医疗无影灯的亮度控制系统设计与实现【字数：9083】
医疗无影灯是手术室中重要的医疗器械，是医生在手术中使用的最重要的照明灯具之一。对于无影灯亮度控制系统的设计，不仅能够满足现代化医院手术室日常的需求，还能促进我国医疗器械产业的进步，对医生的工作及患者的生命安全都具有重要的意义。本设计以STC89C51单片机控制模块为核心，该控制系统设置了两种控制模式手动控制和自动控制模式。手动控制模式分为八个档位，对应八种不同的亮度。自动控制模式利用ADC0832模拟-数字转换模块检测到的光敏电阻电压和预设的阈值进行比较，再利用PWM技术调节电流大小，从而系统实现了根据环境光度自动调光的功能。本设计已经达到了本次设计的基本功能要求，在系统安全性能方面也具有一定的可靠性。
目录
1. 绪论 1
1.1 医疗无影灯的结构与原理 1
1.1 课题设计的背景 1
1.2 课题设计的目的及意义 2
2. 医疗无影灯亮度控制系统的方案设计 3
2.1 LED优势 3
2.2 LED发光原理 3
2.3 PWM调光原理 3
2.4 本课题方案简述 4
2.5 各个模块的选择方案 4
2.5.1 主控芯片的选择方案 4
2.5.2 主控芯片方案的确定 6
2.5.3 照明驱动的选择方案 6
2.5.4 照明驱动方案的确定 7
3. 硬件设计 8
3.1 单片机的最小系统 8
3.1.1 STC89C51单片机最小系统介绍 8
3.1.3 时钟电路 10
3.1.4 复位电路 10
3.2 LED驱动电路 11
3.3 按键控制电路 12
3.4 模式指示电路 13
3.5 光度采集模块 13
4. 软件设计 15
4.1 使用工具介绍 15
4.1.1 Keil C51 15
4.1.2 C语言简介 15
4.1.3 Proteus简介 15
4.2 系统主程序设计 16
4.3 档位设置程序设计 17
4.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
按键控制程序设计 17
4.5 PWM调节程序设计 18
5. 系统测试 20
5.1 安装检查 20
5.2 运行测试 20
6. 总结与展望 23
参考文献 24
致谢 25
附录一：protel99se 原理图 26
附录二：源程序 27
1. 绪论
1.1 医疗无影灯的结构与原理
医疗无影灯是手术室中重要的医疗器械，是医生在手术中使用的最重要的照明灯具之一。它由平衡臂、悬臂、灯头和控制系统组成。其结构如图11所示：
/
图11 医疗无影灯实物图
无影灯是通过在一个大灯盘上用LED排列成圆形，从而形成一个大的光源，而其还通过多边反射，将光线从各个方位送到需要手术的地方，尽管有时候医生的首部等物体会遮挡光源，但是依然能保证光照的均匀[]。现有的无影灯都具有过滤器，能够把绝大部分红外线都过滤掉，保证发出来的光是寒光，不会产生热量，保证手术的安全进行。
1.1 课题设计的背景
医疗无影灯的诞生源于医生在手术过程中对于无影光源的需要。因为在手术的时候，医生的头部、手部等身体部位以及器械会在光源下产生阴影，这大大影响了手术的安全性和准确度。所以为了尽可能减少阴影对手术的影响，医疗无影灯应运而生。
它在使用过程中具有许多优点：不易发热、少影无影、色彩失真度低、性能稳定，照射角度可以大范围调节[]。因此医疗无影灯别广泛地应用于医院和手术室中。在使用过程中，医疗无影灯的亮度需根据手术情况及其需求进行亮度的调节，亮度的调节的便捷性、可靠性、分辨率对于医疗无影灯的性能具有重要的作用。
1.2 课题设计的目的及意义
医疗无影灯在使用过程中的亮度需根据手术情况及其需求进行亮度的调节，亮度的调节的便捷性、可靠性、分辨率对于医疗无影灯的性能具有重要的作用。目前传统的医疗无影灯的亮度调节功能在使用过程中仍存在一些问题[]。一方面，传统的医疗无影灯亮度调节范围较窄且精度低，无法满足日渐精益的现代化手术需求；另一方面，医生在紧张的手术过程中可能无瑕分心去调节医疗无影灯的亮度，手动调节亮度既浪费时间也容易造成手术中的失误[]。在这种情况下，能够自动调节灯光亮度的医疗无影灯就显得非常重要。因此这必然是一项值得深入研究的课题。
对于无影灯亮度调节系统的设计，不仅能够满足现代化医院手术室日常的需求，还能促进我国医疗器械产业的进步，对医生的工作及患者的生命安全都具有重要的意义。
2. 医疗无影灯亮度控制系统的方案设计?
2.1 LED优势?
与一般照明相比，LED照明具有以下主要优点:
（1）目前无影灯采用的LED灯，因为冷光源的特性使得在手术时，基本不会产生热量而影响手术区域。
（2）跟传统手术灯的区别是，LED灯能够让医生更加明显区分血液和组织脏器的色差，视线更加清晰明亮。
（3）使用纯直流为手术灯供电，并且能够根据使用者的要求随意调节亮度，让手术灯发出最理想适合的光，能缓解人眼的疲劳。
（4）传统灯有灯丝、玻璃泡，而LED没有，并且用是半导体芯片发光。在正常的电压下，LED能工作5万小时以上，是普通灯泡的数十倍。
因此，选用LED作为医疗无影灯的光源。
2.2 LED发光原理
LED即发光二极管。二极管是由镓、砷、磷等化合物构成。PN结是p区和n区之间的过渡层，LED的光就是在过渡层中空穴与电子结合产生的。P区携带空穴，N区携带电子。当PN结加上正向电压后，电子向多子为空穴的地方移动，空穴同样是向对方处移动。在p区中存在大量空穴，而在n区中存在大量电子，空穴和电子的区别是它们的能量和动量不同。当正向通电之后，电子与空穴相遇释放的能量转化为光，从视觉上看便是表现出光照。
2.3 PWM调光原理
PWM的意思就是脉冲宽度调制，脉冲宽度可以解释为是在脉冲周期中，高电平所占据的时间。?PWM是一种非常简单且使用灵活的控制方式。在该系统中，使用PWM调节亮度时，变化的是高电平在脉冲周期中占的时间，LED的导通时间随之改变，因此平均电流也会改变，这样LED的亮度便得到调节。
目录
1. 绪论 1
1.1 医疗无影灯的结构与原理 1
1.1 课题设计的背景 1
1.2 课题设计的目的及意义 2
2. 医疗无影灯亮度控制系统的方案设计 3
2.1 LED优势 3
2.2 LED发光原理 3
2.3 PWM调光原理 3
2.4 本课题方案简述 4
2.5 各个模块的选择方案 4
2.5.1 主控芯片的选择方案 4
2.5.2 主控芯片方案的确定 6
2.5.3 照明驱动的选择方案 6
2.5.4 照明驱动方案的确定 7
3. 硬件设计 8
3.1 单片机的最小系统 8
3.1.1 STC89C51单片机最小系统介绍 8
3.1.3 时钟电路 10
3.1.4 复位电路 10
3.2 LED驱动电路 11
3.3 按键控制电路 12
3.4 模式指示电路 13
3.5 光度采集模块 13
4. 软件设计 15
4.1 使用工具介绍 15
4.1.1 Keil C51 15
4.1.2 C语言简介 15
4.1.3 Proteus简介 15
4.2 系统主程序设计 16
4.3 档位设置程序设计 17
4.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
按键控制程序设计 17
4.5 PWM调节程序设计 18
5. 系统测试 20
5.1 安装检查 20
5.2 运行测试 20
6. 总结与展望 23
参考文献 24
致谢 25
附录一：protel99se 原理图 26
附录二：源程序 27
1. 绪论
1.1 医疗无影灯的结构与原理
医疗无影灯是手术室中重要的医疗器械，是医生在手术中使用的最重要的照明灯具之一。它由平衡臂、悬臂、灯头和控制系统组成。其结构如图11所示：
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图11 医疗无影灯实物图
无影灯是通过在一个大灯盘上用LED排列成圆形，从而形成一个大的光源，而其还通过多边反射，将光线从各个方位送到需要手术的地方，尽管有时候医生的首部等物体会遮挡光源，但是依然能保证光照的均匀[]。现有的无影灯都具有过滤器，能够把绝大部分红外线都过滤掉，保证发出来的光是寒光，不会产生热量，保证手术的安全进行。
1.1 课题设计的背景
医疗无影灯的诞生源于医生在手术过程中对于无影光源的需要。因为在手术的时候，医生的头部、手部等身体部位以及器械会在光源下产生阴影，这大大影响了手术的安全性和准确度。所以为了尽可能减少阴影对手术的影响，医疗无影灯应运而生。
它在使用过程中具有许多优点：不易发热、少影无影、色彩失真度低、性能稳定，照射角度可以大范围调节[]。因此医疗无影灯别广泛地应用于医院和手术室中。在使用过程中，医疗无影灯的亮度需根据手术情况及其需求进行亮度的调节，亮度的调节的便捷性、可靠性、分辨率对于医疗无影灯的性能具有重要的作用。
1.2 课题设计的目的及意义
医疗无影灯在使用过程中的亮度需根据手术情况及其需求进行亮度的调节，亮度的调节的便捷性、可靠性、分辨率对于医疗无影灯的性能具有重要的作用。目前传统的医疗无影灯的亮度调节功能在使用过程中仍存在一些问题[]。一方面，传统的医疗无影灯亮度调节范围较窄且精度低，无法满足日渐精益的现代化手术需求；另一方面，医生在紧张的手术过程中可能无瑕分心去调节医疗无影灯的亮度，手动调节亮度既浪费时间也容易造成手术中的失误[]。在这种情况下，能够自动调节灯光亮度的医疗无影灯就显得非常重要。因此这必然是一项值得深入研究的课题。
对于无影灯亮度调节系统的设计，不仅能够满足现代化医院手术室日常的需求，还能促进我国医疗器械产业的进步，对医生的工作及患者的生命安全都具有重要的意义。
2. 医疗无影灯亮度控制系统的方案设计?
2.1 LED优势?
与一般照明相比，LED照明具有以下主要优点:
（1）目前无影灯采用的LED灯，因为冷光源的特性使得在手术时，基本不会产生热量而影响手术区域。
（2）跟传统手术灯的区别是，LED灯能够让医生更加明显区分血液和组织脏器的色差，视线更加清晰明亮。
（3）使用纯直流为手术灯供电，并且能够根据使用者的要求随意调节亮度，让手术灯发出最理想适合的光，能缓解人眼的疲劳。
（4）传统灯有灯丝、玻璃泡，而LED没有，并且用是半导体芯片发光。在正常的电压下，LED能工作5万小时以上，是普通灯泡的数十倍。
因此，选用LED作为医疗无影灯的光源。
2.2 LED发光原理
LED即发光二极管。二极管是由镓、砷、磷等化合物构成。PN结是p区和n区之间的过渡层，LED的光就是在过渡层中空穴与电子结合产生的。P区携带空穴，N区携带电子。当PN结加上正向电压后，电子向多子为空穴的地方移动，空穴同样是向对方处移动。在p区中存在大量空穴，而在n区中存在大量电子，空穴和电子的区别是它们的能量和动量不同。当正向通电之后，电子与空穴相遇释放的能量转化为光，从视觉上看便是表现出光照。
2.3 PWM调光原理
PWM的意思就是脉冲宽度调制，脉冲宽度可以解释为是在脉冲周期中，高电平所占据的时间。?PWM是一种非常简单且使用灵活的控制方式。在该系统中，使用PWM调节亮度时，变化的是高电平在脉冲周期中占的时间，LED的导通时间随之改变，因此平均电流也会改变，这样LED的亮度便得到调节。
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