CN102841353A - 一种照射距离测定仪及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照射距离测定仪及其实现方法，所述照射距离测定仪由KS103超声测距模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块和供电模块电气连接，采用C语言为软件编程语言，通过查询等待的方式实现；所述照射距离测定仪具有低功耗和高精度的特征，操作简便，性能可靠，精度很高，小巧便携，可以矫正由温度引起的测量误差，适用于激光、红外、微波等各种辐射治疗仪和患者间距离测量，以提升治疗质量，确保疗效，防止医疗事故的发生。

Description

一种照射距离测定仪及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种用于辐射治疗仪的辅助设备及其实现方法，尤其是一种照射距离测定仪及其实现方法。

背景技术

现阶段，激光、红外、微波等辐射治疗仪已广泛应用于医学及动物实验中，在使用过程中，需要对治疗剂量进行实时监控。在中国专利94227406.7《多功能高精度超声测距报警器》中公开了一种由超声波发射电路、接收电路、显示及报警电路、供电电路组成的多功能高精度超声测距报警器，该报警器由超声接收电路接收由发射电路发射并在物质表面反射的超声回波，通过数码管显示并使用声光报警。然而，该设备存在无法针对辐射治疗操作人员的具体需求设定简单可靠的最大、最小功率密度报警域；无法广泛安装在各种特定的临床辐射治疗仪器上，同时测量角度无法自由改变；体积大、功耗高等不足。而93226429.8《一种超声测距与报警装置》及201120104552.9《六根线缆超声测距报警电路》同样存在上述不足之处。

因此，研发一种新型的辐射治疗仪的辅助设备来彻底解决辐射治疗过程中操作人员只能凭经验大略的确定照射距离，从而导致剂量误差大以及患者的移动或操作人员目测造成的剂量误差等问题，具有非常重要的临床实践意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种照射距离测定仪。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述照射距离测定仪的实现方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种照射距离测定仪，由以下模块组成：

KS103超声测距模块，包括超声波发射探头、超声波接收探头、温度传感器和IIC总线接口，所述超声波发射探头、超声波接收探头分别与温度传感器线路连接，该温度传感器与IIC总线接口线路连接；

单片机控制模块，包括核心控制芯片，IIC通讯接口和控制按键，所述核心控制芯片分别与IIC通讯接口和控制按键连接，所述IIC通讯接口通过IIC总线与KS103超声测距模块的IIC总线接口及液晶显示窗口连接，所述控制按键包括开机按键、背光开关按键、警报开关按键和警报距离按键；

显示模块，包括液晶显示窗口和LED背光光源，通过调整显示窗口电压为2.7V-3.6V的分压电阻与核心控制芯片线路连接；

报警模块，为LED和/或蜂鸣器，所述LED和/或蜂鸣器与核心控制芯片线路连接；

供电模块，为电池或USB供电电源，与核心控制芯片线路连接。

优选的，上述照射距离测定仪，所述核心控制芯片的型号为Atmegal16L。

优选的，上述照射距离测定仪，所述液晶显示窗口为T13232C018点阵液晶显示窗口。

优选的，上述照射距离测定仪，所述电池为3.7V锂离子电池。

优选的，上述照射距离测定仪，还包括用于放置KS103超声测距模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块和供电模块的控制盒，其中显示模块的液晶显示窗口和LED背光光源、以及单片机控制模块的控制按键设置于所述控制盒的外表面，所述控制盒的盒体表面还设有与KS103超声测距模块的超声波发射探头和超声波接收探头相适应的超声发射探头输出口和超声接收探头输入口。

优选的，上述照射距离测定仪，还包括导光臂卡具，所述导光臂卡具设有“凹”字型塑封外壳，该塑封外壳内侧依次固定有固定海绵和衬底海绵，所述塑封外壳通过弹簧固定于所述控制盒的一侧。

优选的，上述照射距离测定仪，所述固定海绵和衬底海绵具有相配合的凹凸结构。

优选的，上述照射距离测定仪，还包括由金属软管和底座组成的金属软管底座系统，所述金属软管一端和底座螺纹固定连接，该金属软管另一端和所述控制盒的盒体底部螺纹固定连接。

优选的，上述照射距离测定仪，所述底座为金属底座。

优选的，上述照射距离测定仪，所述底座为铸铁底座。

上述照射距离测定仪的实现方法，采用C语言为软件编程语言，通过查询等待的方式，在每次测量后均检测是否需要报警，在按键按下后，修改和按键相关变量，再利用这些关键变量来控制实现各种功能和设置，上述照射距离测定仪的实现方法，具体实现方法为：

（1）开机后，核心控制芯片首先通过IIC总线向液晶显示窗口发送地址信息并建立连接，同时打开LED背光光源；

（2）建立连接后即显示开机画面，在开机画面持续显示的同时通过IIC总线和KS103超声测距模块建立连接，发送初始设置命令；

（3）在开始读数后，将读数显示在液晶显示窗口上，然后循环显示；循环显示过程中，始终查询各控制按键相关变量值，并做控制按键按下条件的检测，一旦检测到控制按键按下，就在防抖程序的基础上设置相关变量，并调用相关显示程序。

优选的，上述照射距离测定仪的实现方法，所述初始设置命令包括关闭LED背光光源和/或设5S无信号等待。

本发明的有益效果是：

上述照射距离测定仪，采用低功耗配件，能够保证在由锂聚合物电池作为电源的情况下，能够长时间工作；尺寸小、重量轻，导光臂卡具的设计使得该照射距离测定仪可以方便的悬挂在需要的仪器上，扩展了其使用范围；金属软管底座系统的设置满足了光纤式治疗仪出光口对角度和定位的需求；使用方法简单，实现了一键设置报警距离，满足临床人员的使用需求。可见，该照射距离测定仪具有低功耗和高精度的特征，操作简便，性能可靠，精度很高，小巧便携，可以矫正由温度引起的测量误差，适用于激光、红外、微波等各种辐射治疗仪和患者间距离测量，以提升治疗质量，确保疗效，防止医疗事故的发生。

附图说明

图1是本发明所述照射距离测定仪的内部结构连接关系框图；

图2是本发明所述照射距离测定仪实现方法的软件流程图；

图3是本发明所述照射距离测定仪的外部结构示意图。

图中：1-超声发射探头输出口2-超声接收探头输入口

3-LED背光光源4-液晶显示窗口5-控制按键

6-衬底海绵（导光臂卡具）7-固定海绵（导光臂卡具）

8-塑封外壳（导光臂卡具）9-金属软管10-铸铁底座

11-控制盒

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施方式对本发明所述技术方案作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种照射距离测定仪，由以下模块组成：

KS103超声测距模块，包括超声波发射探头、超声波接收探头、温度传感器和IIC总线接口，所述超声波发射探头、超声波接收探头分别与温度传感器线路连接，该温度传感器与IIC总线接口线路连接；

单片机控制模块，包括Atmegal16L核心控制芯片，IIC通讯接口和控制按键，所述Atmegal16L核心控制芯片分别与IIC通讯接口和控制按键连接，所述IIC通讯接口通过IIC总线与KS103超声测距模块的IIC总线接口及T13232C018点阵液晶显示窗口连接，所述控制按键包括开机按键、背光开关按键、警报开关按键和警报距离按键；

显示模块，包括T13232C018点阵液晶显示窗口和LED背光光源，通过调整显示窗口电压为2.7V-3.6V的分压电阻与Atmegal16L核心控制芯片线路连接；

报警模块，为LED和/或蜂鸣器，所述LED和/或蜂鸣器与Atmegal16L核心控制芯片线路连接；

供电模块，为3.7V锂离子电池作为供电电源，与Atmegal16L核心控制芯片线路连接。

整个工作原理简述如下:

利用KS103超声测距模块上的DS18B20温度传感器，将现有的KS103超声测距模块作为该测定仪的传感器探头，通过将DS18B20温度传感器采集到的温度数据代入由核心控制芯片程序确定的温度补偿算法中，从而对KS103超声测距模块测得的距离进行温度补偿，测量精度可达1mm量级，测量误差为0.152mm，探测范围为1~5500mm，能够满足辐射治疗的使用需求；5s未收到控制指令，自动进入uA级休眠，工作时瞬间最大功率仅为53mW,满足低功耗要求；工作电压3.0～5.5V，满足了对供电的需求。KS103超声测距模块出厂时已设定有可调滤波降噪技术，在使用时通过在IIC总线上发送0x70-0x75共6个级别的降噪指令对KS101B/KS103进行配置,就可以有效克服电源噪声的影响，保证电源电压受干扰或噪音较大时，仍可正常工作，满足工作环境的要求；KS103模块使用IIC总线和单片机控制模块进行通讯，只要通过IIC总线由核心控制芯片向KS103模块发送指令即可设定相关功能。在实际使用中，使用探测结束智能识别功能，即探测过程中SCL将一直保持为低电平，用户可以通过查询SCL线是否变为高电平即while(!SCL)语句来等待，SCL线变为高则表明探测完毕，可以开始通过IIC总线接收到KS103探测到的16位数据。KS103超声测距模块使用多量程探测功能，即探测指令从0x01到0x2f，数值越大，信号增益越大。指令0x01对应量程约100mm，0x02对应量程约200mm，……，依此类推，0x2f对应量程约4700mm。量程越小，探测速度越快）；使用自动高精度温度补偿功能，即KS103探测出超声波在空气中的传输时间及相应环境温度，再通过声速换算出精确的距离值，根据不同电源情况使用电源降噪指令，打开温度探测(KS103探头上设计有18B20温度探测器，利用0xc9，0xca，0xcb，0xcc共4个探测指令，通过“IIC地址+寄存器2+0xc9/0xca/0xcb/0xcc”时序，延时或等待上表中所规定的相应时间后，再使用读取函数读寄存器2及寄存器3的值即为温度探测值)和光强探测功能（使用0xa0指令，通过“IIC地址+寄存器2+0xa0”时序，延时或等待1ms后然后再使用读取函数读寄存器2及寄存器3的值，即可快速获得环境光的强度），关闭LED探测显示（通过发送0xc1命令，关闭KS103超声测距模块上的LED灯，完成节约能耗的目的，从而有效节约能耗，设置休眠等待模式为5s（休眠模式默认为5s等待，5s内未收到探测指令则自动进入休眠模式）以达到进一步节约能耗的目的。

单片机控制模块使用Atmegal16L作为核心控制芯片，该款芯片的特点为工作电压2.7-5.5V，满足供电需求；最高工作频率为8MHz,满足KS103的IIC通讯协议最高通信速率不高于20kHz的使用要求；正常工作能耗为6.05mW,满足低功耗要求；尺寸仅为12.5*12.5mm,满足便携式的使用需求。在本发明的单片机将利用PC端口管脚作为IIC的通讯接口，和按键设置，该按键有开机按键、背光开关按键、警报开关按键和警报距离按键组成，其中背光开关按键通过单片机的PD7管脚控制LED背光光源点亮和关闭，该LED背光光源一个管脚接地，另一个管脚连接分压电阻，并通过三极管集电极控制连接电源，三极管作为开关，基极连接PD7管脚；警报距离按键包括最大距离按键和最小距离按键，设置为正常辐射治疗允许的最大、最小误差限，操作人员在合适的距离上连续按下警报距离按键，软件将记录下这两个距离值，并自动将其设定为最大，最小距离，在警报打开的情况下，一旦距离超出最大、最小值，仪器将报警，而当距离恢复正常时，报警将停止；背光开关按键为满足部分需要暗室条件的辐射治疗所设。整个测定仪的尺寸仅为42*20mm，满足便携式的使用需求。

可见，上述照射距离测定仪的超声测距模块、显示模块均通过IIC总线连接单片机控制模块并由单片机控制模块决定是否向报警模块发送报警信息；由于各个芯片所需供电电压不同，由电源模块统一进行供电。

实施例2

如图2所示，上述照射距离测定仪的实现方法，采用C语言为软件编程语言，通过查询等待的方式，在每次测量后均检测是否需要报警，在按键按下后，修改和按键相关变量，再利用这些关键变量来控制实现各种功能和设置，上述照射距离测定仪的实现方法，具体实现方法为：

开机后，Atmegal16L核心控制芯片首先通过IIC总线向T13232C018点阵液晶显示窗口发送地址信息并建立连接，同时打开LED背光光源；建立连接后即显示开机画面，在开机画面持续显示的同时通过IIC总线和KS103超声测距模块建立连接，发送包括关闭LED背光光源，设5S无信号等待等初始设置命令；在开始读数后，将读数显示在13232显示屏上，然后循环显示；循环显示过程中，始终查询各控制按键相关变量值，并做控制按键按下条件的检测，一旦检测到控制按键按下，就在防抖程序的基础上设置相关变量，并调用相关显示程序。

具体实现过程为：

开机后，电路初始化，在向超声测距模块传递上述设置指令后，超声测距模块开始测距，并显示测得距离。此时，系统进入循环显示距离并查询按键是否按下状态。如果背光开关按键被按下，将打开液晶显示器的背光；如果警报距离按键被第一次按下，液晶屏将显示“最大有效距离距离参数Y/N”，科研/医疗人员可根据实际需要，在液晶屏上显示距离达到需要的距离时，再次按下该警报距离按键，完成设置最大有效距离，最小距离按键也是同样操作。警报开关按键可选择三种模式，蜂鸣器警报、LED警报和无警报，每次按下后，都会循环切换这三种模式的一种，从而完成整个设置过程。

实施例3

如图3所示，一种照射距离测定仪，还包括用于放置实施例1所述KS103超声测距模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块和供电模块的控制盒11（各模块之间的连接及工作关系同实施例1和实施例2）、导光臂卡具和金属软管底座系统，其中显示模块的液晶显示窗口4和LED背光光源3、以及单片机控制模块的控制按键5设置于所述控制盒11的外表面，其中LED背光光源3采用5mW半导体激光管，根据所辅助测量的治疗机波长的不同，选择红光或是绿光输出，所述控制盒11的盒体表面还设有与KS103超声测距模块的超声波发射探头和超声波接收探头相适应的超声发射探头输出口1和超声接收探头输入口2；所述导光臂卡具设有“凹”字型塑封外壳8，该塑封外壳8内侧依次固定有固定海绵7和衬底海绵6，所述固定海绵7和衬底海绵6具有相配合的凹凸结构，从而确保在出光过程中，光纤位置不会发生变化而造成事故，所述塑封外壳8通过弹簧固定于控制盒11的左侧，通过弹簧有限的拉伸，在海绵衬底上创造出空隙，当光纤进入缝隙后，令弹簧恢复原状，即可卡紧光纤；所述金属软管底座系统由金属软管9和铸铁底座10组成，所述金属软管9一端和铸铁底座10螺纹固定连接，该金属软管9另一端和所述控制盒11的盒体底部固定连接，使用过程通过弯曲金属软管9即可满足出光口对角度和位置的要求。

上述参照具体实施方式对该一种照射距离测定仪及其实现方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种照射距离测定仪，其特征在于：由以下模块组成：

KS103超声测距模块，包括超声波发射探头、超声波接收探头、温度传感器和IIC总线接口，所述超声波发射探头、超声波接收探头分别与温度传感器线路连接，该温度传感器与IIC总线接口线路连接；

单片机控制模块，包括核心控制芯片，IIC通讯接口和控制按键，所述核心控制芯片分别与IIC通讯接口和控制按键连接，所述IIC通讯接口通过IIC总线与KS103超声测距模块的IIC总线接口及液晶显示窗口连接，所述控制按键包括开机按键、背光开关按键、警报开关按键和警报距离按键；

显示模块，包括液晶显示窗口和LED背光光源，通过调整显示窗口电压为2.7V-3.6V的分压电阻与核心控制芯片线路连接；

报警模块，为LED和/或蜂鸣器，所述LED和/或蜂鸣器与核心控制芯片线路连接；

供电模块，为电池或USB供电电源，与核心控制芯片线路连接。

2.根据权利要求1所述的照射距离测定仪，其特征在于：所述核心控制芯片的型号为Atmegal16L。

3.根据权利要求1所述的照射距离测定仪，其特征在于：所述液晶显示窗口为T13232C018点阵液晶显示窗口。

4.根据权利要求1所述的照射距离测定仪，其特征在于：所述电池为3.7V锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的照射距离测定仪，其特征在于：还包括用于放置KS103超声测距模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块和供电模块的控制盒，其中显示模块的液晶显示窗口和LED背光光源、以及单片机控制模块的控制按键设置于所述控制盒的外表面，所述控制盒的盒体表面还设有与KS103超声测距模块的超声波发射探头和超声波接收探头相适应的超声发射探头输出口和超声接收探头输入口。

6.根据权利要求5所述的照射距离测定仪，其特征在于：还包括导光臂卡具，所述导光臂卡具设有“凹”字型塑封外壳，该塑封外壳内侧依次固定有固定海绵和衬底海绵，所述塑封外壳通过弹簧固定于所述控制盒的一侧。

7.根据权利要求6所述的照射距离测定仪，其特征在于：所述固定海绵和衬底海绵具有相配合的凹凸结构。

8.根据权利要求5或6或7所述的照射距离测定仪，其特征在于：还包括由金属软管和底座组成的金属软管底座系统，所述金属软管一端和底座螺纹固定连接，该金属软管另一端和所述控制盒的盒体底部螺纹固定连接。

9.权利要求1-8之一所述的照射距离测定仪的实现方法，其特征在于：采用C语言为软件编程语言，通过查询等待的方式，在每次测量后均检测是否需要报警，在按键按下后，修改和按键相关变量，再利用这些关键变量来控制实现各种功能和设置，上述照射距离测定仪的实现方法，具体实现方法为：

（1）开机后，核心控制芯片首先通过IIC总线向液晶显示窗口发送地址信息并建立连接，同时打开LED背光光源；

（2）建立连接后即显示开机画面，在开机画面持续显示的同时通过IIC总线和KS103超声测距模块建立连接，发送初始设置命令；

（3）在开始读数后，将读数显示在液晶显示窗口上，然后循环显示；循环显示过程中，始终查询各控制按键相关变量值，并做控制按键按下条件的检测，一旦检测到控制按键按下，就在防抖程序的基础上设置相关变量，并调用相关显示程序。

10.根据权利要求9所述的照射距离测定仪的实现方法，其特征在于：所述初始设置命令包括关闭LED背光光源和/或设5S无信号等待。

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