基于STM32和uC/OS-Ⅱ的钬激光治疗机控制系统设计

摘要

结石是泌尿外科的常见疾病，近年来发病率越来越高。传统的治疗方法一般是采取保守的手术治疗，但是手术治疗的弊端显而易见。而近年来不断发展的微创技术则可以很好的缓解以上问题。本文着重介绍一种治疗结石的新方法。随着激光技术的不断进步，将激光技术应用到医学领域上已经成为现实。在微创手术中，激光的一个非常重要的应用就是用来碎石，基于上面的事实，针对传统手术存在的弊端，本文设计开发了一种主要针对肾结石的高性能、智能化、多功能的钬激光治疗机控制系统。此外，它还可以应用到治疗输尿管结石、膀胱结石上。
　　 论文在分析国内外钬激光技术发展的基础上，结合当前现状，详细分析了钬激光治疗机碎石的工作原理。随后详细介绍了一般嵌入式系统的开发流程。并结合钬激光治疗机的功能需求，运用嵌入式和图像识别技术，设计了一套基于STM32、uC/OS-Ⅱ和图像识别技术的智能化的钬激光治疗机控制系统。本文完成的治疗机，除了具有优秀的碎石能力之外，还创新的将当前先进的图像识别技术运用到结石识别中，自动分析结石的大小并计算碎石的速率，控制系统可以根据碎石的速率自动调节激光功率的大小，实现了对治疗机的智能控制，提高了碎石的效率。
　　 根据钬激光治疗机要实现的功能，论文提出了实现系统功能的方案。在硬件上，钬激光治疗机的控制系统采用ST 公司最新推出的Cortex-M3 内核的STM32F103VCT6 作为主控制器，SPCA563B 作为图像识别模块的控制器。针对系统运行的需要，除了设计了必需的核心电路以外，还设计了外围模块电路，包括人机接口电路、液晶显示电路、I2C电路、A/D转换电路、音频提示电路、温度传感器电路、激光电源接口电路和图像识别模块电路。在这些设计中，详细阐述了各功能模块电路的设计思想，设计原理，芯片选型和参数选择的过程。最后，对PCB 布线做了介绍，介绍了布线的方法和布线过程中需要注意的问题。
　　 论文搭建了uC/OS-Ⅱ操作系统，详细介绍了uC/OS-Ⅱ操作系统的移植过程。随后又根据钬激光治疗机的实际功能，将钬激光的工作状态分为五个工作状态。根据要实现的功能画出主流程图，再在流程图的基础上编写应用程序。对图像处理模块，着重介绍图像处理模块识别结石和对识别出来的结石处理的算法，以及对结石智能化处理的过程。
　　 最后，对系统进行调试，验证了系统设计方案的合理性和可行性，并指出了系统研究和开发过程中遇到的一些问题，并对钬激光治疗机的未来发展方向和研究的重点进行了展望。