CN114498290B - 一种半导体激光治疗仪控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体激光治疗仪控制系统及方法，其中：所述电路控制模块包括依次电连接的滤波电路、放大电路和中央控制器，分别与所述中央控制器电连接的恒流驱动电路和温度检测电路，以及与所述恒流驱动电路电连接的过载自锁电路，其中：所述滤波电路与所述半导体激光器电连接；所述恒流驱动电路与所述半导体激光器电连接；所述温度检测电路与所述温度控制模块电连接。本发明提出一个高精度的半导体激光器控制系统，可以实现及时准确地监控半导体激光治疗仪的工作温度和驱动电流，动态修正温度和驱动电流，保证输出功率的稳定性。

Description

一种半导体激光治疗仪控制系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体激光治疗仪控制系统及方法。

背景技术

半导体激光器的输出功率随输入电流增大而增大，半导体激光器工作特性与温度有显著的关系，环境温度变化可以引起激射频率、阈值电流输出光功率等变化。所以一个很好的恒流和恒温控制系统对半导体的激光器的稳定性和寿命有很大的影响。常规的恒流驱动和TEC制冷系统在打功率输出时不能及时调整温度和电流会导致功率稳定时间很长，严重会造成激光器损坏。因此，如何实现更高效的半导体激光治疗仪的工作环境因素的监控与调节是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种半导体激光治疗仪控制系统及方法，用以克服现有技术中针对半导体激光治疗仪的工作环境因素的监控与调节不够高效的问题。

本发明提供一种半导体激光治疗仪控制系统，包括：半导体激光器、温度控制模块、电路控制模块和电源模块，其中：

所述电路控制模块，与所述电源模块电连接；

所述半导体激光器，分别与所述电路控制模块、所述温度控制模块电连接；

所述电路控制模块包括依次电连接的滤波电路、放大电路和中央控制器，分别与所述中央控制器电连接的恒流驱动电路和温度检测电路，以及与所述恒流驱动电路电连接的过载自锁电路，其中：

所述滤波电路与所述半导体激光器电连接，用于将所述半导体激光器输出的毫伏级电压信号经过滤波、放大后输入至所述中央控制器；

所述恒流驱动电路与所述半导体激光器电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流，以保证输出功率稳定在预设范围内；

所述温度检测电路与所述温度控制模块电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流。

进一步地，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括与所述电路控制模块电连接的安全控制模块，其中，所述安全控制模块用于在所述电路控制模块输出的报警信号的控制下进行相应的故障预警的处理。

进一步地，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括分别与所述电路控制模块和所述安全控制模块电连接的电脑控制模块，其中，所述电脑控制模块用于根据所述电路控制模块传输的数据进行人机交互。

进一步地，所述滤波电路包括接收所述毫伏级电压信号的滤波输入端、共模电感、第一电感和π型滤波电路，其中：

所述共模电感，与所述滤波输入端和所述π型滤波电路的一端电连接，用于隔离所述中央控制器和所述半导体激光器存在的共模电磁干扰；

所述第一电感的一端与所述π型滤波电路电连接，所述第一电感的另一端端接地；

所述π型滤波电路的另一端与所述滤波电路电连接。

进一步地，所述放大电路包括依次电连接的第一运放、第二运放、并接电阻和LED灯，其中，所述第一运放的输入端电连接至所述滤波电路，所述第二运放的输出端电连接至所述中央控制器，所述第二运放的输出端还电连接至所述并接电阻，所述LED灯用于指示所述半导体激光器输出功率的大小。

进一步地，所述过载自锁电路包括自锁电路和报警电路，其中：所述自锁电路分别与所述半导体激光器、所述报警电路电连接，所述报警电路与所述恒流驱动电路、所述中央控制器电连接。

进一步地，所述自锁电路包括第一比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和MOS管，其中：

所述第一比较器的第一端分别与第四电阻的一端、第五电阻的一端电连接；所述第四电阻的另一端电连接至第一MOS管的第一端，所述第一MOS管的第二端电连接至第二二极管的输入端和第一二极管的输出端，所述第二二极管的输出端电连接至所述第一二极管的输入端，且所述第一二极管与第二电阻并联；所述第五电阻的另一端接地；所述第一MOS管的第三端电连接至贴片电阻的第二端，所述贴片电阻的第一端接地；

所述第一比较器的第二端接地；

所述第一比较器的第三端分别与第四电容的一端、所述半导体激光器的DAC模块电连接；所述第四电容的另一端接地；

所述第一比较器的第四端分别电连接至PD输出信号、第一电阻的一端和第七电阻的一端；所述第一电阻的另一端电连接至第一电容的第一端，所述第一电容的第二端电连接至所述第一比较器的第一端；所述第七电阻的另一端电连接至所述贴片电阻的第二端；

所述第一比较器的第五端电连接至第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端接入电源电压，所述第三电阻的一端电连接至并联的第二电容和第三电容的一端，并联的所述第二电容和所述第三电容的另一端接地。

进一步地，所述报警电路，包括第二比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和若干三极管，其中：

所述第二比较器的第一端分别电连接至第三二极管的输入端、第六电阻的一端和第九电阻的一端；所述第三二极管的输出端电连接至第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端分别电连接至所述第二比较器的第三端和第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端电连接至第七电阻的另一端；所述第六电阻的另一端电连接至第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极电连接至所述第一比较器的第三端，所述第一三极管的发射极接地；所述第九电阻的另一端电连接至第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极电连接至所述中央处理器的IO接口，所述第二三极管的发射极接地；

所述第二比较器的第二端分别电连接至第一电位器的一端和第十电阻的一端，所述第一电位器的另一端电连接至第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接入电源，所述第十电阻的另一端接地；

所述第二比较器的第三端电连接至所述半导体激光器，用于接收所述半导体激光器的驱动电流。

本发明还提供一种半导体激光治疗仪控制方法，应用于如上所述的半导体激光治疗仪控制系统中的中央控制器，所述控制方法包括：

获取半导体激光器的PD电压值；

将连续N个PD电压值作为电压队列中的采样数据，其中，N为整数；

针对每个采样时刻，对所述电压队列中的采样数据进行更新，并利用平均滤波，确定当前采样时刻的电压采样值；

根据所述电压采样值，计算出所述半导体激光器的输出功率。

进一步地，所述根据所述电压采样值，计算出所述半导体激光器的工作功率，包括：

根据所述电压采样值与第一预设常数之差，得到第一差值；

根据所述第一差值与第二预设常数之商，得到第一商值；

根据所述第一商值与预设偏差值之和，得到所述工作功率；

其中，所述预设偏差值根据所述半导体激光器的PD输出而设定。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：电路控制系统与电源模块连接，对电源进行监控管理，并对其它部分供电；电路控制系统与安全控制部分连接，对各故障警告进行对应处理；电路控制系统与电脑控制系统连接，通过电脑控制系统中运行的用户操作界面实现人机交互；电路控制系统与半导体激光器模块连接，输出恒流控制半导体激光器模块工作，并经光纤耦合输出激光；电路控制系统与温度控制系统连接，使激光器温度恒定，持续稳定工作。电源接入后，各个部分按上述原理分工合作，实现半导体激光器模块按照用户给定参数方式工作。综上，本发明电路控制系统采用高精度运放放大输入的PD电压值到MCU的AD采样IO接口，采样激光器PD反馈电压来计算实际输出功率，如设置工作功率10.0W，当实际输出误差超过±5%（9.5W-10.5W），当大于10.5W时减少DAC输出电压来减少驱动电流，减小功率；当小于9.5W时增加DAC输出电压来增加驱动电流，增加输出功率。电路控制系统采用电压比较自锁电路，设置好激光器最大工作电流Imax后，当实际输出电流超过Imax后自动切断激光器电流输出，避免激光器过流。

附图说明

图1为本发明提供的半导体激光治疗仪控制系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的电路控制模块一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的滤波电路一实施例的具体结构示意图；

图4为本发明提供的放大电路一实施例的具体结构示意图；

图5为本发明提供的过载自锁电路一实施例的具体结构示意图；

图6为本发明提供的半导体激光治疗仪控制方法一实施例的流程示意图；

图7为本发明提供的采样电压值与实际工作功率一实施例的拟合示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种半导体激光治疗仪控制系统及方法，动态修正温度和驱动电流，保证输出功率的稳定性，为进一步提高半导体激光治疗仪工作的安全性和高效性提供了新思路。

在实施例描述之前，对相关词语进行释义：

半导体激光治疗仪：指利用激光治疗的医学仪器，半导体激光治疗仪的低强度激光照射血液可以引发人体一系列的生化反应，通过活血和静血两方面作用改善和恢复血液的生理功能，在术后消炎止痛方面具有显著效果。其安全可靠，操作简便，疗效显著等特点在临床医学上备受好评，是临床手术不可缺少的治疗仪器之一。半导体激光器工作原理是激励方式。利用半导体物质，即利用电子在能带间跃迁发光。用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。

基于上述技术名词的描述，半导体激光治疗仪需要在恒流恒温的环境下工作，以保证其稳定性和使用寿命，而现有半导体激光治疗仪输出功率时难以及时调节温度和驱动电流，导致功率稳定时间过长，引发损坏。因此需要一种更有效、及时地调节半导体激光治疗仪温度和驱动电流的方法。

以下分别对具体实施例进行详细说明：

本发明实施例提供了一种半导体激光治疗仪控制系统，结合图1、图2来看，图1为本发明提供的半导体激光治疗仪控制系统一实施例的结构示意图，图2为本发明提供的电路控制模块一实施例的结构示意图，包括：半导体激光器、温度控制模块、电路控制模块和电源模块，其中：

所述电路控制模块，与所述电源模块电连接；

所述半导体激光器，分别与所述电路控制模块、所述温度控制模块电连接；

所述电路控制模块包括依次电连接的滤波电路、放大电路和中央控制器，分别与所述中央控制器电连接的恒流驱动电路和温度检测电路，以及与所述恒流驱动电路电连接的过载自锁电路，其中：

所述滤波电路与所述半导体激光器电连接，用于将所述半导体激光器输出的毫伏级电压信号经过滤波、放大后输入至所述中央控制器；

所述恒流驱动电路与所述半导体激光器电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流，以保证输出功率稳定在预设范围内；

所述温度检测电路与所述温度控制模块电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流。

在本发明实施例中，电路控制系统与电源模块连接，对电源进行监控管理，并对其它部分供电；电路控制系统与安全控制部分连接，对各故障警告进行对应处理；电路控制系统与电脑控制系统连接，通过电脑控制系统中运行的用户操作界面实现人机交互；电路控制系统与半导体激光器模块连接，输出恒流控制半导体激光器模块工作，并经光纤耦合输出激光；电路控制系统与温度控制系统连接，使激光器温度恒定，持续稳定工作。电源接入后，各个部分按上述原理分工合作，实现半导体激光器模块按照用户给定参数方式工作。

作为优选的实施例，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括与所述电路控制模块电连接的安全控制模块，其中，所述安全控制模块用于在所述电路控制模块输出的报警信号的控制下进行相应的故障预警的处理。

在本发明实施例中，设置安全控制模块，对相应的故障预警的处理。

作为优选的实施例，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括分别与所述电路控制模块和所述安全控制模块电连接的电脑控制模块，其中，所述电脑控制模块用于根据所述电路控制模块传输的数据进行人机交互。

在本发明实施例中，设置电脑控制模块，进行人机交互，便于用户设置相应的阈值，实现不同场景的灵活监控。

作为优选的实施例，结合图3来看，图3为本发明提供的滤波电路一实施例的具体结构示意图，所述滤波电路包括接收所述毫伏级电压信号的滤波输入端、共模电感、第一电感和π型滤波电路，其中：

所述共模电感，与所述滤波输入端和所述π型滤波电路的一端电连接，用于隔离所述中央控制器和所述半导体激光器存在的共模电磁干扰；

所述第一电感的一端与所述π型滤波电路电连接，所述第一电感的另一端端接地；

所述π型滤波电路的另一端与所述滤波电路电连接。

在本发明实施例中，图3中的J1端接PD输出信号，通过共模电感L2隔离主板和激光器共模电磁干扰,后级通过π型滤波电路（C1，L1，C2），得到稳定干净的电压信号。

作为优选的实施例，结合图4来看，图4为本发明提供的放大电路一实施例的具体结构示意图，所述放大电路包括依次电连接的第一运放、第二运放、并接电阻和LED灯，其中，所述第一运放的输入端电连接至所述滤波电路，所述第二运放的输出端电连接至所述中央控制器，所述第二运放的输出端还电连接至所述并接电阻，所述LED灯用于指示所述半导体激光器输出功率的大小。

在本发明实施例中，滤波过后的信号P1通过运放TLC272（TLC272是精密双运算放大器具有广泛的输入偏移电压等级，具有低偏移电压漂移、高输入阻抗、低噪声和接近通用双峰器件的速度。）两级放大后输出OUT+接MCU的AD采样IO口。并接电阻R7和LED灯D1做一个输出指示作用，功率越大，OUT+越大，LED的亮度也就越大。

作为优选的实施例，结合图5来看，图5为本发明提供的过载自锁电路一实施例的具体结构示意图，所述过载自锁电路包括自锁电路和报警电路，其中：所述自锁电路分别与所述半导体激光器、所述报警电路电连接，所述报警电路与所述恒流驱动电路、所述中央控制器电连接。

在本发明实施例中，利用自锁电路和报警电路，分别进行驱动电流的调节和相应的预警措施。

作为优选的实施例，所述自锁电路包括第一比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和MOS管，其中：

所述第一比较器U1的第一端分别与第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端电连接；所述第四电阻R4的另一端电连接至第一MOS管M1的第一端，所述第一MOS管M1的第二端电连接至第二二极管D2的输入端和第一二极管D1的输出端，所述第二二极管D2的输出端电连接至所述第一二极管D1的输入端，且所述第一二极管D1与第二电阻R2并联；所述第五电阻R5的另一端接地；所述第一MOS管M1的第三端电连接至贴片电阻的第二端，所述贴片电阻的第一端接地；

所述第一比较器U1的第二端接地；

所述第一比较器U1的第三端分别与第四电容C4的一端、所述半导体激光器的DAC模块电连接；所述第四电容C4的另一端接地；

所述第一比较器U1的第四端分别电连接至PD输出信号、第一电阻R1的一端和第七电阻R7的一端；所述第一电阻R1的另一端电连接至第一电容C1的第一端，所述第一电容C1的第二端电连接至所述第一比较器U1的第一端；所述第七电阻R7的另一端电连接至所述贴片电阻的第二端；

所述第一比较器U1的第五端电连接至第三电阻R3的一端；所述第三电阻R3的另一端接入电源电压，所述第三电阻R3的一端电连接至并联的第二电容C2和第三电容C3的一端，并联的所述第二电容C2和所述第三电容C3的另一端接地。

作为优选的实施例，所述报警电路，包括第二比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和若干三极管，其中：

所述第二比较器U2的第一端分别电连接至第三二极管D3的输入端、第六电阻R6的一端和第九电阻R9的一端；所述第三二极管D3的输出端电连接至第十一电阻R11的一端，所述第十一电阻R11的另一端分别电连接至所述第二比较器U2的第三端和第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端电连接至第七电阻R7的另一端；所述第六电阻R6的另一端电连接至第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的集电极电连接至所述第一比较器U1的第三端，所述第一三极管Q1的发射极接地；所述第九电阻R9的另一端电连接至第二三极管Q2的基极，所述第二三极管Q2的集电极电连接至所述中央处理器的IO接口，所述第二三极管Q2的发射极接地；

所述第二比较器U2的第二端分别电连接至第一电位器W1的一端和第十电阻R10的一端，所述第一电位器W1的另一端电连接至第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端接入电源，所述第十电阻R10的另一端接地；

所述第二比较器U2的第三端电连接至所述半导体激光器，用于接收所述半导体激光器的驱动电流。

在本发明实施例中，激光器的驱动电流通过分压电阻（10毫欧）产生电压信号，如电流10A，则分压电阻2脚对地有100mV电压，接入第二比较器U2的3脚。调整第一电位器W1的阻值，和电阻R10产生分压，第二比较器U2用于比较器，设定第二比较器U2的2脚电压为200mV时，当分压电阻对地电压大于200mV，也就是激光器驱动电流大于20A时，第二比较器U2的1脚输出高电平信号(5V)。通过第三二极管D3（IN4148），第十一电阻R11加载到第二比较器U2的3脚形成自锁回路，3脚电压值一直比2脚高，1脚一直输出高电平(5V)。第二比较器U2的1脚通过第六电阻R6控制第一三极管Q1将驱动的DAC电压对地导通，使驱动激光器的第一MOS管M1的第一比较器U1的3脚电平为低，第一比较器U1的1脚输出也为低，第一MOS管M1关闭，激光器驱动电流关闭，输出停止。第二比较器U2的1脚通过第九电阻R9控制第二三极管Q2将中央处理器MCU的IO口电平拉低，中央处理器MCU识别到低电平信号，并结合检测的PD值为0，给出驱动电流异常处理的报警信息。当激光器一直正常工作，电流低于20A时，第二比较器U2的1脚一直是低电平输出（0V），就无法驱动第一三极管Q1，第二三极管Q2工作。激光器驱动部分就不会被锁住。

其中，需要说明的是，激光器的PD输出的是毫伏级电压信号，和输出的功率成正比。采用滤波电路得到稳定的电压信号后经过运放放大后得到伏级别的电压信号，通过MCU的高精度AD口采样计算可以得到准确的激光器输出功率。MCU通过修订DAC值来修正激光器的驱动电流，以保证输出功率稳定在误差范围内。同时MCU监测激光器温度，当温控系统失效时立即停止激光输出，保护激光器；MCU监测激光器的工作电流，当工作电流超过激光器额定电流的110%时自锁电路自动切断电流输出，MCU控制激光器总电源关闭并提示报警信息。其中，需要说明的是，J1接PD输出信号，通过共模电感L2隔离主板和激光器共模电磁干扰,后级通过π型滤波电路（C1，L1，C2），得到稳定干净的电压信号。

本发明实施例还提供了一种半导体激光治疗仪控制方法，应用于根据如上所述的半导体激光治疗仪控制系统中的中央控制器，结合图6来看，图6为本发明提供的半导体激光治疗仪控制方法一实施例的流程示意图，上述控制方法包括步骤S601至步骤S604，其中：

在步骤S601中，获取半导体激光器的PD电压值；

在步骤S602中，将连续N个PD电压值作为电压队列中的采样数据，其中，N为整数；

在步骤S603中，针对每个采样时刻，对所述电压队列中的采样数据进行更新，并利用平均滤波，确定当前采样时刻的电压采样值；

在步骤S604中，根据所述电压采样值，计算出所述半导体激光器的输出功率。

在本发明实施例中，由于设备有脉冲模式，最高频率有20Khz，故可以采用递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）进行AD采样数据计算，具体如下：

把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)。把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果，N值的选取：N=12；

其中，利用上述滤波算法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。

在本发明一个具体的实施例中，中央处理器采用C语言设计，可以简单的使用数组实现（设数组长度为N，队首为Q[N-1]，队尾为Q[0]）每当有数据进队列时，将所有数组元素右移，丢弃队首数据，再把新数据插入到队尾即可，代码示例如下：

int filter_buf[N + 1];// 定义数组Q

int Filter()

{

int i;

int filter_sum = 0;

filter_buf[N] = Get_AD(); //AD转换的值赋给数组最后一个值

for(i = 0; i < N; i++)

{

filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉

filter_sum += filter_buf[i];

}

return (int)(filter_sum / N);

}

作为优选的实施例，步骤S604具体包括：

根据所述电压采样值与第一预设常数之差，得到第一差值；

根据所述第一差值与第二预设常数之商，得到第一商值；

根据所述第一商值与预设偏差值之和，得到所述工作功率；

其中，所述预设偏差值根据所述半导体激光器的PD输出而设定。

在本发明实施例中，利用采样电压，有效计算出对应的工作功率。

在本发明一个具体的实施例中，结合图7来看，图7为本发明提供的采样电压值与实际工作功率一实施例的拟合示意图，实线为实际测量曲线，拟合曲线是采用公式：U＝kP+b 模拟出来的对应关系；

其中，U为电压平均值，P为输入光功率，k、b为常数；采样实际可以得到U，反过来，输入功率如下式所示：

P=（U-b）/k

对于实际和拟合误差部分，再加上修正系数c，

P=（U-b）/k+c

其中，得到正确的功率P后，通过和显示设定的功率P0来比较修正驱动电流来修正输出功率，以保证在误差范围内。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上所述的DC/DC电路的升压方法。

一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。

计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Python语言和基于TensorFlow、PyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

本发明公开了一种半导体激光治疗仪控制系统及方法，电路控制系统与电源模块连接，对电源进行监控管理，并对其它部分供电；电路控制系统与安全控制部分连接，对各故障警告进行对应处理；电路控制系统与电脑控制系统连接，通过电脑控制系统中运行的用户操作界面实现人机交互；电路控制系统与半导体激光器模块连接，输出恒流控制半导体激光器模块工作，并经光纤耦合输出激光；电路控制系统与温度控制系统连接，使激光器温度恒定，持续稳定工作。电源接入后，各个部分按上述原理分工合作，实现半导体激光器模块按照用户给定参数方式工作。

本发明技术方案，电路控制系统采用高精度运放放大输入的PD电压值到MCU的AD采样IO接口，采样激光器PD反馈电压来计算实际输出功率，如设置工作功率10.0W，当实际输出误差超过±5%（9.5W-10.5W），当大于10.5W时减少DAC输出电压来减少驱动电流，减小功率；当小于9.5W时增加DAC输出电压来增加驱动电流，增加输出功率。电路控制系统采用电压比较自锁电路，设置好激光器最大工作电流Imax后，当实际输出电流超过Imax后自动切断激光器电流输出，避免激光器过流。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，包括：半导体激光器、温度控制模块、电路控制模块和电源模块，其中：

所述电路控制模块，与所述电源模块电连接；

所述半导体激光器，分别与所述电路控制模块、所述温度控制模块电连接；

所述电路控制模块包括依次电连接的滤波电路、放大电路和中央控制器，分别与所述中央控制器电连接的恒流驱动电路和温度检测电路，以及与所述恒流驱动电路电连接的过载自锁电路，其中：

所述滤波电路与所述半导体激光器电连接，用于将所述半导体激光器输出的毫伏级电压信号经过滤波、放大后输入至所述中央控制器；

所述恒流驱动电路与所述半导体激光器电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流，以保证输出功率稳定在预设范围内；

所述温度检测电路与所述温度控制模块电连接，用于调节所述半导体激光器的驱动电流；

其中，所述过载自锁电路包括自锁电路和报警电路，其中：所述自锁电路分别与所述半导体激光器、所述报警电路电连接，所述报警电路与所述恒流驱动电路、所述中央控制器电连接；

其中，所述自锁电路包括第一比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和MOS管，其中：

所述第一比较器的第一端分别与第四电阻的一端、第五电阻的一端电连接；所述第四电阻的另一端电连接至第一MOS管的第一端，所述第一MOS管的第二端电连接至第二二极管的输入端和第一二极管的输出端，所述第二二极管的输出端电连接至所述第一二极管的输入端，且所述第一二极管与第二电阻并联；所述第五电阻的另一端接地；所述第一MOS管的第三端电连接至贴片电阻的第二端，所述贴片电阻的第一端接地；

所述第一比较器的第二端接地；

所述第一比较器的第三端分别与第四电容的一端、所述半导体激光器的DAC模块电连接；所述第四电容的另一端接地；

所述第一比较器的第四端分别电连接至PD输出信号、第一电阻的一端和第七电阻的一端；所述第一电阻的另一端电连接至第一电容的第一端，所述第一电容的第二端电连接至所述第一比较器的第一端；所述第七电阻的另一端电连接至所述贴片电阻的第二端；

所述第一比较器的第五端电连接至第三电阻的一端；所述第三电阻的另一端接入电源电压，所述第三电阻的一端电连接至并联的第二电容和第三电容的一端，并联的所述第二电容和所述第三电容的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括与所述电路控制模块电连接的安全控制模块，其中，所述安全控制模块用于在所述电路控制模块输出的报警信号的控制下进行相应的故障预警的处理。

3.根据权利要求2所述的半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，所述半导体激光治疗仪控制系统还包括分别与所述电路控制模块和所述安全控制模块电连接的电脑控制模块，其中，所述电脑控制模块用于根据所述电路控制模块传输的数据进行人机交互。

4.根据权利要求1所述的半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，所述滤波电路包括接收所述毫伏级电压信号的滤波输入端、共模电感、第一电感和π型滤波电路，其中：

所述共模电感，与所述滤波输入端和所述π型滤波电路的一端电连接，用于隔离所述中央控制器和所述半导体激光器存在的共模电磁干扰；

所述第一电感的一端与所述π型滤波电路电连接，所述第一电感的另一端端接地；

所述π型滤波电路的另一端与所述滤波电路电连接。

5.根据权利要求1所述的半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，所述放大电路包括依次电连接的第一运放、第二运放、并接电阻和LED灯，其中，所述第一运放的输入端电连接至所述滤波电路，所述第二运放的输出端电连接至所述中央控制器，所述第二运放的输出端还电连接至所述并接电阻，所述LED灯用于指示所述半导体激光器输出功率的大小。

6.根据权利要求1所述的半导体激光治疗仪控制系统，其特征在于，所述报警电路，包括第二比较器、若干电阻、若干电容、若干二极管和若干三极管，其中：

所述第二比较器的第一端分别电连接至第三二极管的输入端、第六电阻的一端和第九电阻的一端；所述第三二极管的输出端电连接至第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端分别电连接至所述第二比较器的第三端和第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端电连接至第七电阻的另一端；所述第六电阻的另一端电连接至第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极电连接至所述第一比较器的第三端，所述第一三极管的发射极接地；所述第九电阻的另一端电连接至第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极电连接至中央处理器的IO接口，所述第二三极管的发射极接地；

所述第二比较器的第二端分别电连接至第一电位器的一端和第十电阻的一端，所述第一电位器的另一端电连接至第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接入电源，所述第十电阻的另一端接地；

所述第二比较器的第三端电连接至所述半导体激光器，用于接收所述半导体激光器的驱动电流。

7.一种半导体激光治疗仪控制方法，其特征在于，应用于根据权利要求1至6任一项所述的半导体激光治疗仪控制系统中的中央控制器，所述控制方法包括：

获取半导体激光器的PD电压值；

将连续N个PD电压值作为电压队列中的采样数据，其中，N为整数；

针对每个采样时刻，对所述电压队列中的采样数据进行更新，并利用平均滤波，确定当前采样时刻的电压采样值；

根据所述电压采样值，计算出所述半导体激光器的输出功率。

8.根据权利要求7所述的半导体激光治疗仪控制方法，其特征在于，所述根据所述电压采样值，计算出所述半导体激光器的工作功率，包括：

根据所述电压采样值与第一预设常数之差，得到第一差值；

根据所述第一差值与第二预设常数之商，得到第一商值；

根据所述第一商值与预设偏差值之和，得到所述工作功率；

其中，所述预设偏差值根据所述半导体激光器的PD输出而设定。

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