CN113064363B - 便携式x线医疗设备的2.4g/5g通信方式实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于便携式X线摄影系统的技术领域，具体地说是便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，包括以下步骤：功能任务模块将任务中的所需数据和指令与通信控制任务模块进行交互；通信控制任务模块设置高压发生器与上位机通信协议数据包和指令包并发送给2.4G/5G通信模块，建立高压静态和曝光时的无线通信流程。本发明采用2.4G/5G双频无线通信模块，易于实现，配置简单，功能多样，可以工作在两种不同的频段中选择，也可以选择高压发生器或路由器作为AP热点Station模式；无线通信应用于便携式高压发生器的使用上，提高了产品移动性和灵活性。
Description
技术领域
本发明属于便携式X线摄影系统的技术领域，具体地说是便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法。
背景技术
当今数字化X线摄影技术的发展，出现了许多种类的数字化X线医用摄影诊断设备，其中便携式X线数字化摄影诊断设备是所有医用摄影诊断设备中应用最灵活的一种。该设备具有轻巧的机身、简易操控面板、应用自由灵活以及一机多用的特点，广泛应用于家庭、户外以及野战等领域。
便携式X线摄影设备与远程上位机的通讯连接方式有两种：有线通讯方式 (如串口RS232/RS485，CAN总线等)和无线通讯方式(如蓝牙、WiFi以及ZigBee 等)。其中，有线通讯方式的优点在于传输距离远、抗干扰能力强，其缺点是通讯的建立要有通讯线缆作为媒介，缺乏易维护性和灵活性。无线通讯方式的优点在于不需要通讯线缆作为传输数据的媒介，易维护性和灵活性非常高，其缺点是传输距离受限，传输的数据抗干扰性差。
目前，2.4G通信技术的特点是其传输速率可以媲美蓝牙，功耗却大大降低；采用全开放式的网络协议，在价格上具有绝对优势；5G通信技术属于无线通信领域的趋势，将在2019-2020年开始部署，大约五年到八年的时间可以完成部署。作为对WiFi进行补充，它的关键优势点在于传输速度快，带宽高，其作用可以应用于需要行业如航空、船舶、工业和医疗等，而且它还可以作为一种低成本方案。
因此，将2.4G/5G的通信技术与便携式X线摄影设备相结合，可非常好的发挥两者的优势。
发明内容
针对上述说明，本发明的目的在于提供一种基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器软硬件的实现，目的是为了提出一种实现更简单，成本更低，以2.4G/5G 双频宽的、应用于便携式X线摄影设备的无线通信新方式；该通信方式采用双频选择的无线通信模块，设计搭载的外围电路，便携式X线摄影设备的高压发生器通过软件实现无线通信模块的配置，进而实现与远程上位机的无线连接，可以在高压发生器的不同工作状态下，与远程上位机软件实时通信，突出“便携”的特点。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，包括以下步骤：
功能任务模块将任务中的所需数据和指令与通信控制任务模块进行交互；
通信控制任务模块设置高压发生器与上位机通信协议数据包和指令包并发送给2.4G/5G通信模块，建立高压静态和曝光时的无线通信流程。
所述功能任务模块包括曝光功能任务模块。
所述曝光功能任务模块执行以下步骤：
1)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块定时向上位机发送曝光前高压发生器的状态信息，并等待曝光开始信号；
2)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送灯丝状态和旋转阳极状态，并等待接收上位机的返回握手信号，进入曝光阶段；
3)发送曝光开始指令，定时器开始计时，待计时完毕后，曝光功能任务模块发送曝光结束指令；
4)曝光结束后，依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送曝光阶段的反馈值。
所述通信控制任务模块接收任务流程为：
1)初始化2.4G/5G通信模块；
2)初始化无线网络、设置2.4G/5G通信模块工作模式、设置2.4G/5G通信模块工作频段、天线设置；若高压发生器设置为AP热点模式，则设置包括IP 地址，子网掩码、网关、SSID、密码及其类型在内的AP热点信息；如果高压发生器设置为Client模式，则建立socket连接。
所述建立socket连接过程为：通信控制任务模块采用配置指令对2.4G/5G 通信模块建立两个socket接口，一个是接收socket端口，另一个是发送socket 端口，建立完成后开始监听这两个端口，当有终端与2.4G/5G通信模块建立起 Socket连接则实现端口数据的收发操作。
所述通信控制任务模块发送任务流程为：当通信控制任务模块接收到发送数据指令后，发送缓存区的数据包，发送一次后，等待上位机的握手指令，如果握手成功则本次发送完成；如果握手失败，重新发送该数据包一次，继续等待上位机握手指令，如果握手成功，则本次发送完成，如果继续握手失败，则终止本次发送任务。
所述实现方式设置两种远程通信方式：非路由器模式和有路由器模式，其中，非路由器模式为：高压发生器作为AP热点Station模式，远程上位机为Client模式；有路由器模式为：高压发生器为Client模式，远程上位机为Client 模式，路由器作为AP热点Station模式。
采用2.4G或5G或双频段的无线通信方式。
便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式系统，包括MCU以及与其连接的 2.4G/5G通信模块；其中，MCU包含：
功能任务模块，用于将任务中的所需数据和指令与通信控制任务模块进行交互；
通信控制任务模块，用于通过2.4G/5G通信模块，与路由器或上位机通信，设置高压发生器与上位机通信协议数据包和指令包并发送给2.4G/5G通信模块，建立任务的无线通信流程。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.采用2.4G/5G双频无线通信模块，易于实现，配置简单，功能多样，可以工作在两种不同的频段中选择，也可以选择高压发生器或路由器作为AP热点 Station模式；
2.无线通信应用于便携式高压发生器的使用上，提高产品移动性和灵活性。
附图说明
图1为便携式高压发生器作为主机Station；
图2为路由器作为主机Station；
图3为高压发生器系统初始化软件流程图；
图4为高压发生器曝光状态下无线收发数据的软件流程图；
图5为WiFi无线接收任务的软件流程图1；
图6为WiFi无线接收任务的软件流程图2-高压发生器主机Station；
图7为WiFi无线接收任务的软件流程图3-路由器主机Station；
图8为WiFi无线发送任务的软件流程图。
具体实施方式
基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器的硬件电路和软件实现方式，包括：
1)硬件电路：2.4/5G通信模块，外围硬件电路；
2)软件实现：串口配置通信模块，设置高压与上位机通信协议数据包和指令包，建立高压静态和曝光时的无线通信流程。
3)主控芯片，STM32F1系列ARM芯片。
本发明可以采用2.4G或5G或双频段的无线通信方式；基于便携式高压发生器，较传统的有线通信方式，对其的移动性和灵活性有大幅度的提高。
本发明采用双频段通信模块，实现便携式高压发生器与远程上位机远程通信的功能。
本发明采用STM32F1系列ARM芯片作为主控芯片，其中STM32F1系列的ARM 芯片成本低，性能稳定，接口多且丰富，适用于便携式高压发生器的所有功能需求。
软件实现方式主要针对应用层，模块的配置，工作模式、IP地址、子网掩码、网关、SSID、密码等网络参数，建立TCP连接，实现高压发生器在不同状态下与远程上位机的无线通信流程。
通信模块的外围电路主要有天线，供电等基础电路，设计的过程中需要调节天线布线的特征阻抗参数。
通过协议指令和数据包的无线发送，让上位机能够了解高压发生器的实时状态。
由于便携式高压发生器可能工作在特殊恶劣的环境，可能会导致传输信号强度变差，数据传输不稳定，可以通过有路由器的连接方式，提高信号强度和数据传输的稳定性；在良好的外部条件，即信号强度高且稳定，可以取消使用路由器，采用高压发生器作为AP热点Station，提高产品使用的灵活性。
软件建立通信协议指令包和数据包，在高压发生器静态条件下，发送和接收心跳包实时监测高压发生器的连接状态；在高压发生器正常工作的曝光条件下，曝光前的准备过程(包括灯丝、阳极电机的工作状态等)，曝光过程中的起始和终止信号以及曝光完成后的反馈信号处理。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明提出了一种基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器软硬件的实现，如图1和图2所示，可以通过软件配置便携式高压发生器或路由器作为主机 Station模式(即AP热点)，这样可以适应不同的环境需求，如恶劣环境，通信信号状态差的情况下，如果用高压发生器作为主机Station模式，发射信号强度受限，可以改用发射信号强度高的路由器作为主机Station模式。
如图3所示，是高压发生器系统初始化软件流程图，系统初始化、定时器初始化后，建立灯丝、曝光等高压发生器主要工作任务，然后建立WiFi功能的使能标志位，如果使能标志位就可以进入建立WiFi无线通信任务，如果失能标志位，就进入了有线串口RS232收发任务；
如图4所示，是曝光任务的软件流程，初始化完成后，高压系统通过无线方式定时发送曝光前所必须的高压已准备好的状态信息，并等待曝光手柄按下曝光开始信号；当曝光触发电平开始后，就进入了曝光前阶段，该阶段需要高压发生器向远程上位机无线发送灯丝状态和旋转阳极状态(因为在曝光前，这两者的状态工作稳定性决定了高压发生器是否可以正常曝光)，同时等待无线接收上位机的返回握手信号，所有状态准备完毕后，进入曝光阶段。曝光阶段开始时，需要高压发生器发送曝光开始指令，曝光开始且定时器开始计时，待计时完毕后高压发生器发送曝光结束指令，然后进入曝光结束阶段。在曝光结束阶段，高压发生器通过无线通信方式发送曝光中的KV、MA、MS和MAS反馈值至远程上位机。
若图5和图6所示，为WiFi无线接收任务的软件流程图，在WiFi接收和发送数据之前，需要配置2.4G或5G无线通信的参数，首先对通信模块复位、串口通信测试和加载内核模块；然后复位无线网络、设置模块工作模式、设置模块工作频段、天线设置、如果高压发生器设置为AP热点模式，则进入图6，图6设置包括IP地址，子网掩码、网关、SSID、密码及其类型在内的AP热点信息。如果高压发生器设置为Client模式，则进入图7。待图6和图7的流程都顺利通过之后就进入了图8。
如图7所示，是建立socket连接，设置加入目标地址的信息，包括密码， SSID以及断开重连参数、IP地址，子网掩码、网关等。高压发生器采用配置指令对模块建立两个socket接口，一个是接收socket端口，另一个是发送socket 端口。建立完成后就可以开始监听这两个端口，如果有终端与模块建立起Socket 连接就可以实现端口数据的收发操作。在接收数据时，首先进行数据帧格式的拆包工作，然后根据CRC进行数据校验，如果校验成功则进入接收命令执行任务；如果校验失败，则丢弃该数据包。
如图8所示，是如果WiFi发送任务接收到发送数据指令后，发送缓存区(在图1所示高压发生器内部STM32微控制芯片的内存中)的数据包，发送一次后，等待远程上位机握手指令，如果握手成功则本次发送完成；如果握手失败，重新发送该数据包一次，继续等待上位机握手指令，如果握手成功，则本次发送完成，如果继续握手失败，就意外终止本次发送任务。
本发明提供的一种基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器软硬件的实现，以STM32F1系列ARM作为核心的便携式高压发生器，采用双频段通信模块，与远程上位机实现无线数据交互，通过本发明，既可以实现双频段、可灵活配置 AP热点的连接方式来实现无线通信连接，也可以实现低成本，简易灵活，适用于便携式的灵巧设计。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的一种基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器软硬件的实现。但是本领域技术人员应该理解，对于上述本发明所提出的一种基于2.4G/5G通信的便携式高压发生器软硬件的实现，还是可以不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (7)
1.便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
功能任务模块将任务中的所需数据和指令与通信控制任务模块进行交互；
通信控制任务模块设置高压发生器与上位机通信协议数据包和指令包并发送给2.4G/5G通信模块，建立高压静态和曝光时的无线通信流程；
所述功能任务模块包括曝光功能任务模块；
所述曝光功能任务模块执行以下步骤：
1)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块定时向上位机发送曝光前高压发生器的状态信息，并等待曝光开始信号；
2)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送灯丝状态和旋转阳极状态，并等待接收上位机的返回握手信号，进入曝光阶段；
3)发送曝光开始指令，定时器开始计时，待计时完毕后，曝光功能任务模块发送曝光结束指令；
4)曝光结束后，依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送曝光阶段的反馈值。
2.根据权利要求1所述的便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，所述通信控制任务模块接收任务流程为：
1)初始化2.4G/5G通信模块；
2)初始化无线网络、设置2.4G/5G通信模块工作模式、设置2.4G/5G通信模块工作频段、天线设置；若高压发生器设置为AP热点模式，则设置包括IP地址，子网掩码、网关、SSID、密码及其类型在内的AP热点信息；如果高压发生器设置为Client模式，则建立socket连接。
3.根据权利要求2所述的便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，所述建立socket连接过程为：通信控制任务模块采用配置指令对2.4G/5G通信模块建立两个socket接口，一个是接收socket端口，另一个是发送socket端口，建立完成后开始监听这两个端口，当有终端与2.4G/5G通信模块建立起Socket连接则实现端口数据的收发操作。
4.根据权利要求1所述的便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，所述通信控制任务模块发送任务流程为：当通信控制任务模块接收到发送数据指令后，发送缓存区的数据包，发送一次后，等待上位机的握手指令，如果握手成功则本次发送完成；如果握手失败，重新发送该数据包一次，继续等待上位机握手指令，如果握手成功，则本次发送完成，如果继续握手失败，则终止本次发送任务。
5.据权利要求1所述的便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，所述实现方式设置两种远程通信方式：非路由器模式和有路由器模式，其中，非路由器模式为：高压发生器作为AP热点Station模式，远程上位机为Client模式；有路由器模式为：高压发生器为Client模式，远程上位机为Client模式，路由器作为AP热点Station模式。
6.据权利要求1所述的便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式实现方法，其特征在于，采用2.4G或5G或双频段的无线通信方式。
7.便携式X线医疗设备的2.4G/5G通信方式系统，其特征在于，包括MCU以及与其连接的2.4G/5G通信模块；其中，MCU包含：
功能任务模块，用于将任务中的所需数据和指令与通信控制任务模块进行交互；
通信控制任务模块，用于通过2.4G/5G通信模块，与路由器或上位机通信，设置高压发生器与上位机通信协议数据包和指令包并发送给2.4G/5G通信模块，建立任务的无线通信流程；
所述功能任务模块包括曝光功能任务模块；
所述曝光功能任务模块执行以下步骤：
1)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块定时向上位机发送曝光前高压发生器的状态信息，并等待曝光开始信号；
2)依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送灯丝状态和旋转阳极状态，并等待接收上位机的返回握手信号，进入曝光阶段；
3)发送曝光开始指令，定时器开始计时，待计时完毕后，曝光功能任务模块发送曝光结束指令；
4)曝光结束后，依次通过通信控制任务模块、2.4G/5G通信模块向上位机发送曝光阶段的反馈值。
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