本ben文wen主zhu要yao闡chan述shu了le醫yi用yong微wei波bo治zhi療liao儀yi的de智zhi能neng係xi統tong的de設she計ji。簡jian要yao介jie紹shao了le微wei波bo治zhi療liao儀yi的de組zu成cheng原yuan理li及ji其qi功gong能neng，並bing詳xiang細xi描miao述shu了le該gai微wei波bo治zhi療liao儀yi智zhi能neng化hua自zi動dong控kong製zhi係xi統tong的de軟ruan硬ying件jian設she計ji內nei容rong，同tong時shi對dui微wei波bo治zhi療liao儀yi的de一yi些xie組zu成cheng部bu件jian進jin行xing了le相xiang應ying的de介jie紹shao。通過PID tiaojiehefenduanniheduiweibozhiliaoyidezhinenghuakongzhi，shideciweibozhiliaoyigongzuoyunxingbimeiyouliyongcikongzhifangandeqingkuanggengjiawendingkekao，ceshijieguoyebiaominggaishejishiqieshikexing。tongshikaifaleshangweijiruanjian，weifuzhenyijizhiliaoxiaoguodetongjifenxitigongleyigepingtai。

 

1 引言

 

微wei波bo治zhi療liao是shi臨lin床chuang上shang一yi種zhong新xin的de治zhi療liao手shou段duan
，其qi設she備bei簡jian單dan，治zhi療liao效xiao果guo明ming顯xian
，使shi用yong安an全quan，並bing發fa症zheng少shao
，對dui組zu織zhi損sun傷shang小xiao，因yin此ci得de到dao醫yi務wu界jie的de肯ken定ding。微wei波bo治zhi療liao儀yi是shi利li用yong微wei波bo在zai人ren體ti產chan生sheng的de熱re對dui患huan者zhe的de病bing變bian部bu位wei進jin行xing輻fu射she，從cong而er達da到dao治zhi療liao目mu的de，鑒jian於yu其qi治zhi療liao效xiao果guo顯xian著zhu，是shi當dang今jin發fa展zhan無wu損sun傷shang治zhi療liao的de理li想xiang醫yi療liao設she備bei。目mu前qian各ge醫yi院yuan使shi用yong的de微wei波bo治zhi療liao儀yi進jin口kou的de占zhan多duo數shu，普pu遍bian存cun在zai體ti積ji大da、價格昂貴、操作複雜等缺點，而國內生產的微波治療儀技術還需更新、輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)穩(wen)定(ding)性(xing)欠(qian)佳(jia)，致(zhi)使(shi)治(zhi)療(liao)效(xiao)果(guo)不(bu)明(ming)顯(xian)，缺(que)乏(fa)一(yi)些(xie)必(bi)要(yao)的(de)保(bao)護(hu)措(cuo)施(shi)，這(zhe)使(shi)得(de)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)不(bu)是(shi)很(hen)好(hao)
，智(zhi)能(neng)化(hua)程(cheng)度(du)不(bu)理(li)想(xiang)，使(shi)用(yong)操(cao)作(zuo)起(qi)來(lai)顯(xian)得(de)不(bu)方(fang)便(bian)。所(suo)以(yi)有(you)必(bi)要(yao)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)重(zhong)新(xin)設(she)計(ji)
，尤(you)其(qi)在(zai)安(an)全(quan)性(xing)和(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)方(fang)麵(mian)要(yao)使(shi)用(yong)新(xin)的(de)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)

，以(yi)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)效(xiao)果(guo)。

 

本文所設計的智能微波治療儀有以下特點：（1）控製係統在硬件上使用了過載保護，軟件上采用了PID 控製加分段擬合的方法，使治療儀的安全性能和輸出功率有了根本性的改變；（2）在軟件的設計中采用了嵌入式操作係統
，使整個微波治療係統的可操作性能，安全性能以及穩定性都達到了一個新的高度。

 

2 微波治療機理

 

微波是頻率為300“300000MHz 波長1mm”1m 的超高頻電磁波，屬於非電離輻射。微波技術在醫療診斷和治療兩方麵發揮重要作用。

 

zaiweibozhiliaoguochengzhong
，genjucaiyongdeweibogonglvmidudebutong，erqufenchurexiaoyingzhiliaohefeirexiaoyingzhiliao。muqian
，rexiaoyingzhiliaojizhijiaoweimingque。qizhiliaojizhishi：rentizuzhineidabufenshiyoushuihedanbaizhidengjixingfenzizucheng，zaiweibodianchanglijudezuoyongxia
，jixingfenziyanzheweibodianchangdefangxiangjinxingyouxupailiedequxiangyundong
，bingsuizhegaopindianchangdejiaobianerlaihuizhuandong
，zaizhuandongdeguochengzhongyuxianglindefenzichanshengleisimocapengzhuangershengchengreliang。shishouzhaoshebuweijitizuzhiwendushangsheng，shixueguan
，weixueguankuozhang，dadaojiakuaixinchendaixieguocheng，gaishanjubuyingyang，zengqiangzuzhixiufuyuzaishengnenglidemude。yuqitadereliaofangfabutong，weibojiaredereyuanbushicongwaibuchuandao
，ershiyoushengwuzuzhibenshenchanshengde，zhezhongrezuoyongxiaolvgao，junhengxingrewendingxinghao［4-6］。

 

3 係統組成及原理框圖

 

利用微波致熱效應治療原理，把生物體置於微波輻射場中完成治療過程。儀器主要由開關高壓源、磁控管、線性電源、波導、微波探頭
、傳感器和(he)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)等(deng)組(zu)成(cheng)。脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)式(shi)開(kai)關(guan)高(gao)壓(ya)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)磁(ci)控(kong)管(guan)所(suo)需(xu)的(de)高(gao)壓(ya)，通(tong)過(guo)對(dui)高(gao)壓(ya)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)的(de)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)
，來(lai)穩(wen)定(ding)磁(ci)控(kong)管(guan)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，線(xian)性(xing)電(dian)源(yuan)則(ze)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)給(gei)燈(deng)絲(si)供(gong)電(dian)。磁(ci)控(kong)管(guan)采(cai)用(yong)醫(yi)療(liao)專(zhuan)用(yong)磁(ci)控(kong)管(guan)，波(bo)導(dao)（微波電纜）yonglaichuanshuweibo
，weibotantoucharubingrenhuanbuzuzhilimianjinxingzhiliao。chuanganqiyonglaijiancecikongguandeshuchugonglv。weikongzhiqikongzhiyonglaizhenggexitongdezhengchangyunxing。

 

通過一個全橋整流器和一個比較器，將正弦交流電轉變為一係列矩形波，在矩形波的下降沿－即ji正zheng弦xian交jiao流liu電dian的de過guo零ling點dian，係xi統tong將jiang收shou到dao中zhong斷duan申shen請qing
，表biao示shi可ke以yi觸chu發fa可ke控kong矽gui和he繼ji電dian器qi，合he適shi的de觸chu發fa點dian則ze由you係xi統tong控kong製zhi，以yi達da到dao所suo要yao求qiu的de功gong率lv。功gong率lv傳chuan感gan器qi采cai集ji磁ci控kong管guan的de輸shu出chu，用yong來lai監jian測ce輸shu出chu功gong率lv值zhi
，組zu成cheng一yi個ge閉bi環huan控kong製zhi係xi統tong。同tong時shi傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu端duan還hai連lian在zai硬ying件jian保bao護hu電dian路lu上shang，如ru果guo控kong製zhi係xi統tong出chu現xian故gu障zhang
，輸shu出chu不bu受shou控kong製zhi，則ze可ke能neng造zao成cheng輸shu出chu功gong率lv超chao出chu本ben儀yi器qi所suo要yao求qiu的de範fan圍wei，此ci時shi，由you硬ying件jian保bao護hu電dian路lu將jiang檢jian測ce到dao輸shu出chu超chao標biao信xin號hao，將jiang輸shu出chu強qiang行xing關guan斷duan，以yi增zeng強qiang係xi統tong的de可ke靠kao性xing。在zai治zhi療liao結jie束shu後hou，上shang位wei機ji軟ruan件jian將jiang輸shu出chu此ci次ci治zhi療liao的de相xiang關guan信xin息xi，並bing保bao存cun到dao數shu據ju庫ku，以yi備bei複fu診zhen使shi用yong和he進jin行xing治zhi療liao效xiao果guo的de統tong計ji分fen析xi。

 

微波治療儀的係統原理框圖如圖 1 所示。

4 控製係統

 

控製係統是整個治療儀器的核心，所有的控製指令都由它發出，所以控製係統的穩定性設計是整個設計的關鍵。

 

weilezengqiangyiqidekekaoxinghekangganraoxing

，shiyonglezhuanmendeyingjianbaohudianlu
，dangyingjianchuxianguzhang，weibodeshuchubushoukongzhi，zaiqigonglvchaoguoshedingzhihou，yingjianbaohudianlujiangbeichufa，zidongguanduanshuchu
，tigaolezhenggeweibozhiliaoyideanquanxing。zairuanjianshejishangcaiyongleqianrushicaozuoxitong，shizhenggexitongdewendingxinghekangganraoxingyoulejiaodadetigao。weiletigaokongzhidekekaoxinghekuaisuxiangyingdexingneng，shiyonglePID閉環控製
，同時微波管的輸出功率受到電網電壓，工作溫度和工作時間等多方麵的影響，其輸出具有非線性、滯後
、時變等特點，所以將傳感器的輸入進行分段擬合
，並且在各段設置了不同的校正係數，使輸出更加平穩。

 

4.1 控製係統硬件設計

 

硬件主要分為以下幾個部分。電源為控製係統提供電源；鍵盤和 LCD 顯示電路完成人機對話功能；磁控管的控製電路根據程序指令的要求達到對病人不同疾病的治療效果；硬件保護電路對控製係統出現的故障提供了可靠的保護


；功率傳感器和AD 轉換器對微波管的輸出進行監控；輸出驅動則由繼電器和可控矽同時完成
；通訊電路完成控製器和上位機的信息交換
；蜂鳴器驅動電路結合發光二極管共同對預熱結束、治療結束和故障進行報警工作。

 

硬件組成框圖如圖 2 所示：

 

 

4.1.1 電源和人機交互電路

 

為wei了le防fang止zhi幹gan擾rao從cong電dian源yuan竄cuan入ru
，電dian源yuan由you開kai關guan電dian源yuan和he濾lv波bo電dian路lu組zu成cheng，抗kang幹gan擾rao性xing能neng較jiao好hao。為wei了le方fang便bian操cao作zuo，設she置zhi了le治zhi療liao理li療liao轉zhuan換huan鍵jian，工gong作zuo暫zan停ting鍵jian，功gong率lv調tiao節jie鍵jian，時shi間jian調tiao節jie鍵jian和he複fu位wei鍵jian；顯示采用液晶屏幕加LED 指示燈，用來顯示當前功率、時間和治療狀態等信息。

 

4.1.2 磁控管的控製和驅動電路

 

磁控管是微波的發射源，由陽極、諧振腔、陰極和磁場組成，當給磁控管燈絲加上3.3V直流燈絲電壓，使陰極加熱，同時陽極和陰極之間加2000V 左zuo右you的de直zhi流liu高gao壓ya，陰yin極ji所suo發fa射she的de電dian子zi在zai強qiang磁ci場chang作zuo用yong下xia飛fei向xiang陽yang極ji，陽yang極ji上shang有you多duo個ge小xiao的de諧xie振zhen腔qiang，當dang電dian子zi打da到dao陽yang極ji之zhi前qian在zai這zhe些xie諧xie振zhen腔qiang內nei發fa生sheng振zhen蕩dang
，諧xie振zhen頻pin率lv約yue為wei2450MHz。在zai治zhi療liao開kai始shi之zhi後hou
，閉bi合he繼ji電dian器qi，可ke控kong矽gui在zai過guo零ling點dian之zhi後hou觸chu發fa，控kong製zhi微wei波bo的de強qiang度du。同tong時shi功gong率lv傳chuan感gan器qi開kai始shi工gong作zuo，監jian測ce微wei波bo強qiang度du。當dang可ke控kong矽gui擊ji穿chuan或huo者zhe出chu現xian其qi它ta故gu障zhang，係xi統tong不bu能neng控kong製zhi磁ci控kong管guan的de輸shu出chu時shi，功gong率lv傳chuan感gan器qi采cai集ji到dao的de值zhi大da於yu安an全quan功gong率lv的de上shang限xian，當dang斷duan開kai可ke控kong矽gui無wu效xiao的de情qing況kuang下xia
，硬ying件jian保bao護hu電dian路lu動dong作zuo，關guan閉bi繼ji電dian器qi
，斷duan開kai高gao壓ya電dian源yuan，同tong時shi報bao警jing，提ti醒xing操cao作zuo人ren員yuan儀yi器qi出chu現xian故gu障zhang。

 

4.1.3 報警和通訊電路

 

報bao警jing電dian路lu主zhu要yao由you發fa光guang二er極ji管guan和he蜂feng鳴ming器qi組zu成cheng。當dang治zhi療liao結jie束shu或huo者zhe是shi出chu現xian故gu障zhang時shi
，報bao警jing電dian路lu動dong作zuo
，將jiang目mu前qian狀zhuang態tai以yi聲sheng光guang方fang式shi通tong知zhi操cao作zuo人ren員yuan。通tong訊xun電dian路lu主zhu要yao負fu責ze本ben儀yi器qi與yu上shang位wei機ji之zhi間jian的de數shu據ju通tong訊xun
，在zai治zhi療liao完wan畢bi之zhi後hou
，將jiang此ci次ci治zhi療liao的de相xiang關guan信xin息xi上shang傳chuan至zhi上shang位wei機ji。

 

4.2 控製係統軟件設計

 

本係統軟件包括上位機和儀器軟件兩部分。上位機軟件使用VB 編寫，主要記錄治療的信息，以便複診和對治療效果的統計分析。微控製器部分采用MicroC/OS-II 嵌入式操作係統，使整個控製係統穩定性和抗幹擾性能大大增強，同時加快了設計速度並且代碼易於維護。

 

在治療狀態下
，首先閉合繼電器，然後檢測電壓的過零點，在過零點之後延時觸發可控矽，延時時間由輸出驅動電路和功率傳感器組成PID 閉環係統控製。由於微波管的輸出不是成線性變化的，所以將傳感器的輸入用不同的校正係數進行分段校正、擬合後，再用於PID調節。提高了控製係統的可靠性和快速響應能力
，並且使輸出更加平穩。

 

程序流程圖如圖 3 所示。

 

 

5 結語

 

本文作者創新點：該gai微wei波bo功gong率lv的de控kong製zhi方fang案an從cong根gen本ben上shang解jie決jue了le微wei波bo輸shu出chu功gong率lv的de失shi調tiao問wen題ti。硬ying件jian上shang增zeng加jia的de保bao護hu電dian路lu使shi儀yi器qi的de安an全quan性xing能neng有you了le很hen大da的de提ti高gao，控kong製zhi策ce略lve采cai用yong了le分fen段duan擬ni合he加jiaPID控製融合的方法，既有線性化好的特點，又有PID 控製精度高、穩定性好的優點，克服了微波功率控製中非線性
，滯後，時變等帶來的困難。