CN107969039A - 一种数字化手术室led无影灯用电路控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，它包括微处理器、模式转换电路、通讯控制电路；微处理器的输入端设置有电源处理模块、输出端设置有信号处理电路；信号处理电路的另一端通过模式转换电路与LED驱动信号输出电路相连接；LED驱动信号输出电路分支为正白光LED驱动信号输出电路、冷光LED驱动信号输出电路、暖光LED驱动信号输出电路以及正白腔镜专用LED驱动信号输出电路；微处理器的输入端还设置有障碍检测模块接口、光斑位置采样电路，输出端设置有驱动控制接口、电动调焦电路。本发明具备三种通讯方式以及五种工作模式，且五种工作模式下均可以实现无极调光或任意档位的亮度调节，还具备自动检测光线遮挡功能。

Description

一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统

技术领域

本发明涉及一种电路控制系统，尤其涉及一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统。

背景技术

近些年，各大医院的手术室设备正朝着一体化、智能化、数字化方向发展。但是传统的LED手术无影灯由于其控制的独立性，只能在控制面板上进行控制操作，无法实现一体化、智能化的管理控制和维护。除此之外，现有的LED手术无影灯还存在以下缺陷：1)一般通过消毒手柄手动调节无影灯光斑的大小，无法实现智能控制而且操作不够方便；即使有采用电动调焦的方式，也是基于人工点动按钮的控制，无法实现精确的数字调节；2)电路结构简单，很难实现如色温调节、腔镜模式、明亮模式的同时存在，而且传统的色温调节一般只选用高低色温两种系列的灯珠，色温的改变，容易引起照度的改变；3)传统的LED无影灯一般为整体控制，不具有自动检测光线遮挡功能，使得光线利用率不高，而且遮挡较多时会使中心光斑照度下降严重。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，包括微处理器、模式转换电路、通讯控制电路；微处理器的上端设置有电源处理模块，电源处理模块的另一端通过输入保护电路与电源输入模块相连接；输入保护电路用于提供过压保护以及反接保护；微处理器的下端设置有通讯控制电路，用于接入外界通讯设备；

微处理器的左端设置有信号处理电路，信号处理电路的另一端通过模式转换电路与LED驱动信号输出电路相连接；微处理器发出的高频PWM信号经过信号处理电路之后得到纯直流的驱动信号，驱动信号经过模式转换电路进行分支，将LED驱动信号输出电路分支为正白光LED驱动信号输出电路、冷光LED驱动信号输出电路、暖光LED驱动信号输出电路以及正白腔镜专用LED驱动信号输出电路；

冷光LED驱动信号输出电路以及暖光LED驱动信号输出电路的输出端，通过与正白光LED驱动信号输出电路或正白腔镜专用LED驱动信号输出电路的输出端相连后再连接至明亮模式控制电路中；明亮模式控制电路的输出端通过信号处理电路与微处理器相连，用于对正白光、冷光、暖光或正白腔镜专用光的亮度进行调节；

微处理器的输入端还设置有障碍检测模块接口、光斑位置采样电路，输出端设置有驱动控制接口、电动调焦电路；微处理器通过障碍检测模块接口的输入检测对LED无影灯的头部遮挡情况进行判断，若存在遮挡，则向驱动控制接口发出一个关断信号，从而关闭对应遮挡部位的灯亮，同时，微处理器向信号处理电路发出的PWM信号提高一个幅度等级，使手术中心的光斑照度保持一致；微处理器还通过光斑位置采样电路获取当前光斑位置大小的数据，然后控制控制电动调焦电路做出相应动作，使当前光斑大小与设定值一致。

通讯控制电路由数字通讯接口、液晶触摸显示屏和红外模块接口组成；液晶触摸显示屏用于实现客户操作盒内的控制操作、工作状态显示；红外模块接口用于实现免触控的红外无线遥控器通讯；数字通讯接口为远程485通讯接口，通过与外部总线连接实现LED无影灯的远程一体化控制和状态显示。

信号处理电路为RC滤波电路，当用户对照度要求特别高时，通过微处理器向明亮模式控制电路发出开启指令，通过改变RC滤波中R的值使得到的亮度直流信号幅度提高，从而进一步增加亮度。

光斑位置采样电路由一个可变阻值的电位器构成，随着光斑位置大小的变化，电位器会跟着传动改变位置，采样得到的电压就不同；通过微处理器内部的模数转换器计算得到相应的位置信息，当用户通过操作红外遥控器或通过液晶触摸显示屏输入所需要的光斑大小或远程操作光斑大小，微处理器会根据输入指令结合光斑位置采样电路的数据信息控制电动调焦电路作出相应动作。

微处理器的输出端还设置有预警与提示电路，用于控制蜂鸣器在电源过压、反接或用户通过红外遥控器、数字远程通讯设备对系统进行控制时发出区别性的提示音。

本发明具备三种通讯方式，可以方便地实现对任意手术室任意LED无影灯的状态进行数字化的实时控制与显示；可实现光斑大小的自动调节，且调节精准；具有正常模式、冷光模式、暖光模式、腔镜模式、明亮模式五种工作模式，且五种模式下均可以实现无极调光或任意档位的亮度调节；具备自动检测光线遮挡功能，而且在消除遮挡时能够通过进一步增加亮度来保持中心光斑的照度，使用效果更好。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的电气工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1～2所示的一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统包括微处理器、模式转换电路、通讯控制电路；微处理器的上端设置有电源处理模块，电源处理模块的另一端通过输入保护电路与电源输入模块相连接；输入保护电路用于提供过压保护以及反接保护；微处理器的下端设置有通讯控制电路，用于接入外界通讯设备；

通讯控制电路由数字通讯接口、液晶触摸显示屏和红外模块接口组成，可以实现三种通讯方式；液晶触摸显示屏为灯头部位开关控制盒自带，上面具有开关、亮度调节、色温调节、明亮模式控制、光斑调节功能，同时显示当前的对应状态信息，可以实现客户操作盒内的控制操作、工作状态显示；红外模块接口为方便用户实现无线控制操作而设计，使得使用更方便；数字通讯接口为远程485通讯接口，通过与外部总线连接实现LED无影灯的远程一体化控制和状态显示。

微处理器的左端设置有信号处理电路，信号处理电路的另一端通过模式转换电路与LED驱动信号输出电路相连接；微处理器发出的高频PWM信号经过信号处理电路之后得到纯直流的驱动信号，驱动信号经过模式转换电路进行分支，将LED驱动信号输出电路分支为正白光LED驱动信号输出电路、冷光LED驱动信号输出电路、暖光LED驱动信号输出电路以及正白腔镜专用LED驱动信号输出电路。

冷光LED驱动信号输出电路以及暖光LED驱动信号输出电路的输出端，通过与正白光LED驱动信号输出电路或正白腔镜专用LED驱动信号输出电路的输出端相连后再连接至明亮模式控制电路中；明亮模式控制电路的输出端通过信号处理电路与微处理器相连，用于对正白光、冷光、暖光或正白腔镜专用光的亮度进行调节。

其中，冷光和暖光信号通过配置不同的电阻，按照分压比不同，实现了输出信号的不同；而腔镜模式运用了关断输出节点的方式，通过微处理器发出控制指令给继电器动作，实现将分支电压拉低。这样几种模式的信号源仅使用一路调光信号，通过电路的转换实现了4路信号的分支与管理。

信号处理电路为RC滤波电路，当用户对照度要求特别高时，通过微处理器向明亮模式控制电路发出开启指令，通过改变RC滤波中R的值使得到的亮度直流信号幅度提高，从而进一步增加亮度。因此，本系统通过三种颜色灯珠组合的方式可以实现色温的调节，使得色温的改变对照度影响比较小。

微处理器的输入端还设置有障碍检测模块接口、光斑位置采样电路，输出端设置有驱动控制接口、电动调焦电路；微处理器通过障碍检测模块接口的输入检测，能得到LED无影灯下方8个分区的头部遮挡情况，如果哪个分区有遮挡，通过给驱动控制接口电路提供一个关断信号，这样就会关闭对应遮挡部位的灯亮，同时，微处理器送至信号处理电路的信号会提高一个幅度等级，使得手术中心的光斑照度保持一致；若遮挡超过2个分区，补偿便会无法满足要求，此时，微处理器会通过报警与提示电路断续发出滴的长音，同时通过液晶触摸显示屏显示手术区域遮挡超范围的提示。因此，本系统不仅具备自动检测光线遮挡功能，从而显著提高光线利用率，而且在消除遮挡时能够通过进一步增加亮度来保持中心光斑的照度，使用效果更好。

微处理器还通过光斑位置采样电路获取当前光斑位置大小的数据，然后控制控制电动调焦电路做出相应动作，使当前光斑大小与设定值一致。光斑位置采样电路由一个可变阻值的电位器构成，随着光斑位置大小的变化，电位器会跟着传动改变位置，采样得到的电压就不同；通过微处理器内部的模数转换器计算得到相应的位置信息，当用户通过操作红外遥控器或通过液晶触摸显示屏输入所需要的光斑大小或远程操作光斑大小，微处理器会根据输入指令结合光斑位置采样电路的数据信息控制电动调焦电路作出相应动作。因此，本系统可以实现光斑大小的精确控制，根据需要的光斑直径进行自动调节。

微处理器的输出端还设置有预警与提示电路，用于控制蜂鸣器在电源过压、反接或用户通过红外遥控器、数字远程通讯设备对系统进行控制时发出区别性的提示音，如：通电时提示滴短声一声，红外操作时，提示滴滴两声，远程控制时会有滴滴滴三声提示音同时触摸显示屏会提示正在远程操作，而当头部遮挡超过两处，光斑照度无法得到满足要求的补偿时，会断续发出滴的长音，显示屏也会有报警提醒。

本发明通过与液晶触摸显示屏、数字通讯接口电路、红外模块接口电路通讯，在得到控制指令后，通过微处理器给出相应的控制信号，经过信号处理后，通过模式转换电路送出LED驱动信号给灯头驱动部分，从而实现LED无影灯的数字控制。

结合图2，本发明的工作原理为：

A.电源输入经过P1端供电，D3、F1、TVS1等起输入保护作用、LS1为反接报警蜂鸣器；

B.C1-2、U1等为电源处理模块，经过处理后的电源为各功能电路供电；

C.U2及其外围电路为微处理器，P5端连接液晶触摸显示屏,P7端为红外模块接口，P2端为障碍检查模块接口，P3端为驱动控制接口，P6端为光斑位置采样电路，K5、K6及周围电路为电动调焦电路，LS2及其外围电路为提示报警电路；

D.R5-7、C6为信号处理电路，由微处理器U2发出50kHz高频PWM脉冲波加RC滤波技术实现纯直流调光，避免了灯珠PWM调光控制的频闪干扰一些医学摄影设备，同时对主刀医师眼睛起保护作用，可有效缓解用眼疲劳；此外灯珠具有1秒预热缓冲保护，灯珠启动过程经过1秒钟低亮，然后跳至设定亮度，每次用户调整亮度变化的档位被保存在微处理芯片中，下次开机自动获取上次保存的亮度档位；

E.Q1-3及周围电路为模式转换电路，通过模式转换电路可以实现正常模式、冷光模式、暖光模式、腔镜模式的任意切换，最后通过P8端输出驱动信号；Q4及周围电路为明亮明亮模式控制电路；

F.U3及周围电路为数字通讯接口电路，通过P9端与手术室一体化控制总线连接，根据通讯协议操作即可实时控制和显示无影灯的工作状态。

综上所述，本发明具有以下优势：

A.采用液晶触摸显示屏作为设备的人机交互界面，可以方便地进行控制与显示无影灯的亮度调节，还可以根据用户需要设置为无极调光或任意档数字调光；

B.具有正常模式、冷光模式、暖光模式、腔镜模式、明亮模式五种工作模式，且五种模式下均可以实现无极调光或任意档位的亮度调节；

C.具有智能光线防遮挡功能，使光线利用率高、同时保持光斑亮度稳定；

D.具有光斑大小检测并自动控制实现了数字调焦功能；

E.LED灯珠启动具有软启动功能：即LED灯珠点亮过程为先低亮1秒，然后跳变至设定亮度，降低灯珠电流冲击，有利于延长灯珠寿命，LED灯珠驱动信号使用纯直流驱动，实现了灯光的无频闪；

F.具有红外接口通讯功能，可实现免接触控制；

G.特有的数字通讯接口电路，可与外部总线连接，实现任意手术室任意LED无影灯的控制与显示；

H.本系统设计合理、结构简单、性能稳定、抗干扰能力强。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，其特征在于：它包括微处理器、模式转换电路、通讯控制电路；所述微处理器的上端设置有电源处理模块，电源处理模块的另一端通过输入保护电路与电源输入模块相连接；所述输入保护电路用于提供过压保护以及反接保护；所述微处理器的下端设置有通讯控制电路，用于接入外界通讯设备；

所述微处理器的左端设置有信号处理电路，信号处理电路的另一端通过模式转换电路与LED驱动信号输出电路相连接；微处理器发出的高频PWM信号经过信号处理电路之后得到纯直流的驱动信号，驱动信号经过模式转换电路进行分支，将LED驱动信号输出电路分支为正白光LED驱动信号输出电路、冷光LED驱动信号输出电路、暖光LED驱动信号输出电路以及正白腔镜专用LED驱动信号输出电路；

所述冷光LED驱动信号输出电路以及暖光LED驱动信号输出电路的输出端，通过与正白光LED驱动信号输出电路或正白腔镜专用LED驱动信号输出电路的输出端相连后再连接至明亮模式控制电路中；所述明亮模式控制电路的输出端通过信号处理电路与微处理器相连，用于对正白光、冷光、暖光或正白腔镜专用光的亮度进行调节；

所述微处理器的输入端还设置有障碍检测模块接口、光斑位置采样电路，输出端设置有驱动控制接口、电动调焦电路；微处理器通过障碍检测模块接口的输入检测对LED无影灯的头部遮挡情况进行判断，若存在遮挡，则向驱动控制接口发出一个关断信号，从而关闭对应遮挡部位的灯亮，同时，微处理器向信号处理电路发出的PWM信号提高一个幅度等级，使手术中心的光斑照度保持一致；微处理器还通过光斑位置采样电路获取当前光斑位置大小的数据，然后控制控制电动调焦电路做出相应动作，使当前光斑大小与设定值一致。

2.根据权利要求1所述的数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，其特征在于：所述通讯控制电路由数字通讯接口、液晶触摸显示屏和红外模块接口组成；所述液晶触摸显示屏用于实现客户操作盒内的控制操作、工作状态显示；所述红外模块接口用于实现免触控的红外无线遥控器通讯；所述数字通讯接口为远程485通讯接口，通过与外部总线连接实现LED无影灯的远程一体化控制和状态显示。

3.根据权利要求1所述的数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，其特征在于：所述信号处理电路为RC滤波电路，当用户对照度要求特别高时，通过微处理器向明亮模式控制电路发出开启指令，通过改变RC滤波中R的值使得到的亮度直流信号幅度提高，从而进一步增加亮度。

4.根据权利要求1所述的数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，其特征在于：所述光斑位置采样电路由一个可变阻值的电位器构成，随着光斑位置大小的变化，电位器会跟着传动改变位置，采样得到的电压就不同；通过微处理器内部的模数转换器计算得到相应的位置信息，当用户通过操作红外遥控器或通过液晶触摸显示屏输入所需要的光斑大小或远程操作光斑大小，微处理器会根据输入指令结合光斑位置采样电路的数据信息控制电动调焦电路作出相应动作。

5.根据权利要求1所述的数字化手术室LED无影灯用电路控制系统，其特征在于：所述微处理器的输出端还设置有预警与提示电路，用于控制蜂鸣器在电源过压、反接或用户通过红外遥控器、数字远程通讯设备对系统进行控制时发出区别性的提示音。