基于AVR單片機(jī)的核磁共振儀床體運(yùn)動控制與檢測系統(tǒng).pdf

1、本課題以通用電氣醫(yī)療集團(tuán)的Ovation5型核磁共振儀的床體為控制對象，研制了核磁共振成像儀床體運(yùn)動控制與檢測系統(tǒng)。論文具體分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，闡述了系統(tǒng)的功能，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)的控制對象是核磁共振成像儀的床體，實(shí)現(xiàn)床體的縱向運(yùn)動和橫向運(yùn)動控制及檢測功能，縱向運(yùn)動采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動，橫向運(yùn)動采用直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。床體同時(shí)具有現(xiàn)場手動控制和主機(jī)遠(yuǎn)程控制兩種控制方式。控制系統(tǒng)主要由控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測

2、單元和顯示單元四部分構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了AVR系列單片機(jī)與MAX Ⅱ系列CPLD相結(jié)合的核心控制器，采用PWM方式控制直流伺服電機(jī)。閉環(huán)PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，使控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。對直流步進(jìn)電機(jī)采用驅(qū)動器開環(huán)控制方式。 為了降低系統(tǒng)內(nèi)不同等級電壓間的相互干擾，本設(shè)計(jì)將控制部分與功率部分放置在不同電路板上。系統(tǒng)的硬件電路板主要包括主控制板、顯示按鍵板、電機(jī)驅(qū)動板。主控制板是系統(tǒng)的核心部分，包括以單片機(jī)和CPID為主控元件

3、控制核心，位置信號濾波電路，電平轉(zhuǎn)換電路，串口通信電路，電流信號處理電路和一些外圍輔助電路。顯示按鍵板是系統(tǒng)中的人機(jī)對話部分，操作人員通過對操作面板上的按鍵和開關(guān)的操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和檢測功能。電機(jī)驅(qū)動板是系統(tǒng)直接連接兩臺被控電機(jī)的執(zhí)行部分，主要包括直流伺服電機(jī)驅(qū)動電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和過流保護(hù)電路。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和CPID程序設(shè)計(jì)。AVR單片機(jī)采用ICC語言，采用模塊化設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性

4、和可移植性。主要的程序模塊有：主程序、按鍵掃描模塊、動態(tài)顯示輸出模塊、PWM波控制模塊、縱向運(yùn)動測試模塊、橫向運(yùn)動測試模塊、壽命測試模塊等。CPID采用QuartusⅡ平臺開發(fā)，采用原理圖輸入的方式，實(shí)現(xiàn)顯示信號編碼、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖計(jì)數(shù)、橫向位置計(jì)算等功能。 本文最后在對運(yùn)動控制與檢測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并提出了部分改進(jìn)方案。目前該系統(tǒng)已應(yīng)用于GE公司的核磁共振成像儀床體的生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)能夠?qū)Υ搀w部分獨(dú)立進(jìn)