一、項目概述

1.1 導言

跟著醫療作業的開展和醫學技能的前進，在手術過程中, 將運用多種醫療設備對患者進行搶救和醫治。而領先、完善的配備, 有利于確保手術質量, 進步手術功率, 防止人員在手術中重復出入而帶來攪擾和污染。

LED是 21世紀具有競爭力的新式電光源，LED技能發生于上世紀70年代，運用半導體資料的電子搬遷開釋特定波長的能量發生可見光。經過近50年的開展，該技能現已廣泛地運用到平時生活照明和特別作業的照明，其具有節能、環保、安全、可靠性高、實用性強、呼應時間短等長處。但因為發光強度的約束，一向沒有打破手術照明的請求規模。2004年超高亮度的LED光引擎及光機的誕生使得這項技能運用到手術照明范疇成為可能，咱們將運用LED技能規劃無障礙智能化LED節能手術間照明體系，該規劃有寒光源、節能環保、色溫文光強無級可調的長處。一起，選用LED芯片制備的手術無影燈能夠有用處理如今手術照明體系體積巨大且能耗高的疑問，有利于進步手術室的空氣凈化質量，下降手術室凈化保護本錢，能夠最大極限地滿意臨床手術照明的客觀請求，并能供給愈加優勝的手術照明作用。

1.2 項目布景/選題動機

手術無影燈是手術室內首要的設備，請求能明晰地調查處于切斷和體腔中不一樣深度，巨細和對比度低的物體。因為手術時醫師的頭、手和器械均可能對手術部位形成攪擾暗影，因而手術無影燈請求能消除暗影，并將色彩失真降到最低程度。一起，無影燈還有必要能長期地持續作業而堅持低溫狀況。

傳統的鹵素燈泡無影燈沿用了數百年，盡管閱歷了無數次改善，但因為鹵素燈泡自身的缺陷（①照明質量較差，簡單形成醫師視覺疲憊；②超高紅外熱輻射，給手術醫師帶來不適感；③固定色溫，不易明晰地分辯各種組織、器官，不利于進一步進步手術質量；④功耗大，均勻功率1000W；⑤巨大的燈具構造，阻擾凈化空氣正常流轉、下降消毒凈化作用；⑥保護本錢高，每月檢查、燈泡壽數均勻1000h），使暴露出的疑問一向沒有從根本上得到極好的處理。

相對于鹵素燈來講，LED無影燈運用的是一個全新的技能渠道，它的出現是伴跟著LED技能的不斷開展老練而完成的，如今LED的芯片規劃和封裝技能現已能夠充分滿意無影燈在照度和顯色指數上的請求，一起契合當前醫院全體綠色照明的請求。另外，LED光源的光譜散布也決議了其十分合適作為手術無影燈的光源。

因為無障礙智能化LED節能手術間照明體系，具有綠色環保，長壽數、低熱量，機械強度高，抗沖擊和抗震動能力強等特色，能夠處理傳統鹵素光源無影燈存在的疑問。有望替代現行的手術間照明體系，將會具有十分首要的應用推行價值和商場價值。

二、需求分析

2.1 功用請求

手術燈無影燈，一方面有必要能夠確保手術室照亮堂度，使得醫師能夠準確的分辯輪廓、色彩和移動，另一方面請求無影照明。因而，請求手術燈要供給挨近日光質量的光強度（起碼為10萬照度），而且亮度可調。在手術過程中如遇故障，能夠在短時間內主動切換備用燈泡。手術燈在光照亮堂的一起，還有必要防止發生熱量，手術燈還能確保色溫高達4000色溫以上，挨近于日光，使雙眼感知的色彩更明晰，而且不會使醫護人員因長期作業而雙眼疲憊。

本規劃完結的手術間照明體系有必要具有如下請求:

1.手術照亮堂度，選用特別規劃的精密光學體系，光運用率高、光照均勻、明晰度高；

2.寒光， 選用LED作為手術燈光源，無紅外輻射，具有超卓的寒光作用；

3.無暗影，選用多光源光斑主動聚集的智能操控；

4.安全的手術照明，光源選用低壓直流供電和特別的電源組件，具有過壓、短路等保護功用，徹底消除安全隱患；

5.可拆卸消毒，選用現代流線型規劃，滿意當今手術室清潔、消毒和高規范層流請求；

此外，選用微電腦數字辦法無級調控，一起還能堅持其準確的色溫，為醫師準確判斷供給可靠確保，且亮度調理操控具有回憶和顯示功用以及軟開關，方便調理和運用。

圖1 體系架構

2.2 功用請求

1.具有足夠的照度 

無影燈的照度已可達150，000LUX以上，挨近夏日晴天陽光下的亮度。實際運用的照度通常以40000～100000LUX為宜，過亮會影響視力。在供給足夠照度的一起，應防止光束在手術器械上發生眩光。眩光影響視力和視覺，易使雙眼發生疲憊。不利外科醫師的手術進行，無影燈的照度與手術室內的光照度不該相差太大，某些照度規范規則，整照明的照度以有些照明照度的十分之一為宜。手術室的全體照度應在1000LUX以上。

2.無影度高

LED光源的二次光學規劃，進步光源的光運用率并到達遠距離聚光、光斑均勻性和無影化。

3.溫度低

4.光質好

所謂光質好即是所供給的光束能實在映現血液、組織的色彩及其改動。這種功用通常稱為顯色性，它以光源的分光散布所算得的顯色指數值來表明，最好顯色指數為100。顯色性與色溫有很大關系。請求能到達6000K色溫，實在顯色性約為70-90，有用顯色性則挨近100。

5.操作方便

手術無影燈在手術過程中應能接連改動方位與方向，操作有必要簡單、靈敏、簡便、制動疾速、有用。燈體基地部位應裝有可滅菌的操作手柄，高級商品還裝有導光纖維深部寒光燈、彩色電視拍攝設備和通風設備。

6.經濟性和安全性

LED光源壽數長達20000小時以上，而且抗震不易損壞；LED選用低壓直流供電安全節能。

三、方案規劃

3.1 體系功用完成原理

因為單個 LED 的發光功率不能滿意手術無影燈的光照強度和均勻性的請求，因而需求用多個LED構成陣列并請求擺放合理，散布均勻，使得每個方針平面的光照度契合請求，以此來決議LED 的數量以及散布規則。盡管 LED 的發光功率高，發生的熱量少，可是如此多的LED 在一個密封的箱體內，仍是會發生大量的熱量，溫度甚至會高達60℃~80℃，所以有必要合理規劃散熱器以及散熱通道，以有用地下降體系熱阻。

LED手術無影燈由多個燈頭構成，成花瓣狀，固定在平衡臂懸掛體系上，定位安穩，能做筆直或循環移動，可滿意手術中不一樣高度和視點的需求。全部無影燈有216個高亮度白色LED，18個串聯成一組即稱為高亮度發光二極管串。以18組并聯而成。每組彼此獨立，若有一組損壞別的照樣能夠持續作業，所以對手術的影響較小，每組獨自進行恒流驅動并依據用戶需求承受一個微處理器的 PWM 脈寬調理操控，可無級調理，流過每個LED的電流約為 125~325 mA 。LED無影燈電氣原理圖如圖所示。

體系硬件構造框圖

3.2 硬件渠道選用及資源配置

本項目選用EVK1105作為規劃渠道，AT32UC3A是完好的體系級芯片微操控器，選用VR32 UC RISC，作業頻率高達66MHz，規劃用于對本錢靈敏的嵌入式應用，特別是低功耗，高代碼功率和高功用。 AT32UC3A集成閃存和SRAM存儲器，外設直接存儲器拜訪操控器（PDCA），以及電源管理。此外還有多種通訊接口如UART，SPI，TWI，同步串行操控器，USB和以太網MAC等。

3.3體系軟件架構

本體系是由主操控渠道和終端構成，主操控渠道用的是EVK1105,終端選用Atmel 51系列單片機，因而本體系軟件有些也由兩有些構成，主操控渠道擔任接納用戶的操作指令，終端擔任接納主控臺的指令，然后依據指令操控各個步進電機的旋轉，因為咱們要把手術臺上的平面坐標轉化為咱們體系的里邊的坐標，且每次移動到一個新的坐標，都要重新建立坐標系，核算量比較大，咱們充分運用AT32UC3A0512具有32位的長處，輕松能夠核算轉化成步進電機所轉的視點，然后減輕終端的核算量。

EVK1105主控渠道首要擔任接納用用戶的指令，如LCD接觸屏坐標方位，以及方向鍵，來操控LED燈焦點在手術臺上的移動，主控渠道接納用戶指令后，經過核算，把數據傳給下位機（12個MCU構成），12個MCU別離操控每個LED的兩軸聯動，使得，在恣意時間12個LED燈中的9個LED燈的焦點一起能聚集到手術臺上的恣意一點，來到達消除影子的功用。

3.3.1主控渠道

LCD接觸疾速定位，咱們將LCD屏幕用虛線將手術臺分成12個塊，用手指點擊其中一塊，手術臺上方的LED燈迅速移動到這塊面積對應手術臺上對應塊的基地方位，然后經過方向鍵來準確調整平面坐標，來到達手術無影燈集中光點在手術臺上恣意點方位。

3.3.2 終端單片機操控

用單片機來完成兩軸聯操控的要害，是有必要首要找到合適單片機編程的直線及圓弧軌跡的兩軸聯動的操控辦法。為了便于兩軸聯運的單片機程序規劃，一種最簡便的辦法是設置兩個容量為某必定值Ｄ的累加器Ex 及Ey，然后按必定的時鐘頻率f，向兩累加器中別離累加一個增量△x, △y，亦即每個時鐘到來時，作一次加下核算。

3.4 體系軟件流程

體系軟件流程圖

3.4 體系估計完成成果

本項目研制一種無障礙智能化節能手術間體系，該體系將LED手術照明與手術室建造及凈化工程相結合，處理無障礙智能化節能手術間的要害技能，并在集成大功率LED芯片規劃、光源模塊的散熱規劃及燈具的組織規劃、均勻度無影化燈具的二次光源規劃、LED照明光源規劃與手術室凈化體系規劃構造等方面獲得打破。

來源：EEFOCUS