2 μm 高功率激光医疗仪的市场需求越来越大，而目前国内此类设备在控制上缺乏对系统安全和出光精准度的考虑；同时，随着 YY0505-2012 医用电气电磁兼容标准于 2014 年开始执行，设计符合该标准的医用设备已迫在眉睫。因此，本文采用模块化设计，设计了一种基于 STM32 的 2 μm 光纤激光器医疗仪控制系统，将水冷单元的参数监控、电源模块的抗干扰设计、输出功率的校准等集成于一体。测试结果表明，系统可靠稳定、操作方便。

一、系统硬件结构

系统硬件以 STM32F107VCT6 为核心，硬件框图如图 1 所示。精密水冷单元的参数监控包括高低水位、水流量、水压力、水温的监测；以触摸屏为主的人机交互模块集成了出光指示灯、钥匙开关、急停、启动、脚踏、门控等外部硬件控制；配电模块集成了继电器驱动电路和电磁兼容设计。其中，水冷单元、光纤激光器、触摸屏和音效合成模块分别通过 RS-232 与主控制器通信。

图 1　系统硬件框图

二、配电模块电路设计

为实现高可靠性，配电模块电路采用冗余设计，每路继电器驱动电路控制两个固态继电器。以图 2 所示激光器的继电器驱动电路为例，U5、U6 代表两个继电器，输出端分别串联到电源的零线和火线上，实现同开同断，避免某一个继电器发生故障时影响整个系统的工作。每路信号除通过 I/O 控制外，急停信号也对继电器可控，达到软件和硬件同时急停的目的：选用的急停按钮是常闭型、高电平有效，当急停触发时 Q3 不导通，导致 9 引脚电平拉低，再与 I/O 信号经过与门，输出也为低电平，导致 Q4 不导通，继电器处于开路状态、电源断路。

图 2　激光器继电器驱动电路

另外，电路一方面在 STOP 和 I/O 信号接口处接入 5 V 瞬态抑制管，以防止静电积累损坏器件；另一方面在 Q4 导通时 D3 点亮作为电路工作状态指示，当系统出现异常时方便故障排查。

本文设计了一种基于 2 μm 高功率光纤激光器的医疗仪，以 STM32 为控制核心，完成了人性化的人机触控界面功能设计、激光器的驱动控制、精密水冷单元的参数监控、配电模块的抗干扰设计以及输出功率的校准。输出功率为 0 W 或 4～80 W、步进 1 W 连续可调，可通过脚踏自由切换汽化和凝血两种功率参数输出；温度采集精度 ±0.5 ℃，水流量 3.6 L/min，符合 IPG-TLR-80-WC-Y12 型号光纤激光器的正常工作要求。经过功率校准算法，用户设置功率与终端采集功率的最大偏差由之前的 63.6% 降低到 2.5%，控制精度为 ±1 W。测试结果表明，该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、输出功率稳定准确、操作便利等优点。