1 导言
现在，商场高端牙椅设备根本被国外公司专断，一般其价格昂贵并且技能不转让。跟着人们对口腔健康的日益注重，开发合适国情的高端一体化口腔治疗体系显得尤为必要。牙椅操控器是一体化口腔治疗体系的中心，其规划水平反映了整个体系的自动化程度，也是断定牙椅层次的一个重要依据。
本文研讨开发了依据ARM嵌入式技能的牙椅操控体系。在操控体系中运用嵌入式操作体系，运用多使命办理、使命间同步与通讯等功用，可更进一步进步体系牢靠性和实时性，增强智能操控和办理水平。
2 全体功用概述
体系全体框图如图1 所示。牙椅操控体系规划有必要满意医疗需求并方便运用操作。高级牙椅在实践作业中除了要满意上下仰卧四个根本方向的运动，一起还有必要可以完结茶杯给水、冲刷痰盂、无影灯调控、方位数据收集、X 光透射、及与上位机通讯功用，还要确保运动的平稳牢靠和数据传输的实时性。牙椅操控体系CPU 呼应外接键盘输入，履行相应的指令，驱动外部的液压传动组织完成牙椅的运动和其他外部设备的作业。
由于牙椅操控体系的操控点较多，且会集于器械盘面板和牙椅底座两个当地，因而本文将牙椅操控体系首要分为三大模块：面板操控模块、底座操控模块、供电模块。
2.1 体系的硬件规划
依据芯片功用、功耗、体系需求等多方面的要求，本体系选用S3C44B0X芯片与ATmega16 芯片构成双CPU 模块进行协同操控。S3C44B0X 是Samsung 公司出产的16/32 位RISC 处理器，其总线结构选用三星ARM CPU 嵌入式微处理器总线结构。S3C44B0X供给了全面的、通用的片上外设，包含1 个LCD 操控器、5 个PWM 通道的守时器和1 通道内部守时器、71 个通用I/O 口和8 通道外部中止源、8 通道10 位的ADC、SPI 同步数据通讯串行ARM 嵌入式牙椅操控体系接口等，具有杰出的可扩展性，作为牙椅体系的主处理器。
ATmega16 是增强的AVR RISC 结构的低功耗8位CMOS 微操控器，内部资源丰富，具有32 路可编程I/O 口、512 字节的EEPROM、四通道的PWM 输出、8 路10 位ADC 转化通道和3 个内部守时器/计数器和SPI 同步数据通讯串行口，作为牙椅体系的底座模块的中心和操控芯片，操控牙椅的移动和进行牙椅的方位数据收集。
牙椅操控体系的原理结构图如图2 所示。底座操控板CPU 外接一个3×2 脚踏键盘，CPU 接纳键盘输入履行相应的指令，并操控底座模块上的各液压传动操控继电器的通断，操控牙椅向上下仰卧四个方向、漱口方位和就诊方位运动。考虑到运用者的安全和牙椅设备的安稳牢靠问题，在运动过程中CPU 有必要对四个方向的限位开关和底座妨碍物保护开关的反应信息进行实时监控并做出相应的保护动作。
为抵达方便运用的意图，面板操控模块相同也要可以操控牙椅的上述运动并实时回忆牙椅的方位，因而体系要完成底座板和面板的实时通讯。结合CPU芯片的特色和实践需求两者选用串行外设接口(SPI)进行高速数据同步传输。面板CPU 可接纳外部扩展键盘的输入来履行呼应的指令，并预留了扩展接口。
由于外部设备关于CPU 来说都归于强电操控部分，为了使两者之间既坚持操控信号联络，又要防止电气搅扰，即实施弱电和强电阻隔，面板操控模块增加了光电阻隔电路。无影灯的亮度数字调理规划选用了PWM 方法。S3C44B0X 有5 个守时器可以供给PWM输出。由于体系运用的无影灯额外功率为50W，额外电压为12V，归于大电流作业，为了确保无影灯的调理精度，在操控电路上选用场效应管IRF540 与光电阻隔电路合作操控。
2.2 体系的软件规划
考虑到体系将来可扩展图画收集功用和杂乱的人机界面等要素，在S3C44B0X 上移植了μC/OS-II操作体系。μC/OS-II 是现在盛行的免费揭露源代码的实时操作体系。它不只具有结构细巧、可固化、可裁剪、多使命和可掠夺型的实时内核等特色，其实时性、安稳性和牢靠性也得到了广泛认可。μC/OS-II 的最小内核可编译至1.5KB，可广泛运用于从8 位到64 位单片机的各种不同类型、不同规划的嵌入式体系。在内存运用方面，μC/OS-II 是可裁剪的实时内核，在运用中需求调度的使命越多，需求的RAM 空间越大。
以运转20 个使命进行预算，μC/OS-II 内核占用不到2KB 的RAM 空间，可以运用20 个信号量、邮箱等来完结使命间的同步与通讯。
体系以S3C44B0X 的T0 守时器作为操作体系的时钟源，中止频率为10ms。体系每隔10ms 就调用一下键盘查询程序以实时呼应键盘事情，串口和CPU之间的SPI 通讯选用中止方法接纳和发送。任何时候只需没有关中止，中止的履行就高于任何使命以确保通讯的实时性。依据操控体系的作业要求，使命可划分为键盘使命，茶杯给水使命，茶杯给水守时设置使命，无影灯使命，LED 指示灯使命，报警信息使命和冲刷痰盂使命。
由于使命间、使命和中止间的通讯都是依据信号量机制会集办理，所以要树立起信号量的保护机制。
在开始使命StartTask 中，首要树立一系列的信号量和邮箱：
然后，用OSTaskCreate( )函数树立7 个使命。最终，在开始使命中将它本身删除去。
(1) 键盘使命：调用OSSemPend(Sem_Keyboard，0，err)来取得信号量。取得信号量后，使命将调用邮箱发送音讯使命OSMboxPost (OS_EVENT*pevent，void*msg)唤醒相应的其它使命。
(2) 茶杯给水使命：向茶杯中加水。该使命经过OSMboxPost(Mbox_Cup，Msg_Cup)被唤醒。
(3) 茶杯给水守时设置使命：设置茶杯给水守时时刻。该使命经过OSMboxPost(Mbox_CupSetting，Msg_CupSetting)被唤醒。
(4) 报警信息使命：牙椅运动抵达妨碍方位报警等的报警信息，并进行相应的处理。该使命调用OSSemPend(Sem_AlarmTask，0，err)取得信号量。
(5) 冲刷痰盂使命：冲刷痰盂。该使命经过OSMboxPost (Mbox_Ty，Msg_Ty 被唤醒。
(6) LED 灯指示使命：经过动态扫描方法点亮相应的键盘指示灯来指示当时的体系作业状况。该使命经过OSMboxPost (Mbox_LED，Msg_LED)被唤醒。
(7) 无影灯使命：开关及接连调理无影灯亮度。
该使命经过OSMboxPost(Mbox_Move，Msg_Move)被唤醒。
在体系中，设置使命1 的优先级最高，依次为使命2、使命3 至使命6，程序流程如图3所示。
在上述使命中，CPU 首要是承受键盘的输入以唤醒其它相应使命，别的还有相应的记载方位的使命和与上位机通讯的使命，这儿不再做具体介绍。
3 操控体系调试成果
长时刻口腔治疗运用调试运转，本牙椅操控体系可以及时呼应输入并按要求运动，回来的回忆方位差错操控在1mm 内，茶杯水位差错不超越2mm，运转成果表明，操控体系与上位机的通讯及两CPU 之间通讯实时性、牢靠性均满意规划要求，且整个体系运转平稳牢靠，便于调试和保护，进步了牙椅自动化水平缓层次。
4 结语
本文选用嵌入式处理器和实时多使命操作体系增强了体系的功用，进步了体系的牢靠性、实时性并使体系具有杰出的可扩展性，便于后续扩展图画收集和人机界面功用，为进一步开发高端产品奠定根底。
该牙椅操控体系可进步国内牙椅出产规划水平，已在广州某医疗器械厂投入出产，发明了杰出的经济和社会效益。
