【正文】 ed by the DC adapter and Liion rechargeable battery. UPD78F9234 MCU as intelligence control chip is used to control the working of the apparatus, the NCP551 chip is used to provide a stable voltage for the apparatus, the LTC4054 chip is used to provide Liion battery charge and discharge management, integrated opamp chip LM324DT is used to constitute current drive circuit to control the power of the laser output, In order to protect the laser tube, slowstart soft protection is provided by the RC circuit. Finally, the semiconductor laser therapeutic apparatus has been tested and qualified. Keywords： Semiconductor laser therapeutic apparatus Laser driver circuit DC power supply circuit MCU control III 目 錄 摘要 .......................................................... I Abstract ..................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................... 1 課題背景 ............................................... 1 半導(dǎo)體激光治療儀的原理 ................................. 2 研究半導(dǎo)體激光治療儀的意義 ............................. 2 半導(dǎo)體激光治療儀的發(fā)展?fàn)顩r ............................ 4 第 2 章 半導(dǎo)體激光治療儀的設(shè)計要求 ............................. 5 半導(dǎo)體激光器的工作性質(zhì) ................................. 5 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)選擇 ................................. 5 半導(dǎo)體激光器的封裝 ................................. 6 半導(dǎo)體激光器的各項參數(shù) ............................. 6 硬件電路的設(shè)計要求 ..................................... 7 半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動方式 ................................. 8 本章小結(jié) ............................................... 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 ..................................... 9 總體方案的設(shè)計 ......................................... 9 智能控制系統(tǒng)的設(shè)計 ..................................... 9 電源管理系統(tǒng)的設(shè)計 .................................... 10 LTC4054 電池管理芯片的引腳介紹 ..................... 11 電源電池管理芯片的工作原理 ........................ 12 功率控制電路 .......................................... 13 穩(wěn)壓電路設(shè)計 .......................................... 14 驅(qū)動電路的設(shè)計 ....................................... 15 驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu) .................................... 15 軟啟動電路的設(shè)計 .................................. 16 激光器驅(qū)動電路的設(shè)計 ............................. 17 操作系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................ 18 按鍵電路設(shè)計 ...................................... 18 顯示屏和蜂鳴器的驅(qū)動電路設(shè)計 ..................... 19 復(fù)位電路的設(shè)計 ........................................ 20 本章小結(jié) .............................................. 21 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................ 22 系統(tǒng)軟件開發(fā)工具 ...................................... 22 系統(tǒng)主程序的設(shè)計過程 .................................. 23 系 統(tǒng)的初始化程序 .................................. 24 IV 單片機系統(tǒng)的復(fù)位 ...................................24 中斷電路服務(wù) .......................................25 激光功率控制程序 ...................................25 系統(tǒng)測試 ..............................................26 本章小結(jié) ...............................................27 結(jié)論 ..........................................................28 參考文獻 ......................................................29 致謝 ..........................................................30 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 課題背景 激光作為 20 世紀(jì)偉大的發(fā)明，已經(jīng)和半導(dǎo)體、原子能、計算機成為最重要的技術(shù)。 本論文從硬件和軟件兩個方面進行研究與設(shè)計，實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光治療儀的輸出功率與時間的控制。畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)就是設(shè)計一個基于 808nm和 980nm波長的半導(dǎo)體激光治療儀。 基 本 要 求 1． 學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光治療儀的基本原理； 2． 了解 808nm和 980nm波長的半導(dǎo)體激光基本技術(shù)性能； 3． 設(shè)計一個以單片機為核心的半導(dǎo)體激光治療儀； 4，給出設(shè)計參數(shù)選擇及軟件原理說明。該儀器可由直流適配器和鋰離子充電電池供電。 在20世紀(jì)六十年代，第一臺激光器問世。之后。 半導(dǎo)體激光治療儀因其價格低廉、體積較小、攜帶方便，成為市場上人們追逐和各大中小醫(yī)院爭相引入的設(shè)備。第一類激光生物效應(yīng)是激光診斷的依據(jù)，第二類激光生物效應(yīng)則是激光治療疾病的基礎(chǔ)。 在醫(yī)學(xué)上，由于強激光和弱激光的生物作用機理不同，所以在臨床應(yīng)用和基礎(chǔ)研究時其目的和方法也不同。 雙波長的治療儀相比較傳統(tǒng)激光器和單波長激光器在治愈傷口上更快、更牢固、 更平整，是一種未來可觀治愈傷口的方法 [4]。其中泵浦源起到激勵的作用，它將低能態(tài)的粒子反轉(zhuǎn)到高能態(tài)上。當(dāng)高強度的激光作用于機體時，瞬時的高強度能量對病變組織起到治療作用 例如激光手術(shù)。低強度激光的刺激可以改善機體的免疫、神經(jīng)、組織等系統(tǒng)，使病態(tài)機體恢復(fù)健康。 激光技術(shù)未普及之前，常用到的激光照射治療儀是 HeNe 激光治療儀。到了 1990 年，我國的王鉄旦教授引進該技術(shù) ，經(jīng)過試驗和研究，證明了該技術(shù)的安全性 和有限性 [7]。隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，激光的聚集方向統(tǒng)一、單色性高且相干性較高，光束質(zhì)量大大的提高 [8]。 表 12 不同波長治療范圍表 波長 /nm 功率 運行模式 應(yīng)用 可 見 光 531 低 連續(xù) 常規(guī)眼底激光光凝術(shù) 631671 低 連續(xù) 癌癥的光動力學(xué)治療 651 低 連續(xù) 各種急慢性鼻炎：穴位照射，活血化瘀， 抗炎消腫，殺菌止疼等 紅 外 光 781911 低 連續(xù) 牙齒、口腔急慢性炎癥；血管照射； 針灸理療等 811981 高 連續(xù) 外科手術(shù)中氣化，激光手術(shù)刀 811 中 微脈沖 經(jīng)鞏膜睫狀體光凝神術(shù)；閥下光凝 80 810 中 脈沖 脫毛 981 中 脈沖 除皺 1451 中 脈沖 去除粉刺、痤瘡等；除皺 1471 高 連續(xù)、脈沖 外科手術(shù)中的汽化，激光手術(shù)刀 15411551 中 脈沖 去除粉刺、痤瘡等；除皺 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 半導(dǎo)體激光治療儀的發(fā)展?fàn)顩r 半導(dǎo)體激光治療儀雖然應(yīng)用前景非常廣闊， 較傳統(tǒng)激光治療儀攜帶方便、治療徹底、衛(wèi)生健康等特點，但 是現(xiàn)階段仍然遇到很多問題。通過不斷地學(xué)習(xí)，參考其他激光儀器的性能和設(shè)計 ，完善本次治療儀的功能設(shè)計，使在解決相應(yīng)問題的基礎(chǔ)之上，讓半導(dǎo)體激光治療儀更加智能化。 激光的發(fā)生必須滿足粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)和達(dá)到一定的閾值。半導(dǎo)體激光器和其他激光器也有不同之處，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的電子存在同一能量狀態(tài)下的不同能帶之間的，而普通激光器的電子分布在不同能級的有源介質(zhì)上 的，粒子反轉(zhuǎn)時，方式也不相同 （半導(dǎo)體激光器的激勵方式如表 21所示） 。 對于半導(dǎo)體激光器，電注入激勵方式比其他兩種簡單，容易 控制， 激光器的電流情況和溫度對激光輸出功率 的影響明顯。不同結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體激光器 控制方式 如表 22所示 。載流子量子能介分布。輸出光束圓形對稱，可以與光纖耦合，制成激光數(shù)組，可以考慮傳 輸巨大的信息。 表 23 半導(dǎo)體激光器的參數(shù) 特性參數(shù) 閾值電流 激光管開始產(chǎn)生的震蕩電流 工作電流 激光管達(dá)到輸出功率時，經(jīng)過的電流 監(jiān)控電流 激光光達(dá)到額定輸出功率時的驅(qū)動電流 電壓 — 電流特性 通過圖看出結(jié)特性的好壞 功率 — 電流特性 半導(dǎo)體激光器的選擇依據(jù) 第 2 章 半導(dǎo)體激光治療儀的設(shè)計要求 7 熱特性 控制穩(wěn)定，使半導(dǎo)體激光器在合適的溫度下工作 PI 特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。溫度升高，閾值電流增大，對輸出功率的影響較大，再設(shè)計過程中，對溫度的控制尤為重 要。恒流源因其穩(wěn)定度高，使輸出穩(wěn)定。致使半導(dǎo)體激光器 PN結(jié)的閾值電流增大，對輸出功率有影響，反 過來對半導(dǎo)體激光器有損壞。 以前多用制冷器或者反饋燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 電路來達(dá)到降溫，此處 用占空比減小溫度可以節(jié)省材料，對裝置便利性提高很大。用 PD光電二極管監(jiān)視驅(qū)動電流，來使輸出功率穩(wěn)定。通過了 解激光器的各項參數(shù) 進而清楚了半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器的工作原理。半導(dǎo)體激光治療儀因其便攜，安全，機型小，操作簡單，壽命長而被廣大市場接受。單片機的小體積、高性能、低價格等各種突出特點隨著技術(shù)的進步逐漸在應(yīng)用領(lǐng)域不斷 發(fā)展。所以本次設(shè)計中的需要有個上述量 的轉(zhuǎn)化器。 它的引腳如圖32所示，其中， 接口可以連 數(shù)碼顯示管，用于指示工作狀態(tài)； 可以連接鍵盤來作為輸入裝置； 連模數(shù)轉(zhuǎn)換器來控制激光器的輸出功率?？梢圆捎眯吞枮?的鋰電池，電壓充電限制在 。該管理芯片常用在 mp3 播放器和充電器中。所以設(shè)計電路時，要考慮采用穩(wěn)定的恒流源來供電。 本次設(shè)計的基準(zhǔn)電壓是 MAXIM 公司生產(chǎn)的 REF02， REF02 電壓輸入范圍在 7V33V 之內(nèi)的都可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓為 5V。 (4) BAT:供給鋰電池電流。當(dāng)電池與充電器輸出端相連時，一個充電循環(huán)開始。當(dāng) BAT 引腳電壓達(dá)到最終浮充電壓 ()時， LTC4054 進入恒定電壓模式，且充電電流開始減小。 RPROG 和充電的電流采用公式如下： P R O G C H G=1000 0V/ RI (31) 式中 RPROG—— PROG 引腳與地連接處的電阻（ Ω ） ；