基于虹科雙通道PCAN-miniPCIe接口卡的血管造影機(jī)C臂多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
血管造影機(jī)是專門用于心腦血管疾病診斷和治療的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備，技術(shù)水平高，價(jià)格昂貴。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)血管造影機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開放式通信和分布控制，一般都是采用CAN總線來(lái)設(shè)計(jì)血管造影機(jī)C臂多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，以解決以前老C臂線路繁多，實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。
PCAN
基于虹科雙通道PCAN接口卡的血管造影機(jī)C臂多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)結(jié)構(gòu)框圖如下所示。可以看到，該控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，上位機(jī)通過(guò)雙通道的PCAN-miniPCIe接口卡與下位機(jī)進(jìn)行通信，下位機(jī)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，其中包括C臂伺服電機(jī)，L軸伺服電機(jī)，Junction伺服電機(jī)，I.I.伺服電機(jī)等。工控機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，起停電機(jī)，碰撞檢測(cè)等功能，完成總體監(jiān)視與控制。伺服電機(jī)接收工控機(jī)的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并將自身的位置信息反饋給工控機(jī)，再由工控機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作為控制的參考數(shù)據(jù)。
軟件層面，采用CANopen作為應(yīng)用層協(xié)議，通過(guò)NMT報(bào)文進(jìn)行所有節(jié)點(diǎn)的通訊狀態(tài)機(jī)控制，通過(guò)SDO通訊方式進(jìn)行伺服電機(jī)的參數(shù)配置和運(yùn)動(dòng)模式切換，通過(guò)PDO通訊方式實(shí)時(shí)地進(jìn)行主控(工控機(jī))與各伺服電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)指令下達(dá)和位置信息反饋，再通過(guò)SYNC報(bào)文進(jìn)行各伺服電機(jī)之間的執(zhí)行同步。
方案特色
1、CAN/CANopen的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性
該方案采用虹科PCAN_miniPCIe硬件作為CAN接口，虹科CANopen協(xié)議棧作為應(yīng)用層協(xié)議，CAN/CANopen報(bào)文可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，多點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)等通信，CAN總線采用非破壞性逐位仲裁技術(shù)解決總線沖突問(wèn)題，保證了優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)無(wú)延遲，且CAN報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)，有硬件CRC校驗(yàn)，受干擾的概率小，傳輸可靠性極高。而實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性正好是醫(yī)療設(shè)備行業(yè)所要求和關(guān)注的。
2、PCAN miniPCIe的雙通道設(shè)計(jì)
該方案中，工控機(jī)不僅要對(duì)所有伺服軸進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還需要對(duì)整體CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線監(jiān)控。為了更好地保證實(shí)時(shí)控制不受影響，該方案將實(shí)時(shí)控制部分與在線監(jiān)控部分通過(guò)不同的CAN通道實(shí)現(xiàn)，且僅需一塊PCAN miniPCIe接口卡即可。其中實(shí)時(shí)控制部分采用接口卡的CAN通道1，作為CAN網(wǎng)絡(luò)的CANopen主控節(jié)點(diǎn)，可收可發(fā)，而在線監(jiān)控部分采用接口卡的CAN通道2，作為第三方的單聽監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，在線監(jiān)聽CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及狀態(tài)，不會(huì)對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何外來(lái)干擾，也不占用CAN總線帶寬。
虹科PCAN接口卡的關(guān)鍵特性
特性
· 支持CAN，CAN FD，J1939，CANopen等多種物理層和應(yīng)用層協(xié)議;
· 支持USB，PCI，PCIe，MiniPCIe，M.2，PC/104，PCI/104，cPCI等多種接口類型;
· 支持Windows，Linux等操作系統(tǒng);
· 單通道，雙通道，四通道，六通道等多種版本;
· 提供上位機(jī)軟件及二次開發(fā)包;
· 時(shí)間戳分辨率 1 μ s(部分型號(hào));
· 工作溫度范圍：-40 to 85°C
通過(guò)虹科雙通道PCAN接口卡搭建血管造影機(jī)C臂多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，功能全面，安全可靠，實(shí)時(shí)穩(wěn)定，滿足了醫(yī)療設(shè)備行業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求。
