医疗无影灯的色温控制系统设计与实现【字数：12873】
由于传统灯源不能满足手术中对于组织血液辨识度的要求，使LED已经成为医疗手术灯的主要灯源，因为LED色温可调的特性能够满足这样的要求，而让手术安全地进行。本文将使用STC89C52单片机芯片来设计LED色温调节系统。该设计包括单片机最小系统、稳压电路、旋转编码器电路和LED电路等内容。在调节色温时，通过按下旋转编码器按钮切换红蓝绿三种模式，然后转动旋转编码器，将提高或降低的指令传到单片机，再由单片机输出相应的数据到WS2812B中，LED就能发出调节过后相应色温的光，从而实现色温的调节。本系统控制方法简单且可调色温区间大，只需通过旋钮跟按钮就可以按任意调节三基色的比例，从而实现冷暖色温的转变，达到色温调节的目的。
Key Words:Microcontrollers；LED；Color temperature control 目录
1. 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2医疗无影灯的介绍 1
1.2.1医疗无影灯的结构 1
1.2.2医疗无影灯的原理 2
1.3 LED作为医疗无影灯灯源的优点 2
1.3.1冷光源 2
1.3.2光质好 2
1.3.3无频闪和无级调节 2
1.3.4寿命长 3
1.4国内外研究现状 3
2.色温控制原理 4
2.1色温的定义 4
2.2 LED发光原理 4
2.3 LED色温控制原理 5
2.3.1白光LED原理 5
2.3.2 LED调色温原理 5
2.4本课题设计思路 6
3.硬件电路设计 8
3.1硬件系统电路图 8
3.2单片机电路 8
3.2.1 STC89C52单片机芯片 8
3.2.2 STC89C52引脚介绍 9
3.2.3单片机最小系统 11
3.3 WS2812B电路设计 12
3.3.1 WS2812B产品概述 12
3.3.2 WS2812B主要特点 12
3.3.3 WS2812B引脚与电路接法 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.4旋转编码器电路设计 15
3.4.1旋转编码器的原理 15
3.4.2旋转编码器的选型 17
3.4.3 EC11旋转编码器电路 18
3.5稳压电源电路 19
4. 系统软件设计 21
4.1软件介绍 21
4.1.1开发环境 21
4.1.2 KEIL 21
4.2 程序设计 22
4.2.1主程序设计 23
4.2.2 数据传输程序设计 24
4.2.3 色温调节程序设计 25
5. 系统调试 27
5.1硬件安装 27
5.2软件测试 27
6. 总结与展望 30
参考文献 31
附录 32
致谢 47 绪论
1.1课题研究背景及意义
进入21世纪之后，随着科技的不断创新，医疗设施也在不断地更新换代，其中主要的设备就是医疗无影灯，它是医生在给人手术时用来照明的灯光设备，为了能够使切口和体腔中不同色度的、细微的、对比度低的物体更容易被看清[]。所以手术灯除了要“无影”以外，还需要满足光质和光照强度好的要求。以前，卤素灯一般作为医疗手术灯的光源，但卤素灯的缺点有它是热光源、耗能以及寿命短，热光源会导致病人和医生感到不适，甚至会影响到手术伤口。与之相对应的LED灯源为冷光源，并且节能环保，性能和功能上与卤素灯相比优势更大，所以现在医疗无影灯都采用LED作为光源[]。
LED有可调节色温的特性。因为在临床手术中对于器官组织的显色特性的要求，所以可以通过使用LED来调节色温，以更好地分辨血液与器官的色差，提高手术的准确性。
1.2医疗无影灯的介绍
1.2.1医疗无影灯的结构
医疗无影灯是手术时专门用来照明的灯，在手术的时候，因为医生的头部、器械、皮肤的凹处会产生阴影，这会使手术的准确度降低，所以尽可能减少阴影，从而减少对手术的影响，医疗无影灯为此而产生了[]。
医疗无影灯结构如图11所示，由平衡臂、悬臂、灯头和控制系统组成。/
图11 医疗无影灯的结构
1.2.2医疗无影灯的原理
光照在物体上后，便会投影下一个影子，在影子中间最暗的地方叫做本影，而周围浅暗的地方叫做半影。假设一个圆柱体放在桌面上，右边放一个灯泡，那么左边就会产生影子，当在左边也放一个灯泡时，就会有两个相叠但是不重合的影子，这部分就是两个灯泡都没有照到的地方，也就是本影，当放置第三和第四个灯泡后，本影就会继续减少，当四周都有光照到之后，那么阴影就会消失。如图12所示，根据这个原理，科学家制成了医疗手术灯。
/
图12 医疗无影灯原理图
无影灯是通过在一个大灯盘上用LED灯排列成圆形，从而形成一个大的光源，而且还通过多边反射，将光线从各个方位送到需要手术的地方，尽管有时候医生的手部等物体会遮挡些光源，但是依然能保证光照的均匀[]。现有的无影灯都具备过滤器，能够把绝大部分红外线都过滤掉，保证发出的光是寒光，不会产生热量，保证手术的安全进行。
1.3 LED作为医疗无影灯灯源的优点
1.3.1冷光源
目前无影灯采用的LED灯，因为冷光源的特性使得在手术时，基本不会产生热量而影响手术区域。
1.3.2光质好
跟传统手术灯的区别是，LED灯能够让医生更加明显区分血液和组织脏器的色差，视线更加清晰明亮。
1.3.3无频闪和无级调节
使用纯直流为手术灯供电，并且能够根据使用者的要求随意调节亮度，让手术灯发出最理想适合的光，能缓解人眼的疲劳。
1.3.4寿命长
传统灯有灯丝、玻璃泡，而LED没有，并且用是半导体芯片发光。在正常的电压下，LED能工作5万小时以上，是普通灯泡的数十倍[]。
1.4国内外研究现状
人类从原始生活的日出而作、日落而息，到近代工业时期，日班夜班两班倒，再到现在，人们开始有了漫长的夜生活，于此同时，也增加了人们对光照的需求。除了家里、马路上需要的灯以外，到人们手术时专用的医疗无影灯，不仅如此，还增加人们对灯的颜色的需求，如商城外轮廓的那些五颜六色的跑马灯，给人们的夜生活增添了色彩。
Key Words:Microcontrollers；LED；Color temperature control 目录
1. 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2医疗无影灯的介绍 1
1.2.1医疗无影灯的结构 1
1.2.2医疗无影灯的原理 2
1.3 LED作为医疗无影灯灯源的优点 2
1.3.1冷光源 2
1.3.2光质好 2
1.3.3无频闪和无级调节 2
1.3.4寿命长 3
1.4国内外研究现状 3
2.色温控制原理 4
2.1色温的定义 4
2.2 LED发光原理 4
2.3 LED色温控制原理 5
2.3.1白光LED原理 5
2.3.2 LED调色温原理 5
2.4本课题设计思路 6
3.硬件电路设计 8
3.1硬件系统电路图 8
3.2单片机电路 8
3.2.1 STC89C52单片机芯片 8
3.2.2 STC89C52引脚介绍 9
3.2.3单片机最小系统 11
3.3 WS2812B电路设计 12
3.3.1 WS2812B产品概述 12
3.3.2 WS2812B主要特点 12
3.3.3 WS2812B引脚与电路接法 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.4旋转编码器电路设计 15
3.4.1旋转编码器的原理 15
3.4.2旋转编码器的选型 17
3.4.3 EC11旋转编码器电路 18
3.5稳压电源电路 19
4. 系统软件设计 21
4.1软件介绍 21
4.1.1开发环境 21
4.1.2 KEIL 21
4.2 程序设计 22
4.2.1主程序设计 23
4.2.2 数据传输程序设计 24
4.2.3 色温调节程序设计 25
5. 系统调试 27
5.1硬件安装 27
5.2软件测试 27
6. 总结与展望 30
参考文献 31
附录 32
致谢 47 绪论
1.1课题研究背景及意义
进入21世纪之后，随着科技的不断创新，医疗设施也在不断地更新换代，其中主要的设备就是医疗无影灯，它是医生在给人手术时用来照明的灯光设备，为了能够使切口和体腔中不同色度的、细微的、对比度低的物体更容易被看清[]。所以手术灯除了要“无影”以外，还需要满足光质和光照强度好的要求。以前，卤素灯一般作为医疗手术灯的光源，但卤素灯的缺点有它是热光源、耗能以及寿命短，热光源会导致病人和医生感到不适，甚至会影响到手术伤口。与之相对应的LED灯源为冷光源，并且节能环保，性能和功能上与卤素灯相比优势更大，所以现在医疗无影灯都采用LED作为光源[]。
LED有可调节色温的特性。因为在临床手术中对于器官组织的显色特性的要求，所以可以通过使用LED来调节色温，以更好地分辨血液与器官的色差，提高手术的准确性。
1.2医疗无影灯的介绍
1.2.1医疗无影灯的结构
医疗无影灯是手术时专门用来照明的灯，在手术的时候，因为医生的头部、器械、皮肤的凹处会产生阴影，这会使手术的准确度降低，所以尽可能减少阴影，从而减少对手术的影响，医疗无影灯为此而产生了[]。
医疗无影灯结构如图11所示，由平衡臂、悬臂、灯头和控制系统组成。/
图11 医疗无影灯的结构
1.2.2医疗无影灯的原理
光照在物体上后，便会投影下一个影子，在影子中间最暗的地方叫做本影，而周围浅暗的地方叫做半影。假设一个圆柱体放在桌面上，右边放一个灯泡，那么左边就会产生影子，当在左边也放一个灯泡时，就会有两个相叠但是不重合的影子，这部分就是两个灯泡都没有照到的地方，也就是本影，当放置第三和第四个灯泡后，本影就会继续减少，当四周都有光照到之后，那么阴影就会消失。如图12所示，根据这个原理，科学家制成了医疗手术灯。
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图12 医疗无影灯原理图
无影灯是通过在一个大灯盘上用LED灯排列成圆形，从而形成一个大的光源，而且还通过多边反射，将光线从各个方位送到需要手术的地方，尽管有时候医生的手部等物体会遮挡些光源，但是依然能保证光照的均匀[]。现有的无影灯都具备过滤器，能够把绝大部分红外线都过滤掉，保证发出的光是寒光，不会产生热量，保证手术的安全进行。
1.3 LED作为医疗无影灯灯源的优点
1.3.1冷光源
目前无影灯采用的LED灯，因为冷光源的特性使得在手术时，基本不会产生热量而影响手术区域。
1.3.2光质好
跟传统手术灯的区别是，LED灯能够让医生更加明显区分血液和组织脏器的色差，视线更加清晰明亮。
1.3.3无频闪和无级调节
使用纯直流为手术灯供电，并且能够根据使用者的要求随意调节亮度，让手术灯发出最理想适合的光，能缓解人眼的疲劳。
1.3.4寿命长
传统灯有灯丝、玻璃泡，而LED没有，并且用是半导体芯片发光。在正常的电压下，LED能工作5万小时以上，是普通灯泡的数十倍[]。
1.4国内外研究现状
人类从原始生活的日出而作、日落而息，到近代工业时期，日班夜班两班倒，再到现在，人们开始有了漫长的夜生活，于此同时，也增加了人们对光照的需求。除了家里、马路上需要的灯以外，到人们手术时专用的医疗无影灯，不仅如此，还增加人们对灯的颜色的需求，如商城外轮廓的那些五颜六色的跑马灯，给人们的夜生活增添了色彩。
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