基于ARM系统的脉冲电疗仪设计

发布时间：2017-05-24 23:11

  本文关键词：基于ARM系统的脉冲电疗仪设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展和人类自我保健意识的不断增强，医用电疗仪器的应用范围越来越广。医用电疗仪通过产生一定的生物脉冲去刺激人体，具有改善血液循环、营养代谢，提高免疫能力等功能。目前国内外电疗仪器普遍使用的波形是正弦波、尖波、方波、锯齿波、三角波等。这些波形使用一段时间后很容易使人产生习惯性的适应问题，因而这就要求电疗仪的输出波形功率不能太大，从而达不到治疗的效果。本文针对上述电疗仪存在的问题设计了一种基于ARM系统的脉冲电疗仪，该电疗仪包括ARM处理器系统、按键、液晶显示、数模转换电路、升压电路、波形放大电路、开关电路和治疗电极。用ARM处理器系统作为控制核心，具有产生治疗波形，液晶显示治疗波形类型和治疗强度，键盘扫描，控制D/A转换输出波形的包络，将波形包络放大，控制开关电路输出波形脉冲等功能。最终，电疗仪可输出11种治疗波形，最高峰值可达120V，脉冲频率从500Hz至40kHz不等，使用时，用户设定治疗波形类型和治疗强度，ARM处理器系统接收到用户的信息后，显示用户所设定的治疗波形参数，调用相应的治疗波形。最后开关电路输出的波形脉冲通过专用的治疗电极作用于人体的治疗部位。本文通过人体对电疗仪输出波形的体验，分析总结了人们对不同波形的不同感受以及波形参数对人体感受的影响，证实了仪器的可靠性。本电疗仪使用简单，安全，波形变化多样，实用性强。 1、本文根据项目课题的要求，分别进行了以下几个工作内容： （1）本文设计了一种基于ARM系统的脉冲电疗仪，为解决现有电疗仪安全系数低，治疗波形单一，治疗强度不易控制等问题而设计。针对目前存在的问题，首先分析了医用电疗仪的原理，然后提出了本设计的总体设计方案和放大器电路的方案选择。 （2）完成基于ARM系统的脉冲电疗仪的硬件电路设计。该电疗仪包括ARM处理器系统、按键、液晶显示、D/A转换、升压电路、波形放大、开关电路和治疗电极。逐一分析各模块电路的工作原理与工作过程。 （3）完成基于ARM系统的脉冲电疗仪的软件设计。该电疗仪软件设计主要针对Mini2440开发板上ARM9裸机程序的设计，采用ARM系统光盘自带的ADS工具对系统进行软件设计及调试。软件设计主要包括主程序，液晶显示和按键子程序设计和波形发生过程软件设计。 （4）完成仪器实验数据处理与结果分析。主要用MATLAB对仪器产生的波形进行频谱等的分析和比较，总结人们对不同波形的不同感受以及波形参数对人体感受的影响，证实仪器的可靠性和安全性。 2、根据以上工作内容可以看出，本设计的关键技术有： （1）升压电路。由于要给高压三极管供电，基于安全性和便携的特点，本文采用12V至150V（15W）正激DC-DC的设计。 （2）高压放大器。本文所设计的高压放大器需要将信号放大到120V左右，综合比较集成运放放大电路、脉冲变压器放大和高压三极管放大三个方案，最后采用了高压三极管放大电路，其安全性高、信号失真小、有较高的带宽并且工作稳定。 （3）多级安保措施。本文设计的安保电路由多处保险丝与输出保护电阻构成。升压电路处的过压过流保护，用DC-DC来产生小功率高压，比直接整流电网电压获得的高压安全得多。其次，该处的过压过流保护动作时间小于1ms，其远远小于保险丝的熔断时间。
【关键词】：电疗仪 高压放大器 升压电路 治疗波形 电刺激
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH772.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 医用电疗仪器概述12-13
• 1.2 电疗仪的国内外研究现状及发展趋势13-14
• 1.3 本文的研究意义14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 基于 ARM 系统的脉冲电疗仪的总体方案设计17-23
• 2.1 医疗电刺激波形概述17-19
• 2.1.1 医疗电刺激波形分类17-18
• 2.1.2 医疗电刺激波形的作用18-19
• 2.2 基于 ARM 系统的脉冲电疗仪输出波形简介19-20
• 2.3 仪器总体方案设计20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 基于 ARM 系统的脉冲电疗仪的硬件电路设计23-37
• 3.1 ARM 系统开发板最小系统23-27
• 3.1.1 液晶显示与键盘模块设计24-26
• 3.1.2 通用 I/O 口设计26-27
• 3.2 数据传输与 D/A 转换电路设计27-29
• 3.3 波形发生板电路设计29-35
• 3.3.1 波形发生板总体设计29-30
• 3.3.2 波形放大电路设计30-32
• 3.3.3 升压电路设计32-35
• 3.4 开关电路设计35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于 ARM 系统的脉冲电疗仪的软件设计37-44
• 4.1 系统主程序37-40
• 4.2 子程序设计40-42
• 4.2.1 液晶显示与按键软件设计40
• 4.2.2 波形发生软件设计40-42
• 4.3 程序下载方法42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 基于 ARM 系统的脉冲电疗仪的数据处理与结果分析44-52
• 5.1 波形频谱分析44-45
• 5.2 波形有效值分析45
• 5.3 波形变化率分析45-48
• 5.4 波形实验与参数作用分析48-51
• 5.4.1 电疗仪输出波形体验48-50
• 5.4.2 波形参数作用分析50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第6章 全文总结与展望52-54
• 6.1 本文主要研究工作与成果52-53
• 6.2 本文工作展望53-54
• 参考文献54-57
• 作者简介及在学期间所取得的研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

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本文编号：392226