CN104822218A - 一种基于can总线的医用x线高压发生器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，包括依次连接的控制台MCU模块、高压发生器和球管，所述高压发生器包括电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块和高压逆变器及变压器，所述控制台MCU模块、电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块通过CAN总线相互连接，所述高压逆变器及变压器分别连接高压回路控制模块和球管。与现有技术相比，本发明具有灵活可靠、成本低、系统性能好等优点。

Description

一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统

技术领域

本发明涉及医用X射线机领域，尤其是涉及一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统。

背景技术

医用X射线高压发生器技术的发展经历了从工频50Hz到中频数百Hz，直至高频数十至上百kHz的发展阶段，高压发生器的工作频率的提高带来了设备体积重量的大大减小、功率密度的大幅提高，性能指标和成像质量都有了大的飞跃。

目前的医用X线高压发生器控制系统由于采用一个主CPU对整个高压发生器各个模块进行自检、过程控制。实际应用中受到单CPU的IO口及各个模块之间的控制线及信号线的接插件线索条数的限制，只能采集到有限的开关量和模拟量，在产品生产及运行工作中，自行检测的能力较弱，并且没有热管理系统。

由于在设计时各个模块的接插件各线定义已经由总体方案确定，各个模块设计自由度变得很小，各个模块改进升级困难。系统的扩展也有问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵活可靠、成本低、性能好的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，包括依次连接的控制台MCU模块、高压发生器和球管，所述高压发生器包括电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块、高压逆变器及变压器，所述控制台MCU模块、电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块通过CAN总线相互连接，所述高压逆变器及变压器分别连接高压回路控制模块和球管。

所述控制台MCU模块、电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块均分别包括一个MCU和一个CAN传输单元，所述MCU与CAN传输单元连接，各所述CAN传输单元通过CAN总线相互连接。

所述CAN传输单元包括相连接的CAN总线控制器和CAN总线收发器。

所述控制台MCU模块通过以太网与远程服务器连接。

所述电源接口模块中的MCU包括：

上电控制单元，用于对系统上电过程进行控制；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测；

散热风扇控制单元，用于利用PID法对散热风扇进行无级变速控制。

所述旋转阳极驱动模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

驱动电流检测单元，用于对旋转阳极定子启动绕组和运行绕组的驱动电流进行检测；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

所述高压回路控制模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

高压启动停止单元，用于根据旋转阳极驱动电流、灯丝电流及控制台MCU模块的曝光指令进行高压回路的启动或停止操作；

电压电流检测单元，用于对高压回路的输出进行电压、电流检测；

温度检测单元，用于检测高压回路中的高压逆变器大功率MOS管及电解电容进行温度检测，并将检测到的温度值发送至电源接口模块；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

所述大小焦灯丝电源模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

灯丝驱动电路启动单元，用于根据控制台MCU模块的曝光准备指令启动灯丝驱动电路；

灯丝电流检测单元，用于对灯丝电流值进行检测；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

所述AEC拍片控制模块中的MCU包括：

X射线剂量设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线剂量进行设定；

曝光自动切断单元，用于在电离室测量的电离电流积分电压值达到X射线剂量对应的电压值时，自动切断曝光；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

所述IBS透视控制模块中的MCU包括：

X射线影像亮度值设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线影像亮度值进行设定；

电压电流调整单元，用于根据X射线影像信号自动调整高压发生器输出的电压电流值使影像信号亮度保持恒定；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的高压发生器中每个模块均有独立的MCU，毎个MCU有十几个输入通道模数转换器、多达几十个快速I/O通道。除了必要的工作通道外，多余的都可用来做测量用，提高了系统的可扩展性。MCU中一般包括模数转换器，可将其用于测模拟电平，整个系统相当于使用了一个几十通道的示波器。

(2)本发明的I/O通道定义为输入端后可用于测量逻辑电平。整个系统相当于使用一个几十通道的逻辑分析仪。

(3)由于温度值是电子设备中有关可靠性和使用寿命的重要参数，本发明各模块还可以通过MCU芯片自带温度传感器，以及根据需要可使用低成本温度传感器对温度敏感点进行温度检测、特别增加了对高压逆变器大功率MOS管及电解电容器的温度进行检测。在整机多点温度传感器可测量温度的基础上，系统增加了热管理系统，对散热风扇进行无级调速控制，可有效的降低了系统不同部位的峰值温度，提高了整个系统的可靠性和使用寿命。

(4)由于本发明各模块设有独立的MCU，能很方便采集到大量的逻辑电平、模拟量、温度值，可以对这些测量值进行判断，区别为正常、临界和不正常，并且自动对临界和不正常做出提示和报警，同时可指出故障点的位置。即系统有很强的自诊断功能。

(5)本发明系统可建立十分详细的工作日志文档，十分便于现场维修，同时也为系统作远程诊断打下了良好的基础。

(6)由于本发明各MCU与CAN总线相连十分方便，使得各模块及整个系统的升级和扩展会变得容易。

(7)本发明大幅度减少了各模块控制线及信号线的接插件和线索条数，有效提高可靠性并降低了成本。

(8)由于各模块的MCU有相对更多的资源可独立进行更为严谨的过程控制，整个系统的性能也得到了提升。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明各模块的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，包括依次连接的控制台MCU模块1、高压发生器和球管9，高压发生器包括电源接口模块2、旋转阳极驱动模块3、高压回路控制模块4、大小焦灯丝电源模块5、AEC拍片控制模块6、IBS透视控制模块7和高压逆变器及变压器8，控制台MCU模块1、电源接口模块2、旋转阳极驱动模块3、高压回路控制模块4、大小焦灯丝电源模块5、AEC拍片控制模块6、IBS透视控制模块7通过CAN总线相互连接，高压逆变器及变压器8分别连接高压回路控制模块7和球管9。

如图2所示，控制台MCU模块1、电源接口模块2、旋转阳极驱动模块3、高压回路控制模块4、大小焦灯丝电源模块5、AEC拍片控制模块6、IBS透视控制模块7。毎个模块均分别包括一个MCU和一个CAN传输单元，MCU与CAN传输单元连接，各CAN传输单元通过CAN总线相互连接。CAN传输单元包括相连接的CAN总线控制器和CAN总线收发器。由于在整个系统中使用了七个MCU，每个MCU有十几个输入通道模数转换器、多达几十个快速I/O通道。除了必要的工作通道外，多余的都可用来作测量用，提高了系统的可扩展性。

控制台MCU模块1通过以太网与远程服务器连接，其中的MCU主要实现功能如下：

1)对系统进行手动或自动工作模式的设定。

2)在手动工作模式下进行KV(电压)、mA(电流)、曝光时间等参数的设定。

3)曝光准备及曝光指令的发出。

4)工作日志及故障错误资料的显示等。

5)通过以太网口可实现系统的远程诊断功能。

6)对本模块主要工作点及各电源电压电流进行检测。

电源接口模块2中的MCU包括：

上电控制单元，用于对系统上电过程进行控制。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

散热风扇控制单元，用于利用PID法对散热风扇进行无级变速控制，具体为：对高压逆变器大功率MOS管及电解电容器的温度值与温度设定值相减，其得到的误差值进行PID计算并对散热风扇进行无级变速控制，有效的降低了高压逆变器大功率MOS管及电解电容器的峰值温度。

旋转阳极驱动模块3中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作，包括根据控制台指令进行高速、低速工作方式选择以及根据控制台MCU曝光准备指令进行旋转阳极的定子启动电压和运转电压定时切换。

驱动电流检测单元，用于对旋转阳极定子启动绕组和运行绕组的驱动电流进行检测。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

高压回路控制模块4中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作，包括根据控制台MCU给出KV值进行KV值设定以及根据控制台MCU给出曝光时间值进行曝光时间值设定。

高压启动停止单元，用于根据旋转阳极转速、灯丝电流及控制台MCU模块的曝光指令进行高压回路的启动或停止操作，具体为：在旋转阳极达到规定转速、灯丝电流达到工作电流的条件下，根据控制台MCU给出曝光指令，启动高压回路，产生高压输出到X球管。当产生高压的时间达到曝光时间值时，停止高压回路工作，X球管停止曝光。

电压电流检测单元，用于对高压回路的输出进行电压、电流检测。

温度检测单元，用于检测高压回路中的高压逆变器大功率MOS管及电解电容进行温度检测，并将检测到的温度值发送至电源接口模块。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

大小焦灯丝电源模块5中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作，包括根据控制台MCU给出指令进行大小焦工作方式选择以及根据控制台MCU给出X球管mA值进行灯丝电流值设定。

灯丝驱动电路启动单元，用于根据控制台MCU模块的曝光准备指令启动灯丝驱动电路。

灯丝电流检测单元，用于对灯丝电流值进行检测。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

AEC拍片控制模块6中的MCU包括：

X射线剂量设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线剂量进行设定。

曝光自动切断单元，用于在电离室测量的电离电流积分电压值达到X射线剂量对应的电压值时，自动切断曝光。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

IBS透视控制模块7中的MCU包括：

X射线影像亮度值设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线影像亮度值进行设定。

电压电流调整单元，用于根据X射线影像信号自动调整高压发生器输出的电压电流值使影像信号亮度保持恒定，具体为：通过各种方式把X射影像信号转换为与影像信号的亮度成正比的直流模拟量信号，与控制台MCU给出X射影像亮度值相减，其得到的误差值用以自动调整发生器输出的KV及mA值，使亮度电压信号保持恒定，使不同厚度的人体的影像信号亮度保持亮度恒定。

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

高压逆变器及变压器8的工作原理为：高压逆变器接受高压回路控制模块的控制，产生高频交流电压并经变压器升压整流，输出直流高压。

球管9在旋转阳极驱动模块驱动下，旋转阳极达到正常转速，在大小焦灯丝电源模块驱动下，灯丝达到正常电流值，在高压逆变器及变压器输出的直流高压作用下，产生X射线。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，包括依次连接的控制台MCU模块、高压发生器和球管，其特征在于，所述高压发生器包括电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块和高压逆变器及变压器，所述控制台MCU模块、电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块通过CAN总线相互连接，所述高压逆变器及变压器分别连接高压回路控制模块和球管。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述控制台MCU模块、电源接口模块、旋转阳极驱动模块、高压回路控制模块、大小焦灯丝电源模块、AEC拍片控制模块、IBS透视控制模块均分别包括一个MCU和一个CAN传输单元，所述MCU与CAN传输单元连接，各所述CAN传输单元通过CAN总线相互连接。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述CAN传输单元包括相连接的CAN总线控制器和CAN总线收发器。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述控制台MCU模块通过以太网与远程服务器连接。

5.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述电源接口模块中的MCU包括：

上电控制单元，用于对系统上电过程进行控制；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测；

散热风扇控制单元，用于利用PID法对散热风扇进行无级变速控制。

6.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述旋转阳极驱动模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

驱动电流检测单元，用于对旋转阳极定子启动绕组和运行绕组的驱动电流进行检测；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

7.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述高压回路控制模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

高压启动停止单元，用于根据旋转阳极转速、灯丝电流及控制台MCU模块的曝光指令进行高压回路的启动或停止操作；

电压电流检测单元，用于对高压回路的输出进行电压、电流检测；

温度检测单元，用于检测高压回路中的高压逆变器大功率MOS管及电解电容器进行温度检测，并将检测到的温度值发送至电源接口模块；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

8.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述大小焦灯丝电源模块中的MCU包括：

控制台指令接收单元，用于接收控制台MCU模块的控制指令，并根据指令进行相应操作；

灯丝驱动电路启动单元，用于根据控制台MCU模块的曝光准备指令启动灯丝驱动电路；

灯丝电流检测单元，用于对灯丝电流值进行检测；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

9.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述AEC拍片控制模块中的MCU包括：

X射线剂量设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线剂量进行设定；

曝光自动切断单元，用于在电离室测量的电离电流积分电压值达到X射线剂量对应的电压值时，自动切断曝光；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。

10.根据权利要求2所述的基于CAN总线的医用X线高压发生器控制系统，其特征在于，所述IBS透视控制模块中的MCU包括：

X射线影像亮度值设定单元，用于根据控制台MCU模块的指令对X射线影像亮度值进行设定；

电压电流调整单元，用于根据X射线影像信号自动调整高压发生器输出的电压电流值使影像信号亮度保持恒定；

模块自检测单元，用于对本模块的工作点及电源电压电流进行检测。