相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)多通道超聲驅動器并行控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)，尤其是涉及一種相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)多通道超聲驅動器并行控制裝置。
【背景技術】
[0002]相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)(HIFU)中有幾十甚至幾百通道的超聲換能陣元，每路陣元均擁有獨立的超聲驅動電路，每一路超聲驅動電路需要單獨調整控制輸出電壓的幅值與相位。
[0003]在現(xiàn)有的控制方案中，多采用單片機來實現(xiàn)，如圖1所示，一個單片機控制一個或多個(小于16)通道，所有單片機均通過同一串行總線連接到工控機，利用串行總線例如RS232/RS485、CAN等總線進行通訊，在通訊中通過不同的地址來識別不同的通道。
[0004]隨著相控技術的進一步發(fā)展，通道的數(shù)量越來越多甚至可達一千多路。舊的控制方法使用同一串行總線，為了避免串行通訊沖突，控制的延時大、效率低，并且隨著控制通道數(shù)量的增加，實時性差的缺陷越發(fā)明顯。在未來更多通道要求更高精度與實時性控制的相控HIFU系統(tǒng)，舊的控制方法已然不能滿足系統(tǒng)的需求了。
[0005]從系統(tǒng)開發(fā)與固件更新的角度來看，在通道數(shù)目上進行大規(guī)模拓展存在限制。在幾百路甚至一千多路的系統(tǒng)中，若使用舊的控制方法，每一次單片機固件的更新就需要重復進行幾百甚至上千次，這樣低的開發(fā)效率顯然不符合相控HIFU系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。
[0006]從系統(tǒng)安全的角度來看，舊的系統(tǒng)僅從工控機單方向的向底層的驅動電路進行輸出電壓的控制，無法知道驅動電路的實際工作狀態(tài)，包括實際輸出電壓的幅值與相位，輸出電功率等。并且超聲驅動電路中存在一些容易發(fā)熱的功率元件，在不受監(jiān)控下工作可能發(fā)生故障而導致超溫、過流等現(xiàn)象的發(fā)生，從而可能會對系統(tǒng)造成不可逆的損壞。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種確保系統(tǒng)安全性、靈活性高的相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)多通道超聲驅動器并行控制裝置。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0009]—種相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)多通道超聲驅動器并行控制裝置，包括底層電路板和至少一塊可編程邏輯控制板，所述可編程邏輯控制板通過底層通信總線與底層電路板連接，所述底層電路板與相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)的多通道超聲驅動器連接，
[0010]所述可編程邏輯控制板包括時鐘模塊及與時鐘模塊分別連接的上層接口模塊、上層主控模塊、寄存器列表模塊、底層主控模塊和底層接口模塊，所述上層接口模塊、上層主控模塊、寄存器列表模塊、底層主控模塊、底層接口模塊依次連接，所述底層接口模塊通過底層通信總線與底層電路板連接；
[0011]上層主控模塊通過上層接口模塊接收控制指令寫入寄存器列表模塊，底層主控模塊根據(jù)寄存器列表模塊中存儲的控制指令通過底層接口模塊對底層電路板進行控制并讀取底層電路板的監(jiān)控值，存儲至寄存器列表模塊中，并在某一通道發(fā)生異常情況時生成報警信號，上層主控模塊根據(jù)存儲的監(jiān)控值對底層電路板進行反饋控制。
[0012]所述可編程邏輯控制板包括FPGA控制板、ZYNQ控制板或CPLD控制板。
[0013]所述底層主控模塊的個數(shù)、底層接口模塊的個數(shù)與相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)的通道數(shù)相等，一個底層主控模塊依次通過一個底層接口模塊、一條底層通信總線與一塊底層電路板連接。
[0014]所述上層接口模塊包括I2C、SP1、RS232/RS485、CAN、PCI 或 USB 接口。
[0015]所述上層主控模塊為程序控制模塊、軟核單片機或硬核單片機。
[0016]所述上層主控模塊中設置有一用于一一對應硬件通道編號與實際換能器通道編號的映射表，映射表內的映射關系通過軟件進行修改配置。
[0017]所述底層接口模塊包括I2C、SPI或RS232/RS485接口。
[0018]所述底層接口模塊優(yōu)選為I2C接口。
[0019]所述底層電路板上設有電源總控開關、電壓控制電路、電壓測量電路、電流測量電路、溫度測量電路、相位檢測電路、報警電路和LED顯示電路，各電路掛載在同一底層通信總線上。
[0020]所述底層主控模塊在某一通道發(fā)生異常情況時生成報警信號，該報警信號包括三級別報警信號，第一級報警時，暫停輸出，待監(jiān)控值正常后繼續(xù)工作，第二級報警時，重置該通道；第三級報警時，強制切斷該通道電源。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1、本發(fā)明可編程邏輯控制板采用FPGA等芯片，信號時延小，實時性好，適合進行實時控制，并且開發(fā)靈活，更新方便，有效縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，F(xiàn)PGA的I/O 口多，可進行實時并行操作，不存在串行總線通訊沖突的情況，多通道之間的工作互不干擾，每個通道可以設置互不相同的工作狀態(tài)，靈活性高；
[0023]2、實時監(jiān)控輸出電壓的實際幅值與相位、輸出電流、輸出電功率、電路中關鍵位置的溫度等信息，對輸出進行確認，確保系統(tǒng)的可靠性，并對功率溫度等信息進行監(jiān)控，形成可靠的閉環(huán)控制，確保系統(tǒng)的安全性；
[0024]3、可編程邏輯控制板內部會自動對檢測信息進行智能判斷，可根據(jù)異常的嚴重程度發(fā)出三級不等的報警，并根據(jù)報警級別直接在底層對系統(tǒng)進行保護性的操作如中斷、重置、下電等，避免對硬件造成不可逆的損壞，提升了系統(tǒng)的安全性，對系統(tǒng)硬件起到了保護作用；
[0025]4、本發(fā)明優(yōu)選基于FPGA的并行控制架構，在擴充通道上非常方便，可以將多路并聯(lián)擴充至所需通道數(shù)；
[0026]5、上層主控模塊中設有硬件與實際換能器的通道映射表，在通道數(shù)非常多的情況下無需繁瑣的一一對應的連線，任意連接后通過映射表來修改對應通道即可。
【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有的多路相控HIFU控制方案的示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的多路相控HIFU控制方案的示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明中底層電路上相關模塊的示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明的多塊控制板并聯(lián)示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明中上層控制模塊里的映射表工作示例圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0033]如圖2所示，本實施例提供一種相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)多通道超聲驅動器并行控制裝置，包括硬件部分與可編程邏輯器件內部的固件部分。
[0034]硬件部分包括底層電路板2和至少一塊可編程邏輯控制板1，可編程邏輯控制板I通過底層通信總線3與底層電路板2連接，底層電路板2與相控高強度聚焦超聲系統(tǒng)的多通道超聲驅動器連接，對多通道超聲驅動器進行并行控制?？删幊踢壿嬁刂瓢錓可以采用FPGA控制板、ZYNQ控制板或CPLD控制板等。本實施例中，可編程邏輯控制板I采用FPGA控制板，包括FPGA芯片、FPGA外圍電路和接口電路。如圖3所示，底層電路板2上設有電源總控開關21、電壓控制電路22、電壓測量電路23、電流測量電路24