直线加速器治疗床控制系统的设计与开发

摘要

本课题以广东中能加速器有限公司的O-Max型直线加速器的治疗床为控制对象，研究了加速器治疗床的运动控制系统。论文具体分析了系统的设计要求，阐述了系统的功能，介绍了系统的硬件设计和软件设计。
　　 本操作系统系统的控制对象是直线加速器治疗床，实现治疗床纵向和垂直方向运动的自动控制及检测功能，这两个方向运动均采用直流伺服电机驱动。治疗床同时具有现场手动操作和上位机远程操作。本控制系统主要由控制模块、驱动模块和上位机三部分构成。本系统选用AVR系列单片机作为控制核心，采用PWM方式控制直流伺服电机。在闭环速度控制中选用PID控制算法进行闭环控制，使控制系统具有良好的动态和静态性能。检测功能使用A/D转换器对电压值进行采集，从而检测治疗床的电机转速和位置。
　　 为了降低功率模块电压对控制核心的干扰，本系统将控制部分与功率部分放置于不同的电路板上。系统的硬件电路板主要包括运动控制模块和电机驱动模块。主控制板是系统的核心部分，包括以单片机为主控元件的控制核心，电压信号检测电路，电源电路，串口通信电路和一些外围辅助电路。电机驱动板是系统直接连接两台被控电机的执行部分，主要包括小功率驱动电路、过流保护电路以及大功率H桥驱动电路。
　　 本系统的软件由两个部分组成，即上位机远程操作程序和AVR单片机控制程序。上位机是系统实现人机对话的部分，操作人员通过上位机上的操作软件可以实现对治疗床进行远程操作并且实时监视治疗床的状态。AVR单片机控制程序采用C语言进行编写，使用ICCAVR编译器进行编译。设计方式是采用模块化设计，提高了程序的可读性和可移植性。主要的程序模块有：主程序、PID算法模块，串口通信模块、电压值采集模块、PWM波控制模块和运动控制模块等。