基于AVR单片机核磁共振仪床体检测系统
于继铭张晓冬
（北京交通大学电气工程学院,北京100044）
摘要:本文介绍了由AVR单片机实现核磁共振仪床体检测系统硬件与软件设计,深入分析和研究了床体横向运动和纵向运动正确控制问题。
关键词:AVR单片机;检测系统;电机控制;
Abstract:ThispaperintroducesthehardwareandfirmwaredesignoftheMRITableJIGbyAVRmicrocomputercontrol.Alsodescribestheprecisecontroloftablemotiononlateralandlongitudedirections.
Keywords:AVRMUC;Detectionsystem;Motorcontrol;
引言
多年来伴随医学技术快速发展,核磁共振仪已经在大中型医院中被广泛应用。现在,在核磁共振仪生产过程中,床体部分要与磁体一起搬入电磁屏蔽室组装后才能进行检测,这对人员和物资都是很大浪费。针对这种情况,本文设计出了一套核磁共振仪床体部分运动控制与检测系统,它能够对床体部分独立进行检测,而无须将全部系统在屏蔽室安装后检测,从而降低了核磁共振仪床体部分生产和检测成本,缩短了生产周期。
本设计以通用医疗集团Ovation5型核磁共振仪床体为对象,对驱动床体做横向运动直流步进电机和驱动床体做纵向运动直流伺服电机正确控制问题进行较为深入分析和研究。系统关键采取了ATMEL企业Atmega128单片机和ALTRA企业EPM240T100型CPLD芯片作为主控制部分,实现了对床体纵向和横向运动正确控制和检测。主控电路采取了全数字控制方法和抗干扰设计,含有很高抗干扰性能。
检测系统硬件设计
2．1系统硬件结构
本检测系统关键由主控制板、显示部分、按键开关、传感器、串行通信和电机控制部分组成。床体运动分为横向运动和纵向运动两种状态,分别由直流步进电机和直流伺服电机实现。本系统硬件结构如图1所表示。
图1系统硬件结构示意图
从图1能够看出,电机逻辑控制由主控制板实现。系统经过初始化以后,当开关或按键发出通断信号给主控制板时,由单片机判定床体目前状态,假如床体没有处于极限位置,则单片机向对应电机发出驱动信号,驱动床体向对应方向运动,不然床体停止运动。横向运动采取开环控制,运动位置由单片机发出脉冲个数决定。纵向运动采取闭环控制,由连接在直流伺服电机上编码器反馈位置信号给主控制板。
2．2主控制板硬件设计
主控制板关键由AVR单片机、CPLD、滤波电路、电平转换电路和串口通信电路等组成。AVR单片机关键实现控制功效,CPLD关键实现I/O口扩展、逻辑判定和对输入、输出信号编码解码功效。
本系统采取AVRAtmega128单片机是一个高性能、低功耗8位微处理器,采取优异RISC结构,133条指令大多数能够在一个时钟周期内完成,满足了本系统对实施速度要求。它含有非易失性程序和数据存放器,128K字节系统内可编程Flash。因为本系统在对纵向距离增减,横向距离增减,键盘扫描等程序设计均需要使用定时器。而此单片机分别提供了两个含有独立预分频器和比较器功效8位定时器/计数器,以及两个含有预分频器、比较功效和捕捉功效16位定时器/计数器。它含有两路8位PWM和6路分辨率可编程（2到16位）PWM输出比较调制器。它含有独立片内振荡器可编程看门狗定时器,能够有效预防程序跑飞。
图2主控制板硬件框图
主控制板硬件框图如图2所表示,系统初始化后,当有运动按键信号输入单片机时,单片机将输出对应纵向或横向控制信号。单片机接收经过滤波后纵向电机编码器信号,由内部程序计算目前横向和纵向位置,并将目前位置信息输出到CPLD,由CPLD驱动显示部分,显示目前横向和纵向位置。在寿命测试模式下,纵向显示部分也同时能够显示寿命测试计数。本系统含有串行通信功效,能够经过串行接口与PC机或其她设备通信。
控制系统软件设计
主控制板首先接收来自用户操作信号,然后依据这些信号状态,经过AVR单片机和CPLD内部程序实现对电机控制和显示功效。在本检测系统中,因为需要控制和显示信息很多,而且关联性很强,所以需要对单片机进行复杂编程才能实现各个功效。对本系统而言,AVR单片机固化程序质量,直接影响到了整个系统运行稳定性和控制精度,所以AVR单片机固化程序编程技术就成为系统控制关键,这同时也是本系统设计关键之一。经过分析床体设计要求和实际运行情况,设计开发出