医疗智能照明系统控制技术研究.pdfVIP

医疗智能照明系统控制技术研究

摘要：结合工程项目分析了用户的需求和现场条件，详细介绍了智能照明控制技术在医疗

设备设计中的具体选择和实施。为了使照明系统获得适宜的照度，采用自动光圈进行调光。

为了使摄像系统在工作台上能自动实现滚动运动及三维调整，使用了二维和三维２个工作

台。根据智能控制系统的工作要求，选择了适宜的步进电机、运动控制卡、高灵敏度和高反

应速度的传感器、视频信号采集卡，构建了各功能模块。测试系统用ＶＢ６．０开发，采用

Ｗｉｎｄｏｗｓ标准界面样式，完成了自动采集、分析、校准等功能。

关键词：照明系统；智能控制；ＶＢ６．０；测试系统

随着科技的发展和社会经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新要求，特别是节能技术

已成为研究工作者的主题。对于照明系统的节能技术，或利用节能技术来实现建筑节能等都

是设计中重点考虑的内容。智能照明系统控制技术的研究具有一定的现实意义。采用智能化

设计后，智能控制系统可根据实际需求对照明设备的开启时间和亮度级别进行设置，合理利

用资源，避免浪费。

１医疗智能控制技术应考虑的问题

智能控制技术为节能提供了行之有效的技术手段。对于一个实际的控制项目，应该分３个方

面来考虑节能：前期设计和施工的经济性；系统运行中的低能耗性；工程维修维护中的方便

性和易操作性。机电一体化系统中的微机软件、硬件称之为智能组成要素，在这种控制系统

中，根据计算机所执行的功能，可采用单片机、可编程控制器、微机来完成不同的处理功

能。本文的医疗智能无影照明系统采用单片机控制。为了使照明系统获得适宜的照度，采用

自动光圈进行调光，以控制光通量的多少。程序用ＶＢ６．０开发，采用Ｗｉｎｄｏｗｓ标

准界面样式，根据测试内容的不同，给出相应的测试环境和输入量。

２医疗智能照明系统

２．１医疗智能照明系统基本的机械结构

图１为医疗智能照明系统的示意图，其中自动调光系统安装在二维调整工作台上的定位座

内，并用圆螺母固定，松开定位座上的锁紧手柄，自动调光系统可以沿轴心转动。电视摄像

系统安装在三维调整平台上，通过三维调整平台的运动使电视摄像系统与自动调光系统的位

置相匹配。

自动光圈进行调光的工作原理如图２所示。景物的散射光经过光学镜头、可变光圈，成像于

ＣＣＤ摄像机的感光芯片上，ＣＣＤ将光信号转换形成电信号后进行处理，输出全视频信

号；该信号一方面可以显示，另一方面经放大、箝位，被送入积分放大器，积分后的结果与

参考电平进行比较，用于确定光圈改变的方向和大小；当积分信号低于标准电平时，驱动电

机旋转，带动光圈朝增大通光孔径的方向改变，否则向减小通光孔径的方向改变，达到调节

像面照度的目的，以保证获得清晰的图像。

２．２医疗智能照明系统工作过程

三维调整平台由二维工作台与滚动工作台两部分组成。它的主要功能是把电视摄像系统固定

在工作台的台面上，分别转动二维工作台上的２个调节手柄，使摄像系统能够上、下及左、

右进行二自由度移动，移动范围均为±１５ｍｍ。通过调整滚动工作台上的调节手柄可以使

摄像系统实现滚动运动，２个工作台配合可以实现摄像系统的三维调整。

二维调整工作台（图１中的４）是由定位座、垫板、移动滑块、方位调节手柄、俯仰调节手

柄、底板等组成，能够进行方位调节与俯仰调节。

工作台的方位和俯仰调节角度都为１５°，承载５０ｋｇ。工作台上方与定位座连接。自动

调光系统能够在定位座内转动，定位座上设有一个锁紧手柄，可以用锁紧手柄把调光系统锁

紧，使调光系统完全紧固在二维工作台上。使用时，转动二维调整工作台的方位调节手柄，

推动二维工作台台面与定位座移动，带动调光系统向需要的位置进行转动。当需要沿轴心转

动时，松开定位座上的锁紧手柄，按所需的角度转动后锁紧定位座上的锁紧手柄，使光学系

统固定。

２．３系统工作要求

（１）三维调整平台转动的范围：方位转动±３°，俯仰转动±３°，滚动±４°，上下移

动±１５ｍｍ，左右移动±１５ｍｍ。

（２）光学系统的视场物镜、复眼透镜、聚光镜、反光镜安装后同轴度不大于０．１ｍｍ。

（３）国际测试图的定位精度不大于０．１ｍｍ。

３智能控制系统主要硬件的选择

３．１步进电机和驱动器的确定

驱动电机选择５７系列百格拉三相混合式步进电机ＶＲＤＭ３６４／ＬＨＡ，该电机采用三

相正弦驱动方式，力矩大、转速高、可达2000r/min，低速无振动。细分后角度分辨率为

０．０３６°／步。电机通过丝杠带动楔型中性透光片在导轨上运行，电机旋转１圈丝杠直

线行程为６ｍｍ，因此电机１步是０．０３６°，通过传动，楔型中性透光片向前移动距离

为０．６μｍ，两