浙江维真医疗科技有限公司设计开发方案

1. 立项的背景和意义

1.1 项目背景

1.1.1 电脑验光仪的现状

• 现阶段电脑验光仪并不能实现验光流程的完全自动化，主要表现在定位速度慢、定位精度差和自动化水平低。
• 主流电脑验光仪需要验光师手动调节操纵杆去寻找、定位待检人眼，定位对焦很难对准确标准。

1.1.2 项目意义

• 本项目研究具有人眼跟踪系统的电脑验光仪，旨在提高定位速度和定位精度，提高电脑验光仪自动化水平。
• 为最终无操作人员的实现电脑验光仪自验光功能做铺垫。

1.2 产品概述

1.2.1 产品名称与规格

• 产品名称：WZ-990型、WZ-990 KR型、WZ-998型、WZ-998 KR型全自动电脑验光仪。
• 产品规格：WZ-990型、WZ-990 KR型、WZ-998型、WZ-998 KR型。

1.2.2 项目时间与预算

• 起止时间：2024年3月25日。
• 预算费用：1200万。

1.3 项目目的

• 研制一款电脑验光仪，要求验光效果高，可操作性和重复性好，极大地提高验光的效率和准确性，并降低验光成本。
• 采用三维移动机构，借助辅助光路和传感器的作用，快速实现自动追踪和对焦，确保屈光度测量和角膜曲率测量的准确性。
• 产品整体技术达到国内领先，接近国际先进水平，可替代进口，拓展国内外市场，提升核心竞争力。

1.4 标准依据

• 依据的标准、法律法规及技术协议的主要内容见《电脑验光仪开发任务书》 WZ/YF-2024-YGY。

1.5 可实现产品功能要求

• 系统自检功能：有LCD检查、PD检查、按键检查、打印检查。
• 屈光度测量功能：有自动控制配合电机制动、图像信息采集、图像信息分析与计算及添加新测量数据，存储溢出时删除最老的数据及确认等功能。
• 历史数据浏览功能：有数据浏览等功能组成。

1.6 预期性能

• 顶点距（VD）:0mm、12.0mm、13.75mm、15.00mm。
• 球镜度测量范围：-20.00D～+20.00D。
• 柱镜度测量范围：0D～6D。
• 轴位测量范围：0°～180°。
• 最小可测瞳孔直径：φ2.0mm。
• 瞳距测量范围：45mm～85mm。
• 曲率半径测量范围：6.5mm～9.4mm。
• 角膜曲率主子午线轴位测量范围：0°～180°。
• 角膜直径测量范围：2.0mm～12.0mm。
• 上下可自动跟踪范围：30mm。
• 左右可自动跟踪范围：860mm。
• 前后可自动跟踪范围：450mm。
• 电源：AC220V 50Hz 75VA / AC230V 50Hz 75VA。
• 储存温度：-10℃至70℃。
• 储存湿度：10%至95%RH。
• 工作温度：10℃至40℃。
• 工作湿度：（15-90）%RH （无凝露）。
• 主要部件规格：约300(W)*450(D)*500-530(H)mm。
• 主要部件重量：约20KG。

1.7 光路结构说明

1.7.1 光学测量系统方案

• 投影光路：红外光源位于透镜的焦点上，经透镜和环光栏形成环形目标，并位于透镜的焦面上，经透镜平行出射，经环光栏的两同心环光栏，经中孔棱镜反射以及009、107反射，穿过108进入人眼。
• 测量光路：从人眼眼底反射回来的光线穿过108，经过107、009反射并通过旋转棱镜以及206中孔棱镜上的小孔和307到达306，反射后经过305聚焦于A1，再经过304、303后平行出射，经302后聚焦于301（CCD）上形成环像。
• 固视系统：可见光源均匀照亮固视图标，经透镜成像在A2，经透镜平行入射到008上，反射后经009、107，透过108到达人眼。
• 监视系统：红外光经透镜成平行光束，经106反射，过107、108投射照亮被测前眼部，完成聚焦。
• 辅助聚焦光路：红外光源经人眼角膜反射后，通过滤光片，经504平行出射，经505投射到线阵CCD506。

1.7.2 光路示意图

• 光路示意图一：展示了投影光路、测量光路、固视系统、监视系统、辅助聚焦光路的光路示意图。
• 光路示意图二：展示了光路的具体布局和连接方式。

1.8 机械机构说明

• 电脑验光仪采用三维运动方式（上升下降、前后移动、左右移动），都采用滑轨作为导向，电机带动丝杆转动从而实现传动的结构来实现运动。
• 人眼位置升降机构，采取较舒适的方法固定住人的头部，通过调节头部位置高低从而到达调节人眼高度位置要求。

1.9 硬件结构说明

1.9.1 F（k）WZ-99硬件电路

• 主控制电路板主要实现系统设置，CCD信号处理，显示屏显示，触摸屏功能键响应，电机的控制以及外围通讯等功能。
• 电源电路把AC/DC模块输出的直流电压，通过DC/DC变换，转换成若干个直流电压，滤波输出后，供系统使用。
• CCD电路部分包括三块CCD传感器和外围电路。
• 电机驱动电路的主要功能是接收主控板的动作指令，驱动电机往对应方向转动。
• 光路驱动电路实现测量灯、固视灯、聚焦灯、环形灯等各光源和电磁阀的开启关闭或者调解功能。
• 打印机驱动电路实现热敏打印机打印数据。

1.10 软件设计说明

1.10.1 编译系统

• 基于ARM Keil MDK编译系统进行，系统内核采用自主多任务内核，设计语言为汇编+C，可以实现高效实时控制。

1.10.2 核心功能

• 通过人机交互，对三维运动机构进行控制，驱动测量系统对人眼进行测量，得到屈光度、瞳距、角膜曲率等测量结果。

1.10.3 功能设计

• 人机交互：包括交互界面设计以及触摸屏和显示屏的驱动，所有的人机交互操控均通过触摸屏进行。
• 电机驱动：步进电机多种运动模式控制，根据功能需要，基于变速和匀速运动，软件需综合设计不同的运动方式以满足人机交互以及测量的需求。
• 数据采集：通过图像传感器接口进行数据采集，包括监控CCD、测量CCD以及辅助聚焦线阵CCD，软件设计发送驱动时序，采集数据存储在系统内存中待处理。
• 数据处理：通过综合对监控CCD和线阵CCD的图像处理，识别测量眼的位置，控制三维机构运动，实现对被测眼的自动对焦功能，并检测瞳距以及角膜曲率；通过测量CCD的图像处理，可以检测得到被测眼的屈光度。
• 参数标定：软件需要对各运动机构以及检测机构进行初始化标定，对国标规定的屈光标准器和角膜曲率标准器的标准值进行原始标定，记录相关标定值。
• 打印驱动：软件需设计热敏打印机的驱动时序，包括加热时间控制、卷轴速度控制、切纸控制等，需符合打印机技术规范要求。
• 通讯功能：设计采用串行和蓝牙通行接口和外部进行数据通讯。
• 软件维护：为便于对软件进行升级维护，软件设计采用引导模块+升级模块+用户模块的结构方式进行，用户程序可以通过USB接口进行升级。

1.11 产品其他要求

• 见产品技术要求。