步进电机在模拟瞳孔上的运用范文

摘要：在医学上瞳孔代表着一个人生命体征，观察瞳孔便可知当前病人身体状况，但在医学教育上，学生很难观察到非正常人的瞳孔，如果每个学生都去临床上观察也是不现实的，第一是很难遇到瞳孔散大、间接对光反射、直接对光反射病人；第二是现在人们的自我保护意识也越来越强，学生无法到临床直接观察病人病情。为了更好的让学生掌握这一门技能我们采用机械、光学、电子、编程技术相接合的方式来弥补这一门学科，仿真的瞳孔可以让学生非常直观地理解正常瞳孔、散大的瞳孔、直接对光反射、间接对光反射、无反射状态瞳孔的变化，使学生更容易记忆与理解病理的变化。

关键词：光敏电阻；步进电机；模拟瞳孔

步进电机一般给人的印象是非常大的，驱动机械臂的，而我们用的是一种微型步进电机，在日常生活中很少能看到如此小的步进电机，我们采用的Sankyo公司微型电机，电机最大直径7mm，总长12.5，丝杆长度8.5mm，电压5v，2项4线制,驱动芯片采用LM4818，主控器采用STM32F103RET6，为了与如此微小的步进电机配合，眼球壳体我们采用3D快速制造技术，打印精度0.01mm。

1系统组成

系统由单片机STM32F103RET6、2片步进电机驱动芯片LB1848M、电源稳压芯片LM1117-3.3v、光敏电阻PTSMD021、10mm凸透镜、两个步进电机、眼眶支架、瞳孔图片、上位机软件等部件组成。

2系统原理

瞳孔的变化是通过主控芯片发出时序给驱动芯片LM4818M的IN1与IN2引脚，驱动芯片驱动步进电机来推动瞳孔图片在眼球支架内上下移动来实现瞳孔的变化，在瞳孔支架外有一个凸透镜，当图片远离凸透镜的时候图片被放大，表现为瞳孔散大状态，当瞳孔接近凸透镜时图片还原，表现为瞳孔缩小，反复运动表现为对光反射，当一侧瞳孔采集到强光照射时另一侧瞳孔变化为间接对光反射，当前瞳孔采集到强光照射时当前瞳孔变化为直接对光反射。

3电路驱动

单片机采用市场主流芯片STM32F103RET6,核心处理器为ARM®CortexTM-M332位单片机，Flas512kROM64k，工作电压3.3v，最高主频72MHz。步进电机驱动芯片采用LB1848M，低电压，2项激励，2项4线驱动步进电机驱动芯片，具有热保护功能，可直接驱动步进电机，光敏电阻采用PTSMD021，具有体积小灵敏度高优点。因为模拟人是两瞳孔，所以我们需要两片LB1848M与两个步进电机，两套瞳孔支架，两个光敏电阻PTSMD021，STM32F103RET6引脚PC10,、PC11与两片步进电机接驱动LB1848M的2、5脚连接，为了将来两瞳孔同步变化，我们把驱动引脚并联，又为了可以分开控制每一个瞳孔，我们独立控制LB1848M的使能端,PC10与左眼步进电机驱动片子的3脚连接，PC12与右眼步进电机驱动片子的3脚连接，而瞳孔对光反射是需要采集光敏电阻的AD值，我们用STM32F103RET6的ADC123_13与ADC123_14分别采集左右眼光照AD值的变化，当有手电光照射在光敏电阻上时，光敏电阻的阻值就会有突变，AD的变化值我们把突变作为有效变化值，而普通缓慢变化认为是环境变化，只要有光的变化，AD便可以采集到不同的数值，根据当前的病例我们控制瞳孔的不同变化。

4程序的驱动

LB1848M需要STM32F103RET6产生一个时序加在IN1与IN2脚上来驱动步进电机的正反转、速度、前进或者后退的距离，我们采购的步进电机为1.8度，丝杆螺距为0.2mm，首先我们根据LB1848M数据手册时序图（图2）得到驱动LB1848M的程序时序（图3），根据时序我们计算出驱动步进电机一圈所需要的脉冲数，行驶距离所需脉冲数计算公式为：总脉冲数=(行程/0.2)*一圈所需脉冲。

5瞳孔散大缩小的控制

重症病人出现双侧瞳孔散大伴对光反射消失,首先要考虑是脑死亡的现象，这种情况一般是危重疾病的。当老师需要演示此病例（瞳孔散大）时，老师需在ipad上点击瞳孔散大，模拟人与ipad通过蓝牙相互通讯，收到命令后我们需要使电机反转，反转后带动瞳孔红膜图片远离凸透镜，此时经过凸透镜的放大，整个瞳孔变黑，当学生用手电照射瞳孔时，STM32F103RET采集到瞳孔AD值的变化，但当前瞳孔是散大状态，非正常状态所以瞳孔无反应，瞳孔的缩小与散大类似只是运动方向不同。

6瞳孔对光反射的实现

对光反射是检查瞳孔功能活动的测验，分直接对光反射和间接对光反射。瞳孔对光反射的中枢在中脑顶盖前区，因此临床上常把它作为判断中枢神经系统病变部位、麻醉的深度和病情危重程度的重要指标。我们的实现原理为当学生用手电照射瞳孔中的光敏电阻时，光敏电阻的阻值在变化，AD采集到数据是突变的，此时认为有强光照射，瞳孔缩小，当强光离开瞳孔后AD值恢复到无强光状态，我们便让瞳孔恢复到正常状态。直接对光反射时ipad需下发一个命令，当模拟人收到此命令后，瞳孔变化必须是呈现出直接对光反射状态，如当照射左眼时左眼电机动，当照射右眼时右眼电机动，当ipad下发间接对光反射时，如照射左眼时右眼电机动，当照射右眼时左眼电机动。

7总结

采用电机与光敏电阻来实现瞳孔的变化，彻底颠覆了仿真医学瞳孔变化的原理，在此产品问世以前，瞳孔的变化有两种：一种为液晶屏式，此方式显示灵活，但仿真度差，立体感不强，失去真实感，另一种为机械式反转，此方法无法实现对光反射，而我们采用的凸透镜、光感、步进电机相结合的方式使瞳孔的变化基本接近真实，在临床上有非凡的教学意义，使得学生更容易理解瞳孔的各种状态与瞳孔的直接对光反射与间接对光反射含义。

参考文献

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作者：力兴文 单位：营口巨成教学科技开发有限公司