便携式多功能理疗仪的研究与设计

发布时间：2020-07-10 19:28

【摘要】：随着时代的发展和人类文明的进步,人们的健康意识不断增强,众多的便携式理疗产品开始进入普通家庭。这些理疗产品在促进人体血液循环、舒缓疲劳、治疗软组织疼痛等方面具有积极作用。但目前市面上出现的理疗设备普遍存在功能单一、价格昂贵、舒适度欠缺等问题。基于此,本文设计了一款便携式多功能理疗装置,该装置具有电磁理疗、电刺激、超声理疗三大功能,利用此装置可以完成对家庭成员的理疗任务。本文充分从装置的便携性、舒适性、可靠性考虑,发热板采用柔性石墨片和碳纤维丝等材料,增强了舒适度;电刺激选用硅胶电极片替代毫针,增加了刺激面积,减少针刺感;超声换能器采用凹型压电陶瓷片,产生的超声波聚焦于皮层内部,减少超声传输过程中的损耗。在硬件设计上,本文选择ST公司的高集成芯片STM32F103作为中央处理器。电磁理疗模式中,设计RC测温电路采集TDP发热板的实时温度,并通过负载开关对发热板进行加热;电针模式中,设计升压电路,脉冲信号调理电路以及过流保护电路,并对电路设计和器件选型进行深入讨论;超声模式中,设计驱动电源激励超声换能器,以及对boost电路和换能器阻抗匹配进行详细分析。软件设计上,利用RC测温算法控制发热板温度,进行自适应调节,并采用平均法滤除温度奇异点;利用增量式PID算法,自动调节PWM信号占空比,实现对超声功率的自动控制。最后,本文针对装置的性能和准确性进行测试和分析,发热板温度最大误差±3℃,表面温度不均匀度小于10%,响应时间不超过15分钟;电针模式中,能稳定输出连续脉冲、疏密脉冲和断续脉冲三种波形,且频率范围为30~150Hz,脉冲幅度范围为70~85V,脉冲宽度范围为1~10ms,输出端电流不超过40mA;超声波的频率为1MHz,最大误差±1%,功率为0.1W/cm~2和0.2W/cm~2,最大误差±10%。综上所述,本文设计的便携式多功能理疗仪满足设计需求并具有实际应用价值。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH789
【图文】：

加热模

激励超声换能器。电源模块采用 5V 移动电源或者电源适配器将 220VV 直流电，经稳压电路稳定输出 3.3V 电压为各模块供电。磁理疗硬件设计加热模块热模块是电磁理疗模式中一个重要组成部分，RC 测温电路检测到发用户所设温度时，便利用该模块对发热板继续加热。考虑到加热的及，该模块选用高度集成的 TPS22965 芯片，这是一款常用的单通道负载.8~5.7V 的电压范围内工作，该芯片内嵌一个 220Ω 的负载电阻器，开现快速放电。通过对 ON 端口设置高低电平，控制输出端 VOUT 输出而控制发热板的加热时间。加热模块如图 3.2 所示。

桥式驱动电路

电路的CON_1端和CON_2端以及CHA_1端和CHA_2端与双向模拟开关相控制电流的导通方向，三极管 Q5 和 Q11 的集电极连接 22μF 的电容，Q6 和电极同样连接 22μF 电容，两个 22μF 电容连接导电电极片，形成桥式回路当设置 CON_1 端为高电平，CON_2 为低电平时，三极管 Q7 导通，Q8 截端与 boost 电路输出端相连，输出为高电平，Q6 导通，由于模拟开关的作 CHA_1 输出高电平，Q11 导通，电流流动方向为 Q6、人体、Q11、最后到回路，此时，电流正向刺激人体。当 CON_2 端设置为高电平，CON_1 端电平时，Q5、Q8 导通，Q6、Q7 截止，此时双向模拟开关的 CHA_2 端为Q10 导通，电流经 Q5、人体、Q10 再到地，此时，电流反向刺激人体。不驱动电路的导通方向，可形成稳定的正负双向电脉冲，这种脉冲刺激人体产生耐受性。

过流保护电路

电大学硕士学位论文第 3 章多功能理疗仪的硬同的导通方向。首先，单片机引脚输出 PWM1 波，接入分压电路，之后连较器的同相输入端，反相输入端连接 H 桥式驱动电路 FB 端口，比较器的接双向模拟开关的CORL_I端。根据用户的具体需要可调节PWM1波的占输入电压值。PWM1 输出端串联一个电阻 R35 进行分压，分压后得到比较入端的电压值 Vc，当驱动电路中的电流乘以 10Ω 电阻 R33 所得电压大CORL_I 端输出低电平，双向模拟开关停止工作，驱动电路立刻停止工作于 R33 两端电压时，CORL_I 输出高电平，双向模拟开关使桥式驱动电路工作。人体能承受的电流值，根据不同人的体质而设置不同的值，本文设较器同相输入端的电压不超过 0.4V，换言之，电针输出端的最大电流值不A。

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