半导体激光治疗仪设计和实现开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

激光是20世纪60年代初产生的一项重大技术，被视为20世纪四大发明之一（激光、半导体、原子能和计算机）。上世纪90年代初，俄罗斯首先将低强度激光应用于医学治疗，俄罗斯宇航员将激光能量导入仪带上太空作为辅助治疗和保健的一种重要工具，全世界医学界为之震惊，并将其称为“生命之光”。在国外，欧、美、日等国科学家已经将低强度激光疗法转移到民间，作为保健、医疗、抗衰老的重要推广项目，并得到各国激光医学应用协会的肯定，低强度激光疗法被称为“21世纪的绿色疗法”。

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 系统实现功能

半导体激光治疗仪主要由电源板，主控板和激光驱动板这几部分组成。主控板是给整个系统供电，主控板主要是控制整个系统的运行，激光驱动板用来驱动激光。

在本次设计中主要完成主控部分和激光驱动部分的软硬件设计。

系统软件部分主要完成以下的功能，激光的运行有四种运行模式:连续运行，间歇运行，连续运行30分钟，连续运行60分钟。在前两种模式下，可以对激光输出的激光输出的时间和功率进行设置，后两种模式只能对激光输出的功率进行设置。设置这四种模式是为了满足不同患者的需求，为患者提供更加人性化的治疗服务。

同时系统还有校准运行模式，因为激光在运行一段时间后，由于硬件老化等原因会导致激光输出功率出现误差，所以设计了激光校准界面和相关校准算法，便于工程人员对激光输出功率校准。

2.2 系统硬件组成

本次硬件主要设计主控板和激光电路。主控部分主要由单片机最小系统、按键模块、LCD显示模块、蜂鸣器模块等。

本次设计中单片机采用STM32F103VET6，STM32F103VET6使用ARM Cortex-M3内核,具有512kB Flash, 64KB RAM,最高工作时钟72MHz,LQFP 100脚封装，片上集成12Bit A/D、D/A、PWM、CAN、USB、SDIO、FSMC等资源。STM32F103VET6丰富的片上资源足以可以流畅运行UCOSII。STM32最小系统电路包括JTAG下载电路，电源电路，复位电路，晶振电路等组成。

LCD模块采用3.6寸的液晶控制器ILI9327，分辨高达480*272,可以显示16位真彩色图片。为用户提供良好的用户交互。在STM32上开发LCD显示，可以有两种方式来对LCD进行操作，一种是通过普通的IO口，连接LCM的相应引脚来进行操作，第2种是通过FSMC来进行操作。在本次设计中采用FSMC接口对液晶进行操作。FSMC相比普通的GPIO口，操作液晶可以大大提高数据传输速度，必要时还可以使用DMA 传输来进一步加速，这样可以提高整个系统的响应速度。

激光驱动电路使用STM32的PWM输出功能，调节STM32 PWM输出的占空比可以调整激光的输出功率。PWM的占空比不一样，输出电压的有效值不一样，驱动激光可以MOS管来驱动，利用MOS管是电压控制电流型，可以控制激光电路电流大小，从而控制激光的输出功率。

2.2 系统软件设计

本次程序设计基于UCOS-II操作系统，UCOS-II是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将μC/OS-II嵌入到开发的产品中。μC/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。

基于UCOS-II的应用编程和基于状态机的编程思想是不一样的，状态机程序设计的思想是一条主线，从头到尾不停循环，这样的编程思想在程序比较简单的时候是没有问题的，但是当程序复杂的时候，就会需要很多变量，且程序的框架不是很明显，不便于后期的升级和维护。而基于操作系统的编程有点类似面向对象的编程思想，程序的结构不是一条主线，而是分层结构，每个层次对应的有相关功能，程序结构清晰，便于后期维护和升级。

根据本系统的功能需求，我把系统根据功能分成四个层次，层次可以通过按键相互切换。四个层次的分别为连续运行、间歇运行、连续运行30/60分钟、校准运行。四个层次之间可以互相切换，每个层次封装的有相应的功能，这样的层次结构会是系统升级和维护比较方便。

3. 研究计划与安排

第4周—第8周 系统软件编写和硬件调试；

第9周—第12周 撰写论文初稿；

第13周—第15周 修改论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邵贝贝 嵌入式实时操作系统uc/os-ii. 北京航空航天大学出版社 2003

[2] 赵星寒 从0开始教你学stm32 北京航空航天大学出版社 2014.

[3] 刘火良 stm32库开发实战指南机械工业出版社 2013