基于单片机控制的微型轴流式血泵外磁驱动系统

    0   引言

    随着电子技术和计算机应用的发展，单片机技术在近年已经有了很大的发展，并以其独特的优越性，广泛应用于各个领域。

    本文以单片机AT89552为控制单元核心组成的血泵外磁驱动系统，用单片机控制电机的脉冲数和脉冲间隔，脉冲的分配由软件实现，不仅线路简化，而且还可 根据系统的实际需要灵活地改变电机的控制方案。实验表明，单片机具有较强的控制处理能力和优越的性能价格比，用单片机做主控制器，很容易实现对永磁电机的 各种控制。

    1  磁场驱动轴流式血泵工作原理及交变磁场的产生方法

     1.1磁场驱动轴流式血泵工作原理

    植人式血泵的驱动采用外磁场驱动，主要原理是利用体外的旋转磁场，驱动血泵内的永磁体(血泵叶轮部分)转动，从而达到无接触无连接驱动。

    磁场驱动轴流式血泵系统吸取并融合了机械心脏瓣膜和“轴流式”血泵的结构特点，确定了动脉腔内的“叶轮一永磁转子体”结构设计及植人方法，大大简化了植人 部分的结构。血泵系统腔内部分的工作原理，采用了与轴流泵叶轮相同的机制，而驱动力的产生则通过体外可控交变磁场穿透人体和主动脉壁驱动动脉腔内的“叶轮 一永磁转子体”，从而实现非接触式动力传递，避免了密封、渗漏以及人体排异性等一系列传统泵结构难以克服的工程和医学上的困难。产生交变驱动磁场的定子置 于体外，通过传感器采集相应的人体自身信号和周围环境信号，在驱动控制装置控制下，通过适当的交变磁场向体内传递能量，血泵内的永磁转子将其转化为机械能 传递给涡轮的叶轮。在驱动力的持续带动下，血泵可不断将血液由左心室腔提升到主动脉腔，达到心脏辅助的目的。工作原理示意图如图1所示。

    1.2  交变磁场的产生方法

    交变磁场的产生采用励磁线圈驱动法，它是利用电机的工作原理，将径向充磁的永磁转子作为电机的转子，通过可变频脉冲电路分时驱动不同的线圈组，达到驱动永磁转子转动的目的。系统工作原理图如图2所示。

    2  工作原理及基本结构

    2.1  控制装置的组成

    永磁电机的单片机控制装置结构如图3所示。该控制装置采用ATMEL公司的A铭9552单片机做主控制器。控制电路的功能用单片机A铭9552通过编程来实现。整个系统由直流电源及几块固体组件(IC)组成，集成化程度高，工作可靠，性能稳定，抗干扰