基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作为最新一代的嵌入式ARM处理器，它为实现MCU 的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的 系统功耗，同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响 应系统。丰富的片上资源使得STM32F103系列微处理器 在多种领域如电机驱动、实时控制、手持设备、PC游戏 外设和空调系统等都显示出了强大的发展潜力[9-11]。 2.2 射频部分 射频信号的发生电路见图2。
688
P.O. Box 1200, Shenyang 110004 cn.zglckf.com
陈海军，等. 基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪
www.CRTER.org
率，从而保证美容效果。 嵌入式控制系统由射频产生电路、功率放大电路、
单片机控制系统、液晶显示屏、电针以及电源组成。由 射频发生电路生成的射频信号经过功率放大后作用在 电针上，扎入皮肤产生美容效果。反馈电路检测电针的 温度和输出功率，传递给单片机；单片机控制系统结合 用户通过键盘的输入信息和反馈信息，控制射频信号的 功率放大倍数，同时在液晶屏上显示当前的工作状态。 嵌入式控制系统结构框图见图1[6-8]。
Correspondence to: Wen Zhi-hao, Senior Engineer, Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China wenzh@gdyzy.edu. cn
填充式的整型手术。而且射频电针仪技术的副 作用极低，安全可靠，是一种最佳的美容护理 疗法。嵌入式产品良好的工作稳定性和设备独 立性使得嵌入式设计成为电子产品的主流。本 文基于这一现状，展开基于嵌入式系统的射频 电针美容仪的研究[3-5]。
1 系统组成与结构
嵌入式射频电针美容仪由手柄和嵌入式控 制系统组成。手柄由美容师操控，末端射频电 针直接接触患者皮肤。美容师通过针型选择、 控制电针深度、刺激强度以及治疗时间来把握 美容效果。针头为一次性耗材，包含6*6，7*7， 8*8，9*9根不同数目电针，电针长度分为10， 15 mm两种，电针直径有1 mm，2 mm两种， 患者治疗等级分高、中、低3级。美容师通过治 疗针头选择以及治疗等级设定，确定了治疗功
Chen Hai-jun★, Master, Engineer, Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China navychen0107@163. com
0 引言
现代化的美容,离不开先进的美容仪器。随 借美容事业的发展，美容仪器也在不断地更 新。在这众多的美容仪器中，高频电疗美容仪 在美容中常发挥着童要作用，非常受美容师的 青睐[1-2]。射频电针美容仪利用微针技术，打开 皮肤的管道，微针的幼细钢针将表皮刺出一个 个管道穿透细胞的微细管道，到表皮与皮下组 织之间形成一个优质的输送系统。再加上射频 能量直接输入真皮层，使皮肤产生变化，而刺 激胶原增生，可以使肌肤更加细致幼滑。而射 频的功能将电流通过皮肤接触产生电阻效应， 电阻效应使皮肤的真皮层加热，骨胶原改变结 构后收缩，肌肤即时会有收紧效果。射频电针 仪可以刺激真皮层的伤口自愈能力，从而刺激 皮肤，促进骨胶原增生，其效果可媲美镭射及
Chen HJ, Xiao L, Wen ZH. Design of a human-computer interaction radio-frequency electro-acupuncture beauty instrument based on the embedded system.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2012;16(4): 688-690. [http://www.crter.cn http://en.zglckf.com]
3 软件设计
Baidu Nhomakorabea
2 硬件设计
2.1 单 片 机 控 制 系 统 本 系 统 采 用 ST 公 司 推 出 的 STM32F103 处 理 器 作 为 控 制 器 ， 该 处 理 器 是 基 于 Cortex-M3内核的首款ARMv7-M体系结构的32位标准 RISC(精简指令集)处理器，提供很高的代码效率，在通 常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高 性能。该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达 128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰 富的通用I/O 端口。
中国组织工程研究 第 16 卷 第 4 期 2012–01–22 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 22, 2012 Vol.16, No.4
基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪★
陈海军，肖 玲，温志浩
Design of a human-computer interaction radio-frequency electro-acupuncture beauty instrument based on the embedded system
陈海军，肖玲，温志浩. 基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪[J].中国组织工程研究，2012，16(4):688-690. [http://www.crter.org http://cn.zglckf.com]
广东食品药品职 业学院医疗器械 系，广东省广州市 510520
陈海军★，男， 1979 年生，湖北 省大冶市人，汉 族，2005 年华中 科技大学毕业，硕 士，工程师，主要 从事教学和医疗 产品的开发。 navychen0107@ 163.com
通讯作者：温志 浩，高级工程师， 广东食品药品职 业学院医疗器械 系，广东省广州市 510520 wenzh@gdyzy. edu.cn
中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:1673-8225 (2012)04-00688-03
收稿日期：2011-06-22 修回日期：2011-08-11 (20110622002/W·C)
晶振
输入
三极管
输出
反馈 Figure 2 Radio frequency occurred circuit
图 2 射频发生电路
ISSN 1673-8225 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
射频电针美容仪在设计时，考虑到硬件资源的特 点，结合产品需求，对STM32F103资源进行了最大 限度的利用。系统中的所有控制信号都由单片机的 I/O口承担，所有用户输入都由I/O口扩展的键盘输入， 系统除提供一个硬件基准定时器外，其他定时器均由 软件编程实现。这样就显著节省了硬件，有利于仪器 的小型化，并减小了因为硬件故障而引起的系统不稳 定。
键盘
单片 机控 制系
统
液晶显示 反馈电路
射频 产生 电路
功率 放大 电路
电针
Figure 1 Block diagram of the embedded system 图 1 嵌入式系统结构框图
射频发生电路采用13.56 MHz的晶振了来产生信 号，通过一个三极管连接构成反馈振荡电路构成射频产 生电路，本电路用来为后续的可控功率放大电路提供振 荡的电压，采用负反馈电路，其目的在于为后续提供稳 定不变的电压。
发生电路产生射频信号后，单片机控制系统根据用 户选择的治疗等级和针型选择情况进行脉冲宽度调制 (PWM)，控制输出指定频率和脉宽的方波。 2.3 人机交互接口 系统采用了北京迪文公司生产 的一款8寸TFT-LCD 800*600 彩色液晶屏作为显示终 端。这种显示屏不需要考虑字库、图片显示等问题， 直接采用RS232通过串口进行通信，发送迪文提供的 HMI指令控制显示屏数据的显示。系统输入方面包括 数据或者控制命令，实现设置参数和控制系统的目的。 除了数字0~9外，再加上几个功能键即可满足系统需 求，所以不需要使用专用的PC键盘，而是开发具有针 对 性 的 小 键 盘 ， 本 系 统 直 接 通 过 STM32F103 的 8 个 GPIO 口 来 扩 展 4×4 矩 阵 键 盘 实 现 数 据 和 命 令 的 输 入[12-13]。
摘要
背景：射频电针美容仪是一种通过微针技术输送射频能量，达到美容效果的新型数字化医疗设备。嵌入式产品良好的工作稳 定性和设备独立性使得嵌入式设计成为电子产品的主流。 目的：设计一种嵌入式射频电针美容仪。 方法：系统采用嵌入式 ARM-WinCE 开发而成，以 STM32F103 处理器作为控制器，Windows CE 作为 GUI 开发工具，设 计了一种嵌入式射频电针美容仪。 结果与结论：实验设计的嵌入式射频电针美容仪能够提供射频能量输出，通过液晶显示屏提供视觉信号，进行人机交互。该 系统具有体积小、可靠性高、低成本、人机交互能力强等特点。 关键词：射频；嵌入式；美容仪；人机交互；数字化医学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.04.027
在用户交互方面，本系统要求具备良好的图形及动 画显示功能，所以系统采用Windows CE为嵌入式图形 用户界面(GUI)系统。Windows CE是高度模块化的嵌入 式操作系统，为多种嵌入式系统和产品设计的紧凑、高 效、可升级的操作系统。用户为了满足特定的要求还可 对操作系统进行定制[14-16]。
Chen Hai-jun, Xiao Ling, Wen Zhi-hao
Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China
Received: 2011-06-22 Accepted: 2011-08-11
Abstract
BACKGROUND: Radio-frequency (RF) needle beauty instrument is a kind of new digital medical equipment that achieves the cosmetic results through the micro-needle technology to transfer RF energy. Because of the excellent safety and efficacy, the embedded design has been widely favored. OBJECTIVE: To design an embedded RF electro-acupuncture beauty instrument. METHODS: The system was based on embedded ARM-WinCE, the controller of the system was STM32F103 processor, and Windows CE was used as GUI development tool. RESULTS AND CONCLUSION: The embedded RF electro-acupuncture beauty instrument can provide the RF energy output and provide visual signals for human-computer interaction through the liquid crystal display screen. The results proved that the system has a small size, high reliability, low cost, excellent human-computer interaction ability.
688
P.O. Box 1200, Shenyang 110004 cn.zglckf.com
陈海军，等. 基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪
www.CRTER.org
率，从而保证美容效果。 嵌入式控制系统由射频产生电路、功率放大电路、
单片机控制系统、液晶显示屏、电针以及电源组成。由 射频发生电路生成的射频信号经过功率放大后作用在 电针上，扎入皮肤产生美容效果。反馈电路检测电针的 温度和输出功率，传递给单片机；单片机控制系统结合 用户通过键盘的输入信息和反馈信息，控制射频信号的 功率放大倍数，同时在液晶屏上显示当前的工作状态。 嵌入式控制系统结构框图见图1[6-8]。
Correspondence to: Wen Zhi-hao, Senior Engineer, Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China wenzh@gdyzy.edu. cn
填充式的整型手术。而且射频电针仪技术的副 作用极低，安全可靠，是一种最佳的美容护理 疗法。嵌入式产品良好的工作稳定性和设备独 立性使得嵌入式设计成为电子产品的主流。本 文基于这一现状，展开基于嵌入式系统的射频 电针美容仪的研究[3-5]。
1 系统组成与结构
嵌入式射频电针美容仪由手柄和嵌入式控 制系统组成。手柄由美容师操控，末端射频电 针直接接触患者皮肤。美容师通过针型选择、 控制电针深度、刺激强度以及治疗时间来把握 美容效果。针头为一次性耗材，包含6*6，7*7， 8*8，9*9根不同数目电针，电针长度分为10， 15 mm两种，电针直径有1 mm，2 mm两种， 患者治疗等级分高、中、低3级。美容师通过治 疗针头选择以及治疗等级设定，确定了治疗功
Chen Hai-jun★, Master, Engineer, Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China navychen0107@163. com
0 引言
现代化的美容,离不开先进的美容仪器。随 借美容事业的发展，美容仪器也在不断地更 新。在这众多的美容仪器中，高频电疗美容仪 在美容中常发挥着童要作用，非常受美容师的 青睐[1-2]。射频电针美容仪利用微针技术，打开 皮肤的管道，微针的幼细钢针将表皮刺出一个 个管道穿透细胞的微细管道，到表皮与皮下组 织之间形成一个优质的输送系统。再加上射频 能量直接输入真皮层，使皮肤产生变化，而刺 激胶原增生，可以使肌肤更加细致幼滑。而射 频的功能将电流通过皮肤接触产生电阻效应， 电阻效应使皮肤的真皮层加热，骨胶原改变结 构后收缩，肌肤即时会有收紧效果。射频电针 仪可以刺激真皮层的伤口自愈能力，从而刺激 皮肤，促进骨胶原增生，其效果可媲美镭射及
Chen HJ, Xiao L, Wen ZH. Design of a human-computer interaction radio-frequency electro-acupuncture beauty instrument based on the embedded system.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2012;16(4): 688-690. [http://www.crter.cn http://en.zglckf.com]
3 软件设计
Baidu Nhomakorabea
2 硬件设计
2.1 单 片 机 控 制 系 统 本 系 统 采 用 ST 公 司 推 出 的 STM32F103 处 理 器 作 为 控 制 器 ， 该 处 理 器 是 基 于 Cortex-M3内核的首款ARMv7-M体系结构的32位标准 RISC(精简指令集)处理器，提供很高的代码效率，在通 常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高 性能。该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达 128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰 富的通用I/O 端口。
中国组织工程研究 第 16 卷 第 4 期 2012–01–22 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 22, 2012 Vol.16, No.4
基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪★
陈海军，肖 玲，温志浩
Design of a human-computer interaction radio-frequency electro-acupuncture beauty instrument based on the embedded system
陈海军，肖玲，温志浩. 基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪[J].中国组织工程研究，2012，16(4):688-690. [http://www.crter.org http://cn.zglckf.com]
广东食品药品职 业学院医疗器械 系，广东省广州市 510520
陈海军★，男， 1979 年生，湖北 省大冶市人，汉 族，2005 年华中 科技大学毕业，硕 士，工程师，主要 从事教学和医疗 产品的开发。 navychen0107@ 163.com
通讯作者：温志 浩，高级工程师， 广东食品药品职 业学院医疗器械 系，广东省广州市 510520 wenzh@gdyzy. edu.cn
中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:1673-8225 (2012)04-00688-03
收稿日期：2011-06-22 修回日期：2011-08-11 (20110622002/W·C)
晶振
输入
三极管
输出
反馈 Figure 2 Radio frequency occurred circuit
图 2 射频发生电路
ISSN 1673-8225 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
射频电针美容仪在设计时，考虑到硬件资源的特 点，结合产品需求，对STM32F103资源进行了最大 限度的利用。系统中的所有控制信号都由单片机的 I/O口承担，所有用户输入都由I/O口扩展的键盘输入， 系统除提供一个硬件基准定时器外，其他定时器均由 软件编程实现。这样就显著节省了硬件，有利于仪器 的小型化，并减小了因为硬件故障而引起的系统不稳 定。
键盘
单片 机控 制系
统
液晶显示 反馈电路
射频 产生 电路
功率 放大 电路
电针
Figure 1 Block diagram of the embedded system 图 1 嵌入式系统结构框图
射频发生电路采用13.56 MHz的晶振了来产生信 号，通过一个三极管连接构成反馈振荡电路构成射频产 生电路，本电路用来为后续的可控功率放大电路提供振 荡的电压，采用负反馈电路，其目的在于为后续提供稳 定不变的电压。
发生电路产生射频信号后，单片机控制系统根据用 户选择的治疗等级和针型选择情况进行脉冲宽度调制 (PWM)，控制输出指定频率和脉宽的方波。 2.3 人机交互接口 系统采用了北京迪文公司生产 的一款8寸TFT-LCD 800*600 彩色液晶屏作为显示终 端。这种显示屏不需要考虑字库、图片显示等问题， 直接采用RS232通过串口进行通信，发送迪文提供的 HMI指令控制显示屏数据的显示。系统输入方面包括 数据或者控制命令，实现设置参数和控制系统的目的。 除了数字0~9外，再加上几个功能键即可满足系统需 求，所以不需要使用专用的PC键盘，而是开发具有针 对 性 的 小 键 盘 ， 本 系 统 直 接 通 过 STM32F103 的 8 个 GPIO 口 来 扩 展 4×4 矩 阵 键 盘 实 现 数 据 和 命 令 的 输 入[12-13]。
摘要
背景：射频电针美容仪是一种通过微针技术输送射频能量，达到美容效果的新型数字化医疗设备。嵌入式产品良好的工作稳 定性和设备独立性使得嵌入式设计成为电子产品的主流。 目的：设计一种嵌入式射频电针美容仪。 方法：系统采用嵌入式 ARM-WinCE 开发而成，以 STM32F103 处理器作为控制器，Windows CE 作为 GUI 开发工具，设 计了一种嵌入式射频电针美容仪。 结果与结论：实验设计的嵌入式射频电针美容仪能够提供射频能量输出，通过液晶显示屏提供视觉信号，进行人机交互。该 系统具有体积小、可靠性高、低成本、人机交互能力强等特点。 关键词：射频；嵌入式；美容仪；人机交互；数字化医学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.04.027
在用户交互方面，本系统要求具备良好的图形及动 画显示功能，所以系统采用Windows CE为嵌入式图形 用户界面(GUI)系统。Windows CE是高度模块化的嵌入 式操作系统，为多种嵌入式系统和产品设计的紧凑、高 效、可升级的操作系统。用户为了满足特定的要求还可 对操作系统进行定制[14-16]。
Chen Hai-jun, Xiao Ling, Wen Zhi-hao
Department of Medical Equipment, Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China
Received: 2011-06-22 Accepted: 2011-08-11
Abstract
BACKGROUND: Radio-frequency (RF) needle beauty instrument is a kind of new digital medical equipment that achieves the cosmetic results through the micro-needle technology to transfer RF energy. Because of the excellent safety and efficacy, the embedded design has been widely favored. OBJECTIVE: To design an embedded RF electro-acupuncture beauty instrument. METHODS: The system was based on embedded ARM-WinCE, the controller of the system was STM32F103 processor, and Windows CE was used as GUI development tool. RESULTS AND CONCLUSION: The embedded RF electro-acupuncture beauty instrument can provide the RF energy output and provide visual signals for human-computer interaction through the liquid crystal display screen. The results proved that the system has a small size, high reliability, low cost, excellent human-computer interaction ability.