基于虹科雙通道PCAN-miniPCIe接口卡的血管造影機C臂多軸運動控制系統(tǒng)
血管造影機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，價格昂貴。為了同時實現(xiàn)血管造影機運動控制系統(tǒng)的開放式通信和分布控制，一般都是采用CAN總線來設(shè)計血管造影機C臂多軸運動控制系統(tǒng)，以解決以前老C臂線路繁多，實時性差等問題。
PCAN
基于虹科雙通道PCAN接口卡的血管造影機C臂多軸運動控制系統(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)由上位機和下位機兩部分組成，上位機通過雙通道的PCAN-miniPCIe接口卡與下位機進(jìn)行通信，下位機由多個節(jié)點組成，其中包括C臂伺服電機，L軸伺服電機，Junction伺服電機，I.I.伺服電機等。工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，起停電機，碰撞檢測等功能，完成總體監(jiān)視與控制。伺服電機接收工控機的控制信號進(jìn)行運動，并將自身的位置信息反饋給工控機，再由工控機對數(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NMT報文進(jìn)行所有節(jié)點的通訊狀態(tài)機控制，通過SDO通訊方式進(jìn)行伺服電機的參數(shù)配置和運動模式切換，通過PDO通訊方式實時地進(jìn)行主控(工控機)與各伺服電機之間的運動指令下達(dá)和位置信息反饋，再通過SYNC報文進(jìn)行各伺服電機之間的執(zhí)行同步。
方案特色
1、CAN/CANopen的實時性和穩(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報文可以實現(xiàn)點對點，單點對多點，多點對單點等通信，CAN總線采用非破壞性逐位仲裁技術(shù)解決總線沖突問題，保證了優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)無延遲，且CAN報文為短幀結(jié)構(gòu)，有硬件CRC校驗，受干擾的概率小，傳輸可靠性極高。而實時性和穩(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
該方案中，工控機不僅要對所有伺服軸進(jìn)行實時控制，還需要對整體CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線監(jiān)控。為了更好地保證實時控制不受影響，該方案將實時控制部分與在線監(jiān)控部分通過不同的CAN通道實現(xiàn)，且僅需一塊PCAN miniPCIe接口卡即可。其中實時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，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，在線監(jiān)聽CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及狀態(tài)，不會對CAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生任何外來干擾，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;
· 提供上位機軟件及二次開發(fā)包;
· 時間戳分辨率 1 μ s(部分型號);
· 工作溫度范圍：-40 to 85°C
通過虹科雙通道PCAN接口卡搭建血管造影機C臂多軸運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)簡單，功能全面，安全可靠，實時穩(wěn)定，滿足了醫(yī)療設(shè)備行業(yè)對實時性和穩(wěn)定性的要求。
