【瑞萨RA MCU创意氛围赛】基于瑞萨启明6m5智能化疗防脱发...

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1. 系统开发背景：

     癌症病人比如：淋巴瘤、白血病、乳腺癌、肉瘤患者经过放疗或者化疗容易出现脱发，大家在电视或媒体中常见到的完全脱发的恶性肿瘤患者。因为这些肿瘤的化疗方案经常强度比较高，并且使用的化疗药物，比如紫杉类药物和蒽环类化疗药物容易引起脱发。紫杉类药物包括：紫杉醇、多西紫杉醇、紫杉醇白蛋白结合型等，蒽环类药物包括阿霉素、表阿霉素、多柔比星脂质体等。手术，化疗，放疗等是被人们经常提起的治疗癌症最主要的手段，而化疗更是经常被妖魔化，大部分人能接受手术切除器官，而不能接受化疗引起的副作用，比如，化疗引起的头发，眉毛脱落，以及化疗呕吐等。化疗后为什么会掉头发许多药物都会损头发，免疫抑制剂，化疗药物，砷剂等药物可导致脱发。化疗药物在癌细胞生长的不同时期，都可阻止癌细胞的增值，浸润，转移，直至最终杀灭癌细胞，但是目前的化疗药物还不是太理想。

化疗药物在杀死癌细胞的同时，任何与癌细胞相似的生长比较迅速的快速分裂的细胞，都会被化疗药物伤害，头皮细胞就是这样的情况，约有九成的头发会因此脱落。当化疗停止后就会长出来。主导毛发生长的毛囊细胞受损伤后，头皮，面部，四肢，腋下和阴部等，导致不同部位的毛发不同程度的脱落。

2. 系统原理

脱发是有很好的预防措施，如附图所示。这是一种明确的可以减少脱发的方法，冰帽，顾名思义，就是用冰制作的帽子戴在头上。2015年ASCO的文献报导，冰帽缓解脱发的有效率在60-80%以上。原理是低温使得头皮血管收缩，减少头皮血流量，于是降低了到达头皮的化疗药物总量，

水在水箱与制冷系统之间通过一水泵循环；当水温降到设定温度时，设备发出声光信号，操作人员介入，人员做完准备工作后按下“运行开关”；另一水泵将水在水箱与冰帽/手套间循环，开始对头部/手部进行控温。

控温原理：

设备采用PID控制进行调温，通过温度传感器反馈的信号，对Pvar、Ivar、Dvar(比例、积分、微分）三个参数进行整定与优化，调整水箱水温，以此来实现对头部或手部的精确控温。并且低温使得头皮的毛囊细胞代谢水平减低，降低了对化疗药物的敏感性。

3. 系统设计框架

    RA6M5开发板MCU功能强大包括12位逐次逼近模数转换器(ADC12)单元。在单元0中，最多可选择13个模拟输入通道。在单元1中，最多可以选择16个模拟输入通道、温度传感器输出、内部参考电压进行相应单元的转换。AD转换精度可从12位、10位、8位转换中选择，从而可以在生成数字值时优化速度和分辨率之间的权衡。

  

系统包含N个温度传感器，SPI DMA 控制的4.3寸 LVGL GUI显示屏，AT WiFi 4G模块。IO控制继电器等，开发板有的IO被占，正在设计主板，开发项目难啊，实战项目。

4.软件设计

   基于 e2 studio开发

1. int        get_temperature(uint adc)
   
2. {
   
3.         uint        code *p;
   
4.         uint        i;
   
5.         uchar        j,k;
   
6.         uchar        min,max;        //查表序号, 0对应-40度, 160对应120度
   
7.         
   
8. //        adc = 4096 - adc;        //Rt接地
   
9.         p = temp_table;
   
10.         if(adc < p[0])                return (0xfffe);
    
11.         if(adc > p[160])        return (0xffff);
    
12.         
    
13.         min = 0;                //-40度
    
14.         max = 160;                //120度
    
15. 
    
16.         for(j=0; j<5; j++)        //对分查表
    
17.         {
    
18.                 k = min / 2 + max / 2;
    
19.                 if(adc <= p[k])        max = k;
    
20.                 else                        min = k;
    
21.         }
    
22.                  if(adc == p[min])        i = (uint)min * D_SCALE;
    
23.         else if(adc == p[max])        i = (uint)max * D_SCALE;
    
24.         else        // min < temp < max
    
25.         {
    
26.                 while(min <= max)
    
27.                 {
    
28.                         min++;
    
29.                         if(adc == p[min])        {i = (uint)min * D_SCALE;        break;}
    
30.                         else if(adc < p[min])        //线性插补
    
31.                         {
    
32.                                 min--;
    
33.                                 i = p[min];        //min
    
34.                                 j = (adc - i) * D_SCALE / (p[min+1] - i);
    
35.                                 i = min;
    
36.                                 i *= D_SCALE;
    
37.                                 i += j;
    
38.                                 break;
    
39.                         }
    
40.                 }
    
41.         }
    
42.         return (i-400);
    
43. }

复制代码

PID

1. float temp = 0.0f;                   //传感器温度,全局变量
   
2. void PidTempControl(void)
   
3. {
   
4.     float ee;
   
5.     float TempSet = 45.0f;           //目标温度
   
6. 
   
7.     float PidE0 = 0.0f;
   
8.     float PidKp = 0.0f,PidKi = 0.0f,PidKd = 0.0f;
   
9.     float PidOut = 0.0f;
   
10.     float PidSum = 0.0f,I_out = 0.0f;
    
11.     static float PidE1 = 0.0f;               
    
12. 
    
13.     PidKp = 15.0f;
    
14.     PidKi = 25.0f;
    
15.     PidKd = 0.0f;                         //初始化参数
    
16.   
    
17.     PidE0 = TempSet - temp;       //本次偏差
    
18.     ee = (PidE0 - PidE1);        //计算一阶偏差
    
19. 
    
20.     if(ee > 2.0f) ee = 2.0f;
    
21.     else if(ee < -2.0f) ee = -2.0f;
    
22. 
    
23.     PidSum += PidE0;                               //偏差之和
    
24. 
    
25.     if(PidSum > 5.0f) PidSum = 5.0f;
    
26.     else if(PidSum < -3.0f) PidSum = -3.0f;
    
27. 
    
28.     PidOut = PidKp * PidE0 + PidKd * ee;       //计算PID的比例和微分输出
    
29. 
    
30.     if(fabs(PidE0) < 3.0f)                     //如果温度相差小于3度则计入PID积分输出
    
31.     {
    
32.         if(PidSum > 5.0f) PidSum = 5.0f;
    
33.         else if(PidSum < -2.0f) PidSum = -2.0f;
    
34. 
    
35.         I_out = PidKi * PidSum;                      //积分输出
    
36. 
    
37. 
    
38.         if(fabs(PidE0) < -1.0f)                       //当前温度高于设定温度0.5度时，累计积分限制
    
39.         {
    
40.             if(PidSum > 5.5f) PidSum = 5.5f;
    
41.             if(PidSum > 0)    I_out  -= 1;               //当前温度高于设定温度0.5度时,消弱积分正输出
    
42.         }
    
43. 
    
44.         PidOut += I_out;
    
45.     }
    
46.     else
    
47.     {
    
48.         PidSum = 0.0f;
    
49.     }
    
50. 
    
51.     PidOut *= 500;                                                 //与控制量的比例系数
    
52.     if(PidOut > 2500) PidOut = 2500;
    
53.     if(PidOut < 0)    PidOut = 400;
    
54.     if(PidE0 > 5.0f) PidOut = 2500;
    
55.     if(PidE0 < -2) PidOut =0;
    
56. 
    
57.     HeaterSet(PidOut);                              //输出控制量
    
58.     PidE1 = PidE0;   
    
59. }

复制代码

4. 成果展示：

单片机GUI界面

  基于C++开发的上位机