一种基于arm嵌入式牙椅控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征在于：包括两两相连的供电模块、底座控制模块和面板控制模块，底座控制模块由依次相连的信号采集电路、信号处理系统、底座板处理器和外部执行机构组成，面板控制模块包括依次相连的外围信号采集电路、信号处理系统和面板处理器，面板处理器的输出端与上位机管理系统相连，信号处理系统与外部执行机构相连。本实用新型有操作简便、功能多样、灵活性好、可靠性好、智能化程度高等特点，有效解决了现有技术的不足。
【专利说明】—种基于ARM嵌入式牙椅控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于一种牙椅，具体涉及一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，市场高端牙椅设备基本被国外公司独断，一般其价格昂贵而且技术不转让。随着人们对口腔健康的日益重视，开发适合国情的高端一体化口腔诊疗系统显得尤为必要。牙椅控制器是一体化口腔诊疗系统的核心，其设计水平反映了整个系统的自动化程度，也是判定牙椅档次的一个重要依据。但目前国内的牙椅设备基本以机械化为主，灵活性差，功能单一，可靠性不足，亟待以信息化转型升级。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统。不仅能满足上下仰卧四个基本方向的运动，同时还能够完成茶杯给水、冲洗痰盂、无影灯调控、位置数据采集、X光透射、及与上位机通信功能，还能保证运动的平稳可靠和数据传输的实时性。牙椅控制系统CPU响应外接键盘输入，执行相应的命令，驱动外部的液压传动机构实现牙椅的运动和其他外部设备的工作。本实用新型有操作简便、功能多样、灵活性好、可靠性好、智能化程度高等特点，有效解决了现有技术的不足。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，包括壳体和设置在壳体内的电路板，其特征在于:包括两两相连的供电模块、底座控制模块和面板控制模块，所述底座控制模块由依次相连的信号采集电路、信号处理系统、底座板处理器和外部执行机构组成，所述面板控制模块包括依次相连的外围信号采集电路、信号处理系统和面板处理器，所述面板处理器的输出端与上位机管理系统相连，所述信号处理系统与外部执行机构相连。
[0005]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述信号采集电路包括限位保护开关、脚踏键盘和位置传感器，所述信号处理系统为与位置传感器依次相连的信号调节、光电隔离和低通滤波三个电路模块，所述外部执行机构为依次相连的光电隔离、继电器组和液压传动机构三个模块，所述保护开关、脚踏键盘、低通滤波三个电路模块与底座板处理器的输入端相连，所述光电隔离与底座板处理器的输出端相连。
[0006]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述外围信号采集电路为与面板处理器输入端相连的外部键盘，所述所述信号处理系统为与面板处理器输出端相连的光电隔离以及与所述光电隔离依次相连的继电器组、信号调节两电路模块，所述外部执行机构为与信号调节相连的茶杯痰盂X光机机构，所述面板处理器还通过光电隔离与PWM控制、无影灯两电路模块依次相连。
[0007]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述底座板处理器为ATmegal6CPU。
[0008]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述面板处理器为S3C44B0CPU。
[0009]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述底座板处理器与面板处理器相接。
[0010]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述脚踏键盘为一个3x2脚踏键盘，分别控制牙椅上下、仰卧、漱口位置和就诊位置的运动调节。
[0011]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述无影灯为由144个LED发光灯组成的LED无影灯，分为18组，每组8个，每组LED发光灯由一个LM3402芯片单独恒流驱动。
[0012]上述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述无影灯由面板处理器通过PWM方式控制。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、本实用新型不仅能满足上下仰卧四个基本方向的运动，同时还能够完成茶杯给水、冲洗痰盂、无影灯调控、位置数据采集、X光透射、及与上位机通信功能，还能保证运动的平稳可靠和数据传输的实时性。
[0015]2、本实用新型本系统采用S3C44B0X芯片与ATmegal6芯片构成双CPU模块进行协同控制，通信时数据平稳可靠且传输的实时性好，采用光电隔离减少了外界干扰信号对系统的影响。
[0016]3、本实用新型的无影灯采用LM3402驱动并联的LED发光二极管阵列，可靠性好。
[0017]综上所述，本实用新型有操作简便、功能多样、灵活性好、可靠性好、智能化程度高等特点，有效解决了现有技术的不足。
[0018]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的控制系统整体电气结构框图；
[0020]图2为本实用新型的控制系统原理示意图；
[0021]图3为本实用新型的位置信号采集与处理电路图；
[0022]图4为本实用新型的X光机机构控制电路图；
[0023]图5为本实用新型的液压传动机构控制电路图；
[0024]图6为本实用新型的LED无影灯电气结构图；
[0025]图7为本实用新型的LED无影灯的LM3402驱动电路图；
[0026]图8为本实用新型的脚踏键盘结构示意图。
[0027]附图标记说明:
[0028]1-供电模块；2_底座控制模块；21_/[目号处理系统；22_/[目号米集电路；
[0029]23-底座板处理器；24_外部执行机构；25_限位保护开关；26_脚踏键盘；
[0030]27-光电隔离；28_继电器组；29_液压传动机构；210_低通滤波；
[0031]211-光电隔离；212_信号调节；213_位置传感器；3_面板控制模块；
[0032]30-茶杯痰盂X光机机构；31_面板处理器；32_上位机管理系统；
[0033]33-信号处理系统；34_外围信号米集电路；35_外部执行机构；
[0034]36-PWM控制；37_无影灯；38_继电器组；39_外部键盘；
[0035]310-信号调节；311-光电隔离。
【具体实施方式】
[0036]如图1所不,一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统,包括壳体和设置在壳体内的电路板，其特征在于:包括两两相连的供电模块1、底座控制模块2和面板控制模块3，所述底座控制模块2由依次相连的信号采集电路22、信号处理系统21、底座板处理器23和外部执行机构24组成，所述面板控制模块3包括依次相连的外围信号采集电路34、信号处理系统33和面板处理器31，所述面板处理器31的输出端与上位机管理系统32相连，所述信号处理系统33与外部执行机构35相连。
[0037]本牙椅控制系统工作中不仅能满足上下仰卧四个基本方向的运动，同时还能够完成茶杯给水、冲洗痰盂、无影灯调控、位置数据采集、X光透射、及与上位机通信功能，还能保证运动的平稳可靠和数据传输的实时性。牙椅控制系统CPU响应外接键盘输入，执行相应的命令，驱动外部的液压传动机构实现牙椅的运动和其他外部设备的工作。
[0038]本实施例中，所述信号采集电路22包括限位保护开关25、脚踏键盘26和位置传感器213，所述信号处理系统21为与位置传感器213依次相连的信号调节212、光电隔离211和低通滤波210三个电路模块，所述外部执行机构24为依次相连的光电隔离27、继电器组28和液压传动机构29三个模块，所述保护开关25、脚踏键盘26、低通滤波210三个电路模块与底座板处理器23的输入端相连，所述光电隔离27与底座板处理器23的输出端相连。
[0039]本实施例中，所述外围信号采集电路34为与面板处理器31输入端相连的外部键盘39，所述所述信号处理系统33为与面板处理器31输出端相连的光电隔离311以及与所述光电隔离311依次相连的继电器组38、信号调节310两电路模块，所述外部执行机构35为与信号调节310相连的茶杯痰盂X光机机构30，所述面板处理器31还通过光电隔离311与PWM控制36、无影灯37两电路模块依次相连。
[0040]本实施例中，所述底座板处理器23为ATmegal6CPU。ATmegal6是增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，内部资源丰富，具有32路可编程I/O 口、512字节的EEPR0M、四通道的PWM输出、8路10位ADC转换通道和3个内部定时器/计数器和SPI同步数据通信串行口，作为牙椅系统的底座模块的核心和控制芯片，控制牙椅的移动和进行牙椅的位置数据采集。
[0041]如图2所示为牙椅控制系统的原理结构图。底座控制板CPU外接一个3X2脚踏键盘，CPU接收键盘输入执行相应的命令，并控制底座模块上的各液压传动控制继电器的通断，控制牙椅向上下仰卧四个方向、漱口位置和就诊位置运动。考虑到使用者的安全和牙椅设备的稳定可靠问题，在运动过程中CPU必须对四个方向的限位开关和底座障碍物保护开关的反馈信息进行实时监控并做出相应的保护动作。
[0042]本实施例中，所述面板处理器31为S3C44B0CPU。。S3C44B0X是Samsung公司生产的16/32位RISC处理器，其总线结构采用三星ARMCPU嵌入式微处理器总线结构。S3C44B0X提供了全面的、通用的片上外设，包括I个IXD控制器、5个PWM通道的定时器和I通道内部定时器、71个通用I/O 口和8通道外部中断源、8通道10位的ADC、SPI同步数据通信串行ARM嵌入式牙椅控制系统接口等，具有良好的可扩展性，作为牙椅系统的主处理器。
[0043]本实施例中，所述底座板处理器23与面板处理器31相接。
[0044]本实施例中，所述脚踏键盘26为一个3x2脚踏键盘，分别控制牙椅上下、仰卧、漱口位置和就诊位置的运动调节。
[0045]本实施例中，所述无影灯37为由144个LED发光灯组成的LED无影灯，分为18组，每组8个，每组LED发光灯由一个LM3402芯片单独恒流驱动。每组相互独立，若有一组损坏，其他照样能继续工作，对于手续影响小，根据用户的需要，接收S3C44B0CPU的PWM脉宽调节控制，可无级调节，流过每个LED的电流约为120-320mA。LM3402是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，可以驱动串联的大功率、高亮度发光二极管串，可以接收6-42V的输入电压，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7为LM3402的典型应用电路示意图，其中RSNS的电流设定电阻，平均电流为IF=0.2/RSNS, RON取值与串联的LED数量有关，8个LED可取值300千欧，恒流标称值为250mA时(RSNS=0.8欧)，电流波动在正负20mA内，完全满足要求。
[0046]本实施例中，所述无影灯37由面板处理器31通过PWM方式控制。
[0047]为达到方便使用的目的，面板控制模块同样也要能够控制牙椅的上述运动并实时记忆牙椅的位置，因此系统要实现底座板和面板的实时通信。结合CPU芯片的特点和实际需求两者采用串行外设接口(SPI)进行高速数据同步传输。面板CPU可接收外部扩展键盘的输入来执行响应的命令，并预留了扩展接口。由于外部设备对于CPU来说都属于强电控制部分，为了使两者之间既保持控制信号联系，又要避免电气干扰，即实行弱电和强电隔离，面板控制模块增加了光电隔离电路。无影灯的亮度数字调节设计采用了 PWM方式。S3C44B0X有5个定时器可以提供PWM输出。由于系统使用的无影灯额定功率为50W，额定电压为12V，属于大电流工作，为了保证无影灯的调节精度，在控制电路上采用场效应管IRF540与光电隔离电路配合控制。
[0048]本牙椅控制系统能够及时响应输入并按要求运动，返回的记忆位置误差控制在Imm内，茶杯水位误差不超过2_，运行结果表明，控制系统与上位机的通信及两CPU之间通信实时性、可靠性均满足设计要求，且整个系统运行平稳可靠，便于调试和维护，提高了牙椅自动化水平和档次。
[0049]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，包括壳体和设置在壳体内的电路板，其特征在于:包括两两相连的供电模块(I)、底座控制模块(2)和面板控制模块(3)，所述底座控制模块(2)由依次相连的信号采集电路(22)、信号处理系统(21)、底座板处理器(23)和外部执行机构(24)组成，所述面板控制模块(3)包括依次相连的外围信号采集电路(34)、信号处理系统(33)和面板处理器(31)，所述面板处理器(31)的输出端与上位机管理系统(32)相连，所述信号处理系统(33)与外部执行机构(35)相连。
2.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述信号采集电路(22)包括限位保护开关(25)、脚踏键盘(26)和位置传感器(213)，所述信号处理系统(21)为与位置传感器(213)依次相连的信号调节(212)、光电隔离(211)和低通滤波(210)三个电路模块，所述外部执行机构(24)为依次相连的光电隔离(27)、继电器组(28)和液压传动机构(29)三个模块，所述保护开关(25)、脚踏键盘(26)、低通滤波(210)三个电路模块与底座板处理器(23)的输入端相连，所述光电隔离(27)与底座板处理器(23)的输出端相连。
3.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述外围信号采集电路(34)为与面板处理器(31)输入端相连的外部键盘(39)，所述所述信号处理系统(33)为与面板处理器(31)输出端相连的光电隔离(311)以及与所述光电隔离(311)依次相连的继电器组(38)、信号调节(310)两电路模块，所述外部执行机构(35)为与信号调节(310)相连的茶杯痰盂X光机机构(30)，所述面板处理器(31)还通过光电隔离(311)与PWM控制(36 )、无影灯(37 )两电路模块依次相连。
4.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述底座板处理器(23)为 ATmegal6CPU。
5.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述面板处理器(31)为 S3C44B0CPU。
6.根据权利要求书2、3、4或5所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述底座板处理器(23)与面板处理器(31)相接。
7.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述脚踏键盘(26)为一个3x2脚踏键盘，分别控制牙椅上下、仰卧、漱口位置和就诊位置的运动调节。
8.根据权利要求书I所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述无影灯(37)为由144个LED发光灯组成的LED无影灯，分为18组，每组8个，每组LED发光灯由一个LM3402芯片单独恒流驱动。
9.根据权利要求书7所述的一种基于ARM嵌入式牙椅控制系统，其特征是:所述无影灯(37)由面板处理器(31)通过PWM方式控制。
【文档编号】G05B19/042GK203852536SQ201420169679
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】董作英 申请人:董作英