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最新无障碍智能化LED节能无影灯系统方案

发布者:官方 时间:2015-12-29

一、项目概述

1.1 导言

跟着医疗作业的开展和医学技能的前进,在手术过程中, 将运用多种医疗设备对患者进行抢救和医治。而领先、完善的配备, 有利于确保手术质量, 进步手术功率, 防止人员在手术中重复出入而带来搅扰和污染。


LED是 21世纪具有竞争力的新式电光源,LED技能发生于上世纪70年代,运用半导体资料的电子搬迁开释特定波长的能量发生可见光。经过近50年的开展,该技能现已广泛地运用到平时生活照明和特别作业的照明,其具有节能、环保、安全、可靠性高、实用性强、呼应时间短等长处。但因为发光强度的约束,一向没有打破手术照明的请求规模。2004年超高亮度的LED光引擎及光机的诞生使得这项技能运用到手术照明范畴成为可能,咱们将运用LED技能规划无障碍智能化LED节能手术间照明体系,该规划有寒光源、节能环保、色温文光强无级可调的长处。一起,选用LED芯片制备的手术无影灯能够有用处理如今手术照明体系体积巨大且能耗高的疑问,有利于进步手术室的空气净化质量,下降手术室净化保护本钱,能够最大极限地满意临床手术照明的客观请求,并能供给愈加优胜的手术照明作用。


1.2 项目布景/选题动机

手术无影灯是手术室内首要的设备,请求能明晰地调查处于切断和体腔中不一样深度,巨细和对比度低的物体。因为手术时医师的头、手和器械均可能对手术部位形成搅扰暗影,因而手术无影灯请求能消除暗影,并将色彩失真降到最低程度。一起,无影灯还有必要能长期地持续作业而坚持低温状况。


传统的卤素灯泡无影灯沿用了数百年,尽管阅历了无数次改善,但因为卤素灯泡自身的缺陷(①照明质量较差,简单形成医师视觉疲惫;②超高红外热辐射,给手术医师带来不适感;③固定色温,不易明晰地分辩各种组织、器官,不利于进一步进步手术质量;④功耗大,均匀功率1000W;⑤巨大的灯具构造,阻扰净化空气正常流转、下降消毒净化作用;⑥保护本钱高,每月检查、灯泡寿数均匀1000h),使暴露出的疑问一向没有从根本上得到极好的处理。


相对于卤素灯来讲,LED无影灯运用的是一个全新的技能渠道,它的出现是伴跟着LED技能的不断开展老练而完成的,如今LED的芯片规划和封装技能现已能够充分满意无影灯在照度和显色指数上的请求,一起契合当前医院全体绿色照明的请求。另外,LED光源的光谱散布也决议了其十分合适作为手术无影灯的光源。


因为无障碍智能化LED节能手术间照明体系,具有绿色环保,长寿数、低热量,机械强度高,抗冲击和抗震动能力强等特色,能够处理传统卤素光源无影灯存在的疑问。有望替代现行的手术间照明体系,将会具有十分首要的应用推行价值和商场价值。


二、需求分析

2.1 功用请求

手术灯无影灯,一方面有必要能够确保手术室照亮堂度,使得医师能够准确的分辩轮廓、色彩和移动,另一方面请求无影照明。因而,请求手术灯要供给挨近日光质量的光强度(起码为10万照度),而且亮度可调。在手术过程中如遇故障,能够在短时间内主动切换备用灯泡。手术灯在光照亮堂的一起,还有必要防止发生热量,手术灯还能确保色温高达4000色温以上,挨近于日光,使双眼感知的色彩更明晰,而且不会使医护人员因长期作业而双眼疲惫。


本规划完结的手术间照明体系有必要具有如下请求:


1.手术照亮堂度,选用特别规划的精密光学体系,光运用率高、光照均匀、明晰度高;


2.寒光, 选用LED作为手术灯光源,无红外辐射,具有超卓的寒光作用;


3.无暗影,选用多光源光斑主动聚集的智能操控;


4.安全的手术照明,光源选用低压直流供电和特别的电源组件,具有过压、短路等保护功用,彻底消除安全隐患;


5.可拆卸消毒,选用现代流线型规划,满意当今手术室清洁、消毒和高规范层流请求;


此外,选用微电脑数字办法无级调控,一起还能坚持其准确的色温,为医师准确判断供给可靠确保,且亮度调理操控具有回忆和显示功用以及软开关,方便调理和运用。


 图1 体系架构

图1 体系架构


2.2 功用请求

1.具有足够的照度 

无影灯的照度已可达150,000LUX以上,挨近夏日晴天阳光下的亮度。实际运用的照度通常以40000~100000LUX为宜,过亮会影响视力。在供给足够照度的一起,应防止光束在手术器械上发生眩光。眩光影响视力和视觉,易使双眼发生疲惫。不利外科医师的手术进行,无影灯的照度与手术室内的光照度不该相差太大,某些照度规范规则,整照明的照度以有些照明照度的十分之一为宜。手术室的全体照度应在1000LUX以上。


2.无影度高

LED光源的二次光学规划,进步光源的光运用率并到达远距离聚光、光斑均匀性和无影化。


3.温度低


4.光质好

所谓光质好即是所供给的光束能实在映现血液、组织的色彩及其改动。这种功用通常称为显色性,它以光源的分光散布所算得的显色指数值来表明,最好显色指数为100。显色性与色温有很大关系。请求能到达6000K色温,实在显色性约为70-90,有用显色性则挨近100。


5.操作方便

手术无影灯在手术过程中应能接连改动方位与方向,操作有必要简单、灵敏、简便、制动疾速、有用。灯体基地部位应装有可灭菌的操作手柄,高级商品还装有导光纤维深部寒光灯、彩色电视拍摄设备和通风设备。


6.经济性和安全性

LED光源寿数长达20000小时以上,而且抗震不易损坏;LED选用低压直流供电安全节能。


三、方案规划

3.1 体系功用完成原理

因为单个 LED 的发光功率不能满意手术无影灯的光照强度和均匀性的请求,因而需求用多个LED构成阵列并请求摆放合理,散布均匀,使得每个方针平面的光照度契合请求,以此来决议LED 的数量以及散布规则。尽管 LED 的发光功率高,发生的热量少,可是如此多的LED 在一个密封的箱体内,仍是会发生大量的热量,温度甚至会高达60℃~80℃,所以有必要合理规划散热器以及散热通道,以有用地下降体系热阻。


LED手术无影灯由多个灯头构成,成花瓣状,固定在平衡臂悬挂体系上,定位安稳,能做笔直或循环移动,可满意手术中不一样高度和视点的需求。全部无影灯有216个高亮度白色LED,18个串联成一组即称为高亮度发光二极管串。以18组并联而成。每组彼此独立,若有一组损坏别的照样能够持续作业,所以对手术的影响较小,每组独自进行恒流驱动并依据用户需求承受一个微处理器的 PWM 脉宽调理操控,可无级调理,流过每个LED的电流约为 125~325 mA 。LED无影灯电气原理图如图所示。


 体系硬件构造框图

体系硬件构造框图


3.2 硬件渠道选用及资源配置

本项目选用EVK1105作为规划渠道,AT32UC3A是完好的体系级芯片微操控器,选用VR32 UC RISC,作业频率高达66MHz,规划用于对本钱灵敏的嵌入式应用,特别是低功耗,高代码功率和高功用。 AT32UC3A集成闪存和SRAM存储器,外设直接存储器拜访操控器(PDCA),以及电源管理。此外还有多种通讯接口如UART,SPI,TWI,同步串行操控器,USB和以太网MAC等。


3.3体系App架构

本体系是由主操控渠道和终端构成,主操控渠道用的是EVK1105,终端选用Atmel 51系列单片机,因而本体系App有些也由两有些构成,主操控渠道担任接纳用户的操作指令,终端担任接纳主控台的指令,然后依据指令操控各个步进电机的旋转,因为咱们要把手术台上的平面坐标转化为咱们体系的里边的坐标,且每次移动到一个新的坐标,都要重新建立坐标系,核算量比较大,咱们充分运用AT32UC3A0512具有32位的长处,轻松能够核算转化成步进电机所转的视点,然后减轻终端的核算量。


 

EVK1105主控渠道首要担任接纳用用户的指令,如LCD接触屏坐标方位,以及方向键,来操控LED灯焦点在手术台上的移动,主控渠道接纳用户指令后,经过核算,把数据传给下位机(12个MCU构成),12个MCU别离操控每个LED的两轴联动,使得,在恣意时间12个LED灯中的9个LED灯的焦点一起能聚集到手术台上的恣意一点,来到达消除影子的功用。


3.3.1主控渠道

LCD接触疾速定位,咱们将LCD屏幕用虚线将手术台分成12个块,用手指点击其中一块,手术台上方的LED灯迅速移动到这块面积对应手术台上对应块的基地方位,然后经过方向键来准确调整平面坐标,来到达手术无影灯集中光点在手术台上恣意点方位。


3.3.2 终端单片机操控

用单片机来完成两轴联操控的要害,是有必要首要找到合适单片机编程的直线及圆弧轨迹的两轴联动的操控办法。为了便于两轴联运的单片机程序规划,一种最简便的办法是设置两个容量为某必定值D的累加器Ex 及Ey,然后按必定的时钟频率f,向两累加器中别离累加一个增量△x, △y,亦即每个时钟到来时,作一次加下核算。


3.4 体系App流程


体系App流程图

体系App流程图


3.4 体系估计完成成果

本项目研制一种无障碍智能化节能手术间体系,该体系将LED手术照明与手术室建造及净化工程相结合,处理无障碍智能化节能手术间的要害技能,并在集成大功率LED芯片规划、光源模块的散热规划及灯具的组织规划、均匀度无影化灯具的二次光源规划、LED照明光源规划与手术室净化体系规划构造等方面获得打破。

来源:EEFOCUS

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