通用低频治疗仪

通用低频治疗仪
目录
绪论 (1)
2 硬件设计分析 (7)
3系统工作 (14)
绪论
1.1课题的研究背景及意义
随着经济的飞速发展，人民生活水平的日益提高，人们对生活的质量要求也越来越高，健康更是永恒不变的话题。

对于健康，也发生概念性的变化，以前身体没病即为健康的标准，在现在看来已经远不是如此。

如何使自身的身体素质更好地享受现代的生活，才使人们对健康最本质的要求。

1.11常用的低频电疗法有
1、感应电疗法：感应电流是用电磁感应原理产生的一种双相、不对称的低频脉冲电流，它的频率在60～80Hz之间。

在现代新技术中，已能生产出单向尖
波脉冲，称为新感应电，频率为50～100Hz，脉冲宽度为1ms。

这种脉冲参数能兴奋运动神经与肌肉，引起横纹肌完全强直必收缩。

当采用间断的感应电流时，即可引起节律性的强直收缩，促进肢体的静脉与淋巴回流，可加强肌肉活动，增加组织间的相对运动，可使轻度的粘连松散，病理产物吸收。

此法常用于治疗癔病性麻痹，防治废用性萎缩、反射击性萎缩、软组织粘连、血循环障碍。

2、间动电疗法：间动电流是将50Hz正弦交流电整流以后叠加在直流电上而构成的一种脉冲电流，常用的波形有6种：
（1）疏波（MF）频率50Hz的正弦波，间隔10ms，幅度恒定。

（2）密波（DF）频率100Hz，周期10ms
（3）疏密波（CP）MF和DF交替出现，各持续1秒钟。

（4）间断波（LP）又称慢交替疏密波，其中MF持续4秒，DF持续8秒，且密中一组电压保持稳定，另组电压缓慢起V。

（5）断续波（RS）MF断续出现，通断各1秒。

（6）起V波（MM）MF断续出现，通断时间各4秒，且MF的出现和消失是缓慢的。

间动电流的作用主要是：止痛和改善外周血循环，通过降低交感神经的兴奋性起作用。

3、功能性电刺激（FES）疗法：功能性电刺激疗法是应用低频脉冲电流，按照需要来设定程序，以一定强度输给人体，也可通过信号——电流转换放大后送入人体，刺激感觉和运动神经（含肌肉）使产生有效功能。

目前以应用于神经肌肉系统的功能性电刺激为主要内容。

由于下运动神经元的结构完整，电刺激信息中心传入中枢神经系统和适宜的无数重复的运动模式信息，刺激本体感受机制，有助于皮层中兴奋痕迹的建立，从而对瘫痪肢体的步态，姿势和改善运动的随意控制等方面产生持续性影响。

所以，神经肌肉功能性刺激的持久效应是由于在脊髓节段和脊髓以上水平多级神经元之间的联结网进行功能性组织与长期学习过程，对于皮层下兴奋与抑制机制，对大脑和小脑控制运动机能均有一定的影响。

1.12 离子导入的理论根据
使用较低电压（约50V～80V）的直流电对机体的疾病进行治疗的方法称为“直流电疗法”，而离子导入疗法是直流电疗法的一种特殊方式。

用直流电将药物离子通过皮肤导入人体内进行疾病治疗的方法称为“直流电药物离子导入法”。

直流电药物离子导入法的基本原理是，利用正负电极在人体外形成一个直流电场，在直流电场中加入带阴阳离子的药物，利用电学上“同性相斥，异性相吸”的原理，使药物中的阳离子从阳极，阴离子从阴极导入体内，达到治疗疾病的目的。

直流电药物离子导入疗法治疗的主要特点是：
1、药物直接导入局部组织，使局部组织中药物浓度明显升高，对关节部位的骨质增生或“骨刺”治疗效果较好。

因为，关节周围软组织较少，病变部位离体表较浅，药物的离子容易达到。

2、药物作用时间较长。

经直流电导入的药物在局部形成“离子堆”，然后逐渐进入人体内。

所以药物在人体内停留的时间比其他给药方法要长，作用时间也比较长。

由于颈椎病属于慢性的发展过程，治疗时间也比较长，因此，直流电药物离子导入疗法有利于颈椎病的治疗。

3、直流电药物离子导入疗法从体外给药，避免了口服或注射药物带来的副作用或者毒副反应。

例如口服药物可引起的胃肠道刺激症状，而注射给药容易引起感染，出血，疼痛。

直流电药物离子导入疗法不损伤皮肤，不引起疼痛，操作简单，患者易于接受。

4、作直流电药物导入治疗时，直流电场和药物除了作用于组织局部外，还通过神经反射等原理作用于全身组织，具有局部治疗和全身治疗相结合的特点。

1.2 技术简介
微电脑低频治疗仪是中国传统医疗的饿经络学说主针灸理论为基础，结合现代医学，现代电子学及微电脑技术而研究开发的智能型低频治疗仪。

现代医学证明，经络是一条具有传感和低电阻的传导体。

在传统的针灸疗法中，每捻转或拉扦一次，其实质就是产生一个刺激的电脉冲。

另外，在人类声明的饿机体里，时刻都发生某种特殊的饿电流，这些微弱的电流从心脏、脑、肌肉、神经等部位发出，对身体的饿正常运行起着不可缺少的作用。

这些微弱的电流被称为“生物电”。

当身体的某些器官或部位出现异常时，其正常的生物电也就出现异常。

而外部的刺激也会转化为生物电而影响组织器。

低频理疗法，就是通过电极将微弱的电流作用于人体，利用其对肌肉及神经组织的直接刺激，起到促进血液循环，镇静兴奋的神经、调整身体组织器官功能的作用。

而利用微电脑控制技术，将可作用于人体起刺激作用的微弱电流作规律性编程，可较为逼真地模拟出拔罐、针灸、刮痧、按摩、推拿、敲打、柔捏等功能。

对于单片机实现的微电脑技术，在现代社会已经普遍得到应用。

在生活和生产的饿各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需要。

单片机的应用，有利于产品的小型化、多功能化和职能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等；单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方
法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现大部分控制功能，现在已经使用单片机通过软件方法实现了。

这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。

微控制技术是一种全新的饿概念，是对传统控制技术的一次革命。

随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。

低频理疗的理论根据
低频脉冲电疗法是应用频率1000Hz以下的脉冲电流治疗疾病的方法，其特点是：对感觉及运动神经有强的刺激作用。

低频电疗法的生理作用和治疗作用为：
1、兴奋神经肌肉组织：能兴奋神经肌肉组织是这种电流的重要特征。

哺乳动物运动神经的绝对不应期一般在1ms左右，因此频率在1000Hz以下的低频脉冲电的每个脉冲都有可能引起一次运动反应；
2、促进局部血液循环；
3、镇痛。

常用的低频电疗法有：
1、感应电疗法：感应电流是用电磁感应原理产生的一种双相、不对称的低频脉冲电流，它的频率在60～80Hz之间。

在现代新技术中，已能生产出单向尖波脉冲，称为新感应电，频率为50～100Hz，脉冲宽度为1ms。

这种脉冲参数能兴奋运动神经与肌肉，引起横纹肌完全强直必收缩。

当采用间断的感应电流时，即可引起节律性的强直收缩，促进肢体的静脉与淋巴回流，可加强肌肉活动，增加组织间的相对运动，可使轻度的粘连松散，病理产物吸收。

此法常用于治疗癔病性麻痹，防治废用性萎缩、反射击性萎缩、软组织粘连、血循环障碍。

2、间动电疗法：间动电流是将50Hz正弦交流电整流以后叠加在直流电上而构成的一种脉冲电流，常用的波形有6种:
（1）疏波（MF）频率50Hz的正弦波，间隔10ms，幅度恒定。

（2）密波（DF）频率100Hz，周期10ms。

（3）疏密波（CP）MF和DF交替出现，各持续1秒钟。

（4）间断波（LP）又称慢交替疏密波，其中MF持续4秒，DF持续8秒，且密波中一组电压保持稳定，另组电压缓慢起V。

（5）断续波（RS）MF断续出现，通断各1秒。

（6）起V波（MM）MF断续出现，通断时间各4秒，且MF的出现和消失是缓慢的。

间动电流的作用主要是：止痛和改善外周血循环，通过降低交感神经的兴奋性起作用。

3、功能性电刺激（FES）疗法：功能性电刺激疗法是应用低频脉冲电流，按照需要来设定程序，以一定强度输给人体，也可通过信号——电流转换放大后送入人体，刺激感觉和运动神经（含肌肉）使产生有效功能。

目前以应用于神经肌肉系统的功能性电刺激为主要内容。

由于下运动神经元的结构完整，电刺激信息中心传入中枢神经系统和适宜的无数重复的运动模式信息，刺激本体感受机制，有助于皮层中兴奋痕迹的建立，从而对瘫痪肢体的步态，姿势和改善运动的随意控制等方面产生持续性影响。

所以，神经肌肉功能性刺激的持久效应是由于在脊髓节段和脊髓以上水平多级神经元之间的联结网进行功能性组织与长期学习过程，对于皮层下兴奋与抑制机制，对大脑和小脑控制运动机能均有一定的影响。

离子导入的理论根据
使用较低电压（约50V～80V）的直流电对机体的疾病进行治疗的方法称为“直流电疗法”，而离子导入疗法是直流电疗法的一种特殊方式。

用直流电将药物离子通过皮肤导入人体内进行疾病治疗的方法称为“直流电药物离子导入法”。

直流电药物离子导入法的基本原理是，利用正负电极在人体外形成一个直流电场，在直流电场中加入带阴阳离子的药物，利用电学上“同性相斥，异性相吸”的原理，使药物中的阳离子从阳极，阴离子从阴极导入体内，达到治疗疾病的目的。

离子导入疗法的生理作用和治疗作用为：直流电作用机体时，处于直流电场中的组织内可引起正负离子的定向移动及电极表面发生化学反应的电解，带电胶粒的电泳和水分子的电渗，因而引起组织兴奋性，细胞膜结构与通透性，酸碱度和组织含水量的变化。

上述变化对神经系统的功能有明显影响，如调整中枢神经功能，改变周围神经的兴奋性，促进神经纤维再生和消除炎症等，并可引起电极下局部皮肤血管扩张和血液循环增加。

此疗法对颈椎的骨质增生引起的神经刺激、肌肉无力、肌肉萎缩、关节功能障碍以及肢体感觉功能下降都有较好的治疗效果。

但是如果电流过大，可发生电极下直流电化学灼伤（酸碱、电解产物造成）。

因此患者可以根据自身的实际情况，在医师的指导和建议下进行离子导入电疗法。

直流电药物离子导入疗法治疗的主要特点是：
1、药物直接导入局部组织，使局部组织中药物浓度明显升高，对关节部位的骨质增生或“骨刺”治疗效果较好。

因为，关节周围软组织较少，病变部位离体表较浅，药物的离子容易达到。

2、药物作用时间较长。

经直流电导入的药物在局部形成“离子堆”，然后逐渐进入人体内。

所以药物在人体内停留的时间比其他给药方法要长，作用时间也比较长。

由于颈椎病属于慢性的发展过程，治疗时间也比较长，因此，直流电药物离子导入疗法有利于颈椎病的治疗。

3、直流电药物离子导入疗法从体外给药，避免了口服或注射药物带来的副作用或者毒副反应。

例如口服药物可引起的胃肠道刺激症状，而注射给药容易引起感染，出血，疼痛。

直流电药物离子导入疗法不损伤皮肤，不引起疼痛，操作简单，患者易于接受。

4、作直流电药物导入治疗时，直流电场和药物除了作用于组织局部外，还通过神经反射等原理作用于全身组织，具有局部治疗和全身治疗相结合的特点
1.3 国内外研究状况
现今国内外研究电子治疗仪的公司很多，比如德国普美康公司HV高压电子治疗仪、顺普公司的饿数码经络治疗仪HVS-222等等国内外电子公司，电子治疗仪产品更是琳琅满目，有实现各种功能的，如生物电子平衡治疗仪、电子脉冲治疗仪、负电子高频治疗仪、电子颈椎治疗仪等等。

所以对此项技术的应用是比较成熟的。

1.4 课题研究方法
当拿到任务书，我仔细阅读了其中对本课题所做的要求，大致明确了本课题要设计产品的功能以及实现此功能的关键，这就为以后的研究工作开展提供了大致地方向。

因为手头缺乏很多资料，所以对资料的准备成了刚开始的重头戏，利用网络的强大资料库给自己找到了很多有价值的文献，了解了所要用到的基本原材料的原理及功能，而且重点对核心技术所要采用的芯片做了细致的调查，收索此芯片在别的已成产品中的应用，这对在以后对芯片的应用中感到更得心应手。

掌握了一定的资料后，开始整合所有的信息。

根据产品所要求实现的功能，对照芯片功能，第一次进行初步的设计。

在导师的指导下，开始慢慢对芯片之间的连接进行探索。

接连几个星期完成对原理图的修改和完善工作，并利用PROTEL99软件对原理图进行制作。

由于是利用单片机芯片完成主要功能的实现，所以要对单片机进行编程。

一切理论方面的工作结束，并开始实物的制作和调试。

等形成产品，最后的工作并是对课题整个流程进行汇报，论文的书写是重中之重了。

从头开始，对所有的资料进行进一步的整理和刷新，由于一套程序已经过了一遍，所以对资料的整理还是能够做得很好，很到位。

对产品所应用到的技术及实现功能，在此论文都做了一一介绍，在此就不再赘述。

1.5 论文构成及研究内容
1.51 论文构成
这篇论文有四部分组成，第一部分为绪论部分，主要介绍本课题的研究背景、研究方法和研究内容；第二部分为系统概述，主要介绍系统框图及各单元功用；第三部分为系统信息流，主要介绍系统工作过程以及系统工作原理；第四部分系统原理图，将着重介绍各元件的功能和作用、信号流程以及系统电源和单片机程序设计。

其中，第一部分为课题引入部分，第二部分为课题内容轮廓，第三、第四部分为课题的核心。

1.52 研究内容
（1）熟悉mc1496等资料，设计最小原理框图。

（2）熟悉LM3914N、HD14011BP原理与应用，完成单片机后向通道的编码控制设计。

（3）熟悉系统的应用设计。

（4）单片机控制程序的编辑、调试与写入。

（5）采用设计系统原理图
2 硬件设计分析
日常生活中我们常因不同原因受伤，如拉伤，挫伤等，如何能快速复原不影响第二天的工作，这是摆在部队医疗工作人员面前的一个新课题。

我们将单片机技术与电脑技术相结合，研制成功一种新型电脑通用低频疗伤治疗仪。

2.1系统硬件、软件组成及创新内容
低频治疗仪硬件，有单片计算机和电疗两大部分组成。

系统硬件结构框图如图1所示。

图 1 系统框图
如图1所示，本低频治疗仪包括微处理器Ⅲ、时钟发生器Ⅰ、键盘及显示器Ⅱ、D/A转换器Ⅳ、滤波器Ⅴ、电子开关Ⅵ、指数波发生器Ⅶ、载波发生器Ⅷ、调制器Ⅸ、功率放大器Ⅹ；其中时钟发生器输出的定时信号通过输出端口接入微处理器的相应数据输入端口，键盘及显示器Ⅱ分别与微处理器Ⅲ的相应数据输入、信号输出口相连接，微处理器Ⅲ的数字信号输出端接D/A转换器Ⅳ的信号输入端，D/A转换器Ⅳ电流信号输出端接入滤波器Ⅴ，滤波器Ⅴ的输出端分别接入电子开关Ⅵ和指数波发生器Ⅶ，指数波发生器Ⅶ的输出端与电子开关Ⅵ的输入端相连接，调制器Ⅸ的相应输入端分别与电子开关Ⅵ和载波发生器Ⅷ的输出端连接，调制器Ⅸ的输出端接入功率放大器Ⅹ的输入端。

程序软件系统具有实时完成多任务的特点，满足了治疗时多部位同时作用的要求，电疗模块中固化有10种方案。

这些方案均由军事训练伤康复医学专家选定，各种方案的适应症在使用说明书中列表提示，供治疗时参考。

模块化的操作程序设计简化了操作手续，提高了疗效。

临床医师亦可根据实际情况适当调整某些参数。

本项目所述的微处理器（AT89C52）所起的功能作用是：通过软件编程产生系统所需要的频率一定的、各种波形的调制信号。

同时还负责键盘和显示、系统转换等任务。

既是信号源，又是系统的控制中心。

时钟发生器（DS12887）为系统提供精确的定时信号。

键盘及显示：通过键盘对系统进行控制和显示系统的时间等参数，由8155完成。

D/A转换器（DAC0832）：对调制信号的数字进行处理，转换为模拟信号波形。

滤波器：对调制信号滤波，使波形平滑。

电子开关（4051）：在程序控制下对调制波进行切换。

载波发生器（8038）：产生10KHZ 以下的正弦载波。

指数波发生器（MC1496）其输入为三角波，输出为指数波，基
本原理是将MC1496的两个信号输入端短接在一起，再接到三角波信号源。

调制器（MC1496）：在这里，调制信号对载波进行幅度调制。

功率放大器（TDA2882）：对调幅信号进行电流放大，以产生足够的驱动功率
2.2 系统简介
系统工作原理介绍系统输出是两种信号的合成。

其中调制信号由单片机89C52通过软件产生。

波形的种类有方波、锯齿波、三角波、脉冲波等。

载波信号由MAX038产生。

调制信号从89C52的P0口输出，经过DAC0832进行A/D转换、OP07运算放大器放大、AD7111程控放大送到调制器MC1496的一个输入端。

038产生的正弦波信号从其2脚输出，经过OP07放大，送到1496的10脚。

两个信号在1496中调制输出，经过TDA2882功率放大输出。

通过对面板的操作可以改变治疗方案，治疗时间。

方案的改变是改变89C52执行不同的程序，时间的改变是对12887产生的秒信号进行倒计时。

12887可以提供时、分、秒、年、月、日、和星期信息。

指数波发生器：也是由MC1496构成的。

其输入是三角波，输出是指数波。

基本原理是将MC1496的两个信号输入端短接在一起，再接到三角波信号源。

以弥补89C52不能产生指数波的问题。

微处理器89C52通过软件产生方波、三角波、锯齿波、脉冲波等调制信号对应的数字信号，从P0口即39-32引脚输出给数模转换器DAC0832的7-4和16-13引脚。

DAC0832对数字信号进行转换，变成模拟电流信号，从11和12脚输出给U2，即OP07运算放大器。

OP07把电流信号转换为电压信号。

它从2、3脚输入、6脚输出。

经U3进一步放大。

U3也是OP07，其连接关系和工作原理与U2相同。

U3的6脚连接到IC1的13脚。

IC1是8路电子开关。

各路的通断受89C52控制。

通过89C52的1-3脚控制8路开关。

U3的6经IC1的13脚输入、3脚输出。

经C1、R5、C2和RA1送给AD7111程控增益放大器。

AD7111在电路图中序号为U3。

它的15脚输入、1脚输出。

输入电压的大小既可以用RA1调整、也可以由89C52通过程序调整。

它的11到4脚与89C52的P0口对应相连接。

由于AD7111输出的电流信号，故需OP1进行电流到电压的转换。

OP1的2、3脚接AD7111的1脚和地之间。

6脚输出。

AD7111的输出经C6耦合，传送给MC1496调制器的1脚。

作为调制器的调制信号的输入。

MC1496的载波信号从C8耦合，经10脚输入。

载波信号由8038产生。

8038是函数信号产生器。

其振荡频率由接在其10脚的定时电容C 决定。

改变其容量，就可以改变8038产生的正弦信号的频率。

电路图中C 由C12-C14构成。

分别为1UF、0.1UF、0.01UF。

C12-C14在89C52的4-6脚的控制下分别接入。

实现载波频率的粗调。

载波频率的细调由R20这个电位器调整。

正弦载波信号从8038的
2脚输出。

经R22、C16耦合，R8调整连接到U7的第三引脚。

U7是由OP07构成的射极输出器。

具有输入阻抗高、输出阻抗低的特性。

其6脚输出经OP2调整放大，6脚输出1伏的电压。

OP2是OP07运算放大器。

原理和前面叙述的一样。

MC1496调制后的信号从12脚输出。

调制度的改变是靠AD7111输出的信号幅度来进行的。

载波信号的幅度可以通过调整W2来完成。

MC1496的输出被送到功率放大器。

功率放大器可以由普通的功率放大芯片完成。

在此使用TDA2882，此不赘述。

用调制信号去控制高频振荡信号的幅度，使其幅度变化量随调制信号
成正比地变化，这一过程称为幅度调制。

根据频谱结构的不同，可分为普
通调幅（AM）波，抑制载波的单边带调幅波。

目前，由于集成电路的发展，
集成模拟相乘器得到广泛应用，为此本实验采用MC1496集成模拟相乘器
来实现调幅。

原理框图如下:
图（a）
图中U
ω（t）是高频载波信号，U
Ω
（t）是低频调制信号U
=
是直流电
压。

当U
=为零时，其输出为平衡调幅波如图（a）所示，U
=
不为零时，其
输出为正常调幅波如图（b）所示；上面的框图中射极跟随器是在乘法器与负载间起到隔离作用以见效相互间的影响
图（b）
2.21 MC1496简介
1.MC1496是平衡调制，可用来进行自动增益控制、倍频、混频、幅度调制、调幅检波及相位检波。

MC1496乘法器只适用于频率较低的场合，一般工作频率在1M H
Z
以下。

MC1496的引脚图如下：
IN
：输入信号正端
S+
ADJG：增益调节端
IN
：信号输入负端
S-
BI：偏置端
OUT+：正电流输出端
NC：空端
V-：负电源
OUT-：负电流输出端
IN
：载波信号输入负端
C-
：载波信号输入正端
IN
C+
提供电路时钟信号的是DS12887。

它的4-11脚与89C52的39-32脚对应相连接。

通过软件对12887进行读写控制，它的17和15引脚对应与89C52的读写线连接。

DS12887的锁存信号由89C52的30脚提供，DS12887的14脚与89C52的30脚相连。

12887的地址通过13脚与74138的连接确定。

8155是键盘显示接口，它的12-19脚与89C52的39-32脚连接。

9、10、11分别与89C52的17、16和30相连。

由89C52控制其读写和锁存。

8155的PB口作为7段数码管的段驱动线。

PA既是数码管的位驱动线，又是键盘的列驱动线。

PC口是键盘的行驱动线。

89C 52通过对8155的8脚的控制，为8155分配一个地址空间。

系统是一个MCU的扩展系统，各个数字部件都有一个地址空间。

地址的分配是由89C52通过74138来完成的。

138是一个3-8译码器。

它把64KB的地址空间分为8等份，每等份8KB，它的1-3脚与89C52的26-28脚连在一起。

输出的7-15脚连到各功能部件的CS端。

作为各功能部件的片选信号。

74373是锁存器，保证89C52的P0口分时复用。

2.22理想乘法器的工作原理
集成模拟乘法器是一种完成两个模拟信号相乘功能的电路或器件 , 它不仅可以用于模拟运算电路 , 而且在模拟信号处理方面也有着广泛的用途 . 有高频电路中 , 它可以完成调幅、混频、倍频及各种解调功能。

本实验主要是用它来完成调幅功能。