虹科PCAN醫療應用系列Part 1

基於虹科雙通道PCAN-miniPCIe接口卡的血管造影機C臂多軸運動控制系統

血管造影機是專門用於心腦血管疾病診斷和治療的先進醫療設備,技術水平高,價格昂貴。為了同時實現血管造影機運動控制系統的開放式通信和分佈控制,一般都是採用CAN總線來設計血管造影機C臂多軸運動控制系統,以解決以前老C臂線路繁多,實時性差等問題。

圖(一) 血管造影機

基於虹科雙通道PCAN接口卡的血管造影機C臂多軸運動控制系統的總結結構框圖如下所示。可以看到,該控制系統由上位機和下位機兩部分組成,上位機通過雙通道的PCAN-miniPCIe接口卡與下位機進行通信,下位機由多個節點組成,其中包括C臂伺服電機,L軸伺服電機,Junction伺服電機,II伺服電機等。工控機實現數據處理,起停電機,碰撞檢測等功能,完成總體監視與控制。伺服電機接收工控機的控制信號進行運動,並將自身的位置信息反饋給工控機,再由工控機對數據進行處理,作為控制的參考數據。

圖(二) 虹科雙通道PCAN接口卡結構框圖

軟件層面,採用CANopen作為應用層協議,通過NMT報文進行所有節點的通訊狀態機控制,通過SDO通訊方式進行伺服電機的參數配置和運動模式切換,通過PDO通訊方式實時地進行主控(工控機)與各伺服電機之間的運動指令下達和位置信息反饋,再通過SYNC報文進行各伺服電機之間的執行同步。 

方案特色

CAN/CANopen的實時性和穩定性

該方案採用虹科PCAN_miniPCIe硬件作為CAN接口,虹科CANopen協議棧作為應用層協議,CAN/CANopen報文可以實現點對點,單點對多點,多點對單點等通信,CAN總線採用非破壞性逐位仲裁技術解決總線衝突問題,保證了優先級高的數據無延遲,且CAN報文為短幀結構,有硬件CRC校驗,受干擾的概率小,傳輸可靠性極高。而實時性和穩定性正好是醫療設備行業所要求和關注的。

PCAN miniPCIe的雙通道設計

該方案中,工控機不僅要對所有伺服軸進行實時控制,還需要對整體CAN網絡進行在線監控。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控部分通過不同的CAN通道實現,且僅需一塊PCAN miniPCIe接口卡即可。其中實時控制部分採用接口卡的CAN通道1,作為CAN網絡的CANopen主控節點,可收可發,而在線監控部分採用接口卡的CAN通道2,作為第三方的單聽監控節點,在線監聽CAN網絡數據及狀態,不會對CAN網絡產生任何外來干擾,也不佔用CAN總線帶寬。

虹科PCAN接口卡的關鍵特性

圖(三) 虹科PCAN接口卡

· 支持CAN,CAN FD,J1939,CANopen等多種物理層和應用層協議

· 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

· 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包

· 時間戳分辨率1 µ s(部分型號)

· 工作溫度範圍:-40 to 85°C

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