超声内镜环扫成像设备前端驱动系统设计

摘要

前端驱动系统是超声内镜成像设备的重要组成部分。超声内镜成像设备通过超声换能器进行组织特征探测，利用接收放大电路和数字处理电路实现回波信号的接收、调理、变换，最终形成组织的超声断层图像。超声内镜成像设备的前端驱动系统是驱动超声换能器完成环扫成像的关键部件，其性能对超声内镜成像质量具有重要的影响。为开发具有自主知识产权的超声内镜产品，打破该领域的国外垄断地位，本文根据超声内镜产品功能需求，设计了超声内镜成像设备的前端驱动系统。
　　本文的主要工作如下：
　　1、根据超声内镜前端驱动系统的功能和功能需求，完成各个功能模块的功能划分和设计方案制定；
　　2、利用输出可调型开关稳压电源芯片的自调节功能，设计了自反馈电路，配合单片机软件D/A调节，完成了电机驱动的设计，实现了对脉冲宽度调制（PMW：Pulse Width Modulation）调速电机的高精度控制。该电机驱动系统具有精度高、响应快、可靠性高以及很好的通用性和可移植性等优点。驱动理论反馈响应时间为20μs，电机在设计速度范围（300-1500r/min）和变化负载条件下测试，最大转速误差为2r/min，平均不稳定度低达0.11％。该驱动能够确保负载变化下电机速度平稳，保证成像质量，提高医生的诊断效率和准确率。
　　3、利用高压产生模块，结合单片机D/A和A/D组成的反馈系统，完成了高压驱动的设计，实现了换能器激励高压的精准控制输出。该高压驱动具有精度高、可靠性高等优点。能可控精准输出0-200V的电压，最大电压误差为0.2V。该高压驱动增大了换能器的激励电压，提升了发射超声波的功率，并且输出电压稳定，有助于提高图像的信噪比；
　　4、使用I2 C通讯实现了对探头频率型号和阻抗的读取识别；
　　5、使用RS-485接口实现了前端驱动单元与上位机的通讯功能；
　　6、设计了系统运行状态监测模块，可自动发现故障并采取相应处理措施，保证系统运行安全可靠，最大程度保证使用者的人身安全与设备安全。

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第一章 绪 论

1.1医学超声内镜系统概述

1.2课题的研究背景及意义

1.3课题的研究内容

第二章 超声内镜成像原理与其前端驱动系统的结构

2.1超声内镜成像基本原理

2.2前端驱动系统的结构

2.3本章小结

第三章 超声内镜前端驱动系统的设计

3.1 开发工具简介

3.2 电机驱动模块设计

3.3 高压驱动模块设计

3.4探头识别模块设计

3.5通讯模块设计

3.6系统电源与地设计

3.7超声内镜前置驱动系统PCB设计[39-41]

3.8本章小结

第四章 超声内镜成像设备前端驱动系统的实验与测试

4.1 系统电源测试

4.2 电机驱动模块实验与测试

4.3 高压驱动模块实验与测试

4.4 探头识别模块实验与测试

4.5 通讯模块实验与测试

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1完成工作总结

5.2进一步工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢