基于单片机C8051F020控制的低温冷冻治疗仪

　　低温冷冻治疗的医学原理是一种利用低温器械,利用局部超低温或低温冷冻促使病变组织快速降温、冻结及复温融化,从而产生一系列不可逆损伤而达到消除病灶的治疗方法。他具有麻醉镇痛、止血和减少出血、反应轻、安全性高以及有冷冻免疫等优点,因而在临床上逐渐引起关注。因此,研制出一种基于单片机控制的具有温度测量与显示、治疗时间显示、定时报警功能治疗仪,且具备串行通信接口,可将冷冻治疗手术数据输出,便于病历统计和回顾分析,以供临床研究时参考。

　　1　系统硬件设计

　　系统构成如图1所示。该仪器系统主要由5部分组成:热电偶放大器测温电路、低通滤波电路、治疗时间报警电路、串行通信接口电路和C8051F020单片机与LCD接口显示电路。

　　测温探针采用把热电偶探针封装在冷冻治疗用的探头中,测温探针感知病灶中的治疗温度,通过测温电路把温度变化转化为电压变化,电压经AD595热电偶放大器放大和冷端补偿后,经低通滤波接入C8051F020单片机中,利用单片机对信号进行处理、控制。采用液晶显示器(LCD)显示探头温度和治疗时间以及对治疗时间进行定时报警。测量范围:-76℃~+40℃;测量精度为:±0.5℃。

　　1.1　测温电路

　　热电偶放大器选用带具有冷端补偿的AD595单片热电偶放大器,AD595经激光修整预调配合K型(镍铬-镍铝)热电偶工作,具有冷端自动补偿功能;低阻抗电压温度线性输出(10 mV/℃),为实现10 mV/℃的线性输出及进行准确的温度补偿,AD595经激光修整预调,在25℃时匹配K型热电偶的传输特性;在25℃处K型热电偶存在40.44μV/℃的温度系数;因而AD595的增益为(10 mV/40.44μV = 247.3)。由于激光修整引入11μV的静态电位到输出放大器,因此AD595实际输出Vo为:

　　在本系统的仪器设计过程中,为了提高精度,选用K型热电偶作为测温元器件, AD595热电偶放大器采用±5 V双电源供电,电路如图2所示。其中+5 V电压是通过SPX117-5芯片电压转换得到,他的电压转换电路如图3所示。其中-5 V电源是由ICL7660芯片电压转换得到的,他的电压转换电路如图4所示。

　　1.2　低通滤波电路

　　在测温电路把温度变化转化为电压变化,电压经热电偶放大器放大和冷端补偿后,经过低通滤波,选择低通滤波目的是消除外界干扰,并有较好的带负载能力。

　　1.3　定时报警电路

　　当设计的低温冷冻治疗仪治疗时间到达整分钟时,蜂鸣器响1次,持续时间为1 s,以提醒医生治疗时间,方便医生进行手术判断,提高治疗仪的安全性和可靠性,报警电路如图5所示。