基于LM3402的新型LED无影灯控制系统
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1.2 操作面板
操作面板上有4 个按钮( 环境照明、关闭、调亮和调暗按钮)和8 个LED指示灯。按下环境照明按钮， 表示只需腔镜环境照明， 只留下其中一路的3 个LED用于照明， 而关闭其余LED发光二极管串； 按下关闭按钮， 将熄灭所有8 路LED 发光二极管串， 再次按下此按钮， 则可以回到原照度显示状态， 掉电或重启也可回到设定照度状态； 调亮和调暗按钮用于改变无影灯的照度， 对应8 个指示灯， 指示8 挡亮度， 从左到右每增加一挡就增加一个指示LED 点亮， 无影灯处于关灯状态时， 最右边2 个指示LED 点亮。所有操作信息均是通过RS485 总线传输给驱动板MCU。
1.3 驱动板
驱动板是整个无影灯控制器的核心， 主要由一个MCU P89LPC932 和18 路LM2402 恒流稳压电路组成，还包含RS485 通信电路。
P89LPC932 是由飞利浦公司生产的低功耗的MCU，电源电压3.3 V， 可低功耗运行， 适合于许多要求高集成度、低成本的场合， 可以满足多方面的性能要求。
P89LPC932 采用了高性能的处理器结构， 指令执行时间只需2~4 个时钟周期，6 倍于标准80C51 器件。此外，P89LPC932 还集成了许多系统级的功能， 这样可大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本， 内部有2个定时器， 可作为一个具有256 个定时器时钟周期的PWM 发生器使用。
LM3402是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器， 可驱动串联的大功率、高亮度发光二极管串， 可以接受范围在6 V~42 V 的输入电压。当使用引脚兼容的LM3402HV 时， 输入电压的上限可达到75 V。根据手术对照度的需要， 对转换器的输出电压进行调节， 可以维持通过LED 阵列的恒定电流水平。图2 为LM3402的典型应用电路示意图， 其中RSNS为电流设定电阻， 平均电流IF≈0.2/RSNS，RON取值与发光二极管串中的LED 数量有关，8 个LED 时可取值300 kΩ。经检测， 恒流标称值为250 mA 时(RSNS=0.8 Ω)， 电流波动在±20 mA 以内， 完全能够满足手术光感要求。
图2 LM3402 的典型应用电路。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/166291.htm
1.4 安全措施
考虑到医用仪器安全要求的特殊性， 系统的每一个环节都应该考虑采取相应安全措施。首先， 手术室是一个具有强电磁干扰的环境， 防止MCU 死机十分重要， 因此必须采取如下措施：(1) 必须认真处理硬件复位电路设计和内部复位程序；(2) 必须排除错误干扰信号， 所以整个系统采用了完全电气隔离， 以阻止电路各部分的相互影响。此外还采用了Modbus 冗余校验法； (3) 高亮度白色LED 的价格较高， 为避免损坏， 必须排除电网和电源损坏对系统的影响， 故本文采用了过压和过流自动保护电路， 当电压或电流超过设定值的20%时， 系统自动切断电源， 以保证系统电路和高亮度LED 的安全。
2 程序设计
2.1 程序结构
程序主要包含面板控制器和驱动板两个独立程序。
面板控制器程序根据4 个按钮的输入状态， 向驱动板发送开关或照度调节命令， 并将命令状态在8 个LED 上显示出来。驱动板程序初始化以后， 主要通过串行口接收中断接收操作信息， 进行Modbus 数据冗余校验后， 根据命令指示， 发出不同的PWM 信号。驱动板程序流程框图如图3 所示。
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