一种基于FPGA的口腔CBCT多电机控制系统的制作方法

本申请涉及医疗器械，具体而言，涉及一种基于fpga的口腔cbct多电机控制系统。

背景技术：

1、随着生活水平的提高，越来越多的民众开始认识到口腔健康的重要性，影像学评估是口腔疾病的诊断中口腔诊断的重要手段，这当中以口腔cbct的使用最为具有代表性。口腔cbct属于头颅影像设备的一种，能够从横断面及三维立体的对口腔组织宽度、高度、密度等情况进行显示并精确定位，对于多数口腔医生来说，利用口腔cbct获取高分辨率口腔组织解剖结构是诊断治疗较为理想的技术手段，能极大缩短诊断时间并降低诊断难度。

2、但是，应用于口腔cbct的步进电机控制系统作为控制步进电机的控制系统，其往往会存在着某些缺点，比如电路冗余，性价比不高，设计不合理等问题，而由于技术是不断发展的，因此，国内技术人员往往关于解决此类问题作出了很大的研究与努力。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种基于fpga的口腔cbct多电机控制系统，布局了3个步进电机控制板的位置和架构，器件选择性价比高，采用简洁的电路高效的方式实现了口腔cbct电机控制系统。

2、本申请目的通过下述技术方案来实现：

3、第一方面，本申请提出了一种基于fpga的口腔cbct多电机控制系统，所述控制系统包括c型臂顶部电机控制板，头颅正、侧位电机控制板以及x射线源电机控制板，所述c型臂顶部电机控制板分别与所述头颅正、侧位电机控制板以及所述x射线源电机控制板相互连接；

4、所述c型臂顶部电机控制板，用于通过fpga控制探测器的1个步进电机控制器，驱动探测器的步进电机带动探测器的转动，还控制3个顶部步进电机控制器，使得顶部步进电机控制器通过pwm波驱动顶部步进电机围绕患者头颅作全景模式扫描和ct模式扫描；

5、所述头颅正、侧位电机控制板，用于通过fpga控制患者头颅正、侧位的1个步进电机控制器，使得头颅正、侧位的步进电机控制器控制头颅正、侧位步进电机配合采集患者的头颅正、侧位影像数据；

6、所述x射线源电机控制板，用于通过fpga控制x射线源的2个步进电机控制器，使得x射线源的步进电机控制器驱动步进电机带动x射线源移动和旋转，配合图像数据的采集。

7、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括伺服驱动器，所述c型臂顶部电机控制板与所述伺服驱动器连接，所述伺服驱动器用于控制升降立柱中的伺服电机运动到指定位置。

8、在一种可能的实施方式中，所述c型臂顶部电机控制板通过rs232总线与所述伺服驱动器连接。

9、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括拍照信号转化板，所述拍照信号转化板与所述c型臂顶部电机控制板相连，所述拍照信号转化板用于将工控机或外置控制器发出的拍照指令通过rs485总线发送至所述c型臂顶部电机控制板进行全景扫描和ct扫描。

10、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括与拍照信号转化板相连的外置控制器；

11、所述外置控制器，用于产生拍照指令，并将拍照指令发送至拍照信号转化板，使得拍照信号转化板将拍照指令转化为rs485总线数据并发送至c型臂顶部电机控制板。

12、在一种可能的实施方式中，所述工控机通过usb口与拍照信号板相连，拍照信号板将工控机的拍照命令通过拍照信号板转为rs485总线数据传至c型臂顶部电机控制板。

13、在一种可能的实施方式中，所述c型臂顶部电机控制板通过rs422总线分别与所述头颅正、侧位电机控制板以及所述x射线源电机控制板通信连接。

14、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括差分驱动芯片和逻辑非门，每个电机控制板的fpga、差分驱动芯片、逻辑非门以及步进电机控制器依次相连；

15、所述差分驱动芯片，用于将fpga管脚输出的直流脉冲信号转化为差分脉冲控制步进电机控制器；

16、所述逻辑非门，用于将fpga或差分芯片的3.3v信号转化为电机控制器所需的5v信号。

17、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括与所述c型臂顶部电机控制板连接的触摸屏；

18、所述触摸屏，用于控制每个电机控制板、显示拍照信息、进行拍摄控制、与工控机传输数据。

19、在一种可能的实施方式中，所述控制系统还包括与触摸屏连接的交换机，交换机还连接着探测器；

20、所述交换机，用于向所述触摸屏传输数据，完成触摸屏与外界工控机的数据交互。

21、所述探测器，用于输出拍照数据的网络信号至交换机，交换机再将数据传输到工控机。

22、上述本申请主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本申请可采用并要求保护的方案；且本申请，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本申请方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本申请所要保护的技术方案，在此不做穷举。

23、与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

24、第一、布局了3个步进电机控制板的位置和架构，器件选择性价比高，采用简洁的电路高效的方式实现的cbct电机控制系统；

25、第二、板间通信采用rs232、rs422、rs485总线更加简单可靠；

26、第三、选用高性价比的步进电机驱动器、步进电机及控制模式，实现了差分脉冲的简易产生方式，合理分配步进电机与伺服电机的位置；

27、第四、采用fpga+逻辑非门取代拨码开关的拨码开关设置方式，使用逻辑非门器件进行电平转化和增加驱动能力。

技术特征：

1.一种基于fpga的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括c型臂顶部电机控制板，头颅正、侧位电机控制板以及x射线源电机控制板，所述c型臂顶部电机控制板分别与所述头颅正、侧位电机控制板以及所述x射线源电机控制板相互连接；

2.如权利要求1所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括伺服驱动器，所述c型臂顶部电机控制板与所述伺服驱动器连接，所述伺服驱动器用于控制升降立柱中的伺服电机运动到指定位置。

3.如权利要求2所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述c型臂顶部电机控制板通过rs232总线与所述伺服驱动器连接。

4.如权利要求1所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括拍照信号转化板，所述拍照信号转化板与所述c型臂顶部电机控制板相连，所述拍照信号转化板用于将工控机或外置控制器发出的拍照指令转化为rs485总线数据发送至所述c型臂顶部电机控制板进行全景扫描和ct扫描。

5.如权利要求4所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与拍照信号转化板相连的外置控制器；

6.如权利要求4所述的cbct多电机控制系统，其特征在于，所述工控机通过usb口与拍照信号板相连，拍照信号板将工控机的拍照命令通过拍照信号板转为rs485总线数据传至c型臂顶部电机控制板。

7.如权利要求1所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述c型臂顶部电机控制板通过rs422总线分别与所述头颅正、侧位电机控制板以及所述x射线源电机控制板通信连接。

8.如权利要求1所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括差分驱动芯片和逻辑非门，每个电机控制板的fpga、差分驱动芯片、逻辑非门以及步进电机控制器依次相连；

9.如权利要求1所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述c型臂顶部电机控制板连接的触摸屏；

10.如权利要求9所述的口腔cbct多电机控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与触摸屏连接的交换机，交换机还连接着探测器；

技术总结
本申请公开了一种基于FPGA的口腔CBCT多电机控制系统，C型臂顶部电机控制板通过FPGA控制顶部3个步进电机控制器，通过PWM波驱动顶部步进电机围绕患者头颅作作全景模式扫描和CT模式扫描，还控制着探测器的1个步进电机控制器，驱动探测器步进电机带动探测器的转动，头颅正、侧位电机控制板通过FPGA控制1个步进电机控制器，控制该处的步进电机配合采集患者的头颅的影像数据，X射线源电机控制板通过FPGA控制2个步进电机控制器，驱动该处的步进电机带动X射线源左右移动和旋转，配合图像数据的采集。本申请布局了3个步进电机控制板的位置和架构，器件选择性价比高，采用简洁高效的方式实现了口腔CBCT电机控制系统。

技术研发人员：张巍,王官禄,刘瀚,朱湛,杨博,曾霞
受保护的技术使用者：四川省工程装备设计研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15