115 200的波特率。
1.2 光动力治疗仪硬件电路设计
我们使用宏晶科技的STC12C5A60S2单片机作为硬件设计的主控芯片，该芯片内置两个串口、支持PWM，可以控制输出功率、支持内部E2PROM，可存储出厂设计和功率校正参数等。
利用K600+工业触摸屏和MPU进行串口通信，数据交换，控制MPU并显示相应的状态和数值。
需要控制红光工作时，工业触摸屏发送指令给MPU，MPU打开U2继电器，将36 V电源接通红光灯头，再由MPU控制发出PWM信号以控制功率管的导通/断开比值，控制灯头的功率。光动力治疗仪电气原理图如图3所示。光动力治疗仪PCB板设计图如图4所示。
需要控制蓝光工作时，工业触摸屏会发送指令给MPU，MPU打开U1继电器，将24 V电源接入蓝光灯头。
设备出厂时，将不同功率等级的PWM数值存入MPU的E2PROM中，用户使用时，从E2PROM中调出相应的数据控制功率管，再现出厂时的功率。
2 控制系统软件设计
人机交互系统是人与光动力治疗仪的通信系统，通过人机交互系统可以对治疗仪进行操作，可设置治疗时间，调节治疗头高度，显示治疗剩余时间并报警等。
人机操作界面（工业触屏采用迪文K600+的串口屏）将编写好的操作界面图片和程序通过SD卡方式写到触屏的寄存器中，通过触屏操作将指令发至单片机控制系统，单片机则根据人机操作指令将操作结果发至显示屏。实际使用工业屏显示界面优美，操作简单，人机操作交互界面良好。
2.1 人机界面设计
工业触屏人机界面主程序流程图如图5所示。工业触屏的人机界面切换流程图如图6所示。
图7所示的控制系统所需的人机界面显示画面先由图片处理软件生成BMP格式的界面，然后在PC机上使用迪文软件编辑器，将编辑好的图片和操作指令生成程序文件，通过SD卡将BMP图片文件、触控配置文件、变量配置文件等多个文件写到触屏的寄存器中并加载到触摸液晶屏中，这样我们就可以通过串口发送指令将编辑的画面显示出来。本控制系统中所需要的全局位图及局部位图可以在此软件下编辑并下载到触摸液晶屏中以供调用并显示。
2.2 程序设计
设置指令通讯协议。工业触控指令操作参数如表1所列。工业触控显示调用参数如表2所列。
部分单片机内部控制程序如下：
/******************************************************
函数原型：switch_picture（char picture）
函数功能：切换显示画面
输入参数：char picture画面编号
输出参数：无
******************************************************/
void switch_picture（uchar picture）
{ // A5 5A 04 80 03 00 64
uchar xdata write_register[] = {0xA5，0x5A，0x04，0x80，0x03，0x00，0x00}；//写HMI的寄存器
uchar temp；
ES=0；//关闭串口中断
write_register[6] = picture；
for（temp=0；temp
{SBUF = write_register[temp]；
while（！TI）；TI=0； }
ES=1；
WDT_CONTR=0x36；
}
/******************************************************
函数原型：UART_（void）interrupt 4
函数功能：串口中断，接收从工业屏发出的指令
输入参数：无
输出参数：无
人机界面通信协议：起始代码A5 5A
******************************************************/
void UART_（void）interrupt 4
{uchar temp=0；
ES=0；//关闭串口中断
while（！RI）；
receiving_receive[0]=SBUF；
RI=0；
if（receiving_receive[0]==0xA5）
{while（！RI）；
receiving_receive[1]=SBUF；
RI=0；
if（receiving_receive[1]==0x5A）
{while（！RI）；
receiving_receive[2]=SBUF；
RI=0；
temp=3；
while（temp
{while（！RI）；
receiving_receive[temp]=SBUF；//接收数据
RI=0；
temp++；
WDT_CONTR=0x36； }
}
INT_UART（）；
ES=1；//打开串口中断
WDT_CONTR=0X36；
}
3 结 语
目前美容医疗方面对红蓝光治疗仪尤为青睐，也将其广泛应用于临床治疗中，因此研究稳定、性价比高的、操作方便简单的光动力治疗仪控制系统非常有必要。我们的研究集合了触摸屏控制系统和人机交互界面，利用单片机的串口与触摸屏控制系统通信来获取光动力治疗仪运行的主要参数，并通过红光和蓝光分别控制光动力治疗仪的运行。虽然实验结果表明各项功能指标均满足设计要求，效果良好，但光动力治疗仪属于医疗器械，而医疗器械要求很高，需要在控制系统中保存治疗者的信息并存入网络数据库，以便后期与医疗企业进行深入探讨，加大资金的投入和技术改进。
参考文献
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