一种简易电子针灸仪的设计

一种简易电子针灸仪的设计

张璐平李斌

(沈阳理工大学研究生学院沈阳110159)

摘要：介绍一种简易电子针灸仪，采用微控制器LPC1114进行整体系统控制，用IR2103进行驱动MOSFET，可以产生变化的多种针灸治疗电脉冲波形。该针灸仪可以疏通穴位，减轻疼痛，增强血液循环等。文中给出整体设计框图、原理图以及软件设计方案。

关键词：电脉冲，电子针灸仪，LPC1114，IR2103，MOSFET

The Design of a Simple Electric Acupuncture Instrument

Zhang Luping Li Bin

(The Graduate School of Shenyang Ligong University, Shenyang 110159)

Abstract: In this paper, a simple electronic acupuncture instrument is introduced. The microprocessor LPC1114 is used to control the whole system and IR2103 is used to drive the MOSFE circuit .As a result, multiple electronic pulse are generated. The device is used for dredging acupuncture point , temporary relief of pain and also increase blood circulation and so on. Besides, system block diagram, schematics and software design are provided. Keywords: Electronic Pulse, Electric Acupuncture Instrument, LPC1114, IR2103

引言

近年来，电子理疗仪和电子针灸仪广泛的被社会和个人使用，并取得了很好的治疗效果，使用特别方便。其基本原理【4】是发出尖窄的电脉冲对人体有关部位或穴位进行电刺激，已达到放松肌肉、激活中枢神经、促进分泌某些生物成分已达到治疗的目的。但是传统的针灸仪功能单一，随意性比较强，难以达到理想的治疗效果。本文是在反复的研究下，提出用LPC1114控制，IR2103驱动MOSFET场效应管开关元件来产生多种电脉冲，脉冲的时间间隔，脉冲宽度和脉冲幅度都可以根据个人的需要进行调整，可以达到更好的治疗效果。

1理论分析

整个电子针灸仪系统结构如图1所示。微处理器LPC1114控制整个系统，IR2103驱动MOSFET，产生所需的电脉冲，MOSFE作为产生电脉冲的器件，具有速度快，所需驱动功率低的优点，可以满足针灸治疗所需的脉冲的需求。此外，LCD1602显示相应的参数，包括电脉冲的时间间隔，脉冲宽度和脉冲幅度；通过按键可以实现可调的电脉冲的时间间隔，脉冲宽度和脉冲幅度；通过控制IR2103，其输出端接电针，输出需要的针灸脉冲参数。本系统中脉冲宽度控制在0.3ms之内，脉冲幅度在50-200V之间，脉冲是正负对称的，可以消除治疗电极的极化现象。

2硬件电路设计

本电子针灸仪的核心电路是微控制器LPC1114，基于IR2103的MOSFET的驱动输出电路和显示电路。LPC1114拥有领先的ARM Cortex-M0内核，采用了NXP公司先进的制造工艺，是为嵌入式系统应用而设

计的高性能、低功耗的32位微处理器。主频高达50MHz，支持睡眠、深度睡眠和深度掉电3种低功耗模式。同样还有丰富的外设，32KB片内FLASH、8KB片内RAM、一路IIC、一路RS485、8通道10位ADC、两路SSP、4个通用寄存器，多达42个I/O口，有引脚复用功能。

图1 电子针灸仪系统框图

2.1电源电路

如图2电源电路原理图所示，输入由变压器供电，变压器输入220V，两路输出，一路是18V输出，一路是130V输出。在18V输出下，通过LM7815和LM7805，LM1117三个线性稳压芯片得到15V，5V 和3.3V的稳定直流，15V直流电压为IR2103供电，3.3V为LPC1114供电。在130V输出下，采用三极管2SC1569，通过可调电阻，输出50-200V电压，决定了针灸仪输出脉冲的幅度，如下图，通过微处理器的AD功能，可以采集到脉冲幅度，并在显示模块显示出来，便于实时控制脉冲幅度。

图2 电源电路原理图

2.2基于IR2103的波形驱动电路

半桥驱动IR2103芯片是IR公司设计的功率开关管驱动器，主要用来驱动功率MOSFET和IGBT，它有两个独立的高端和低端输出通道，一个芯片可以驱动两个MOSFET管或是IGBT管。它的逻辑输入和标准的CMOS或是LSTTL输出兼容，最低3.3V逻辑触发。它的输出驱动的特点为高脉冲电流缓冲阶段，这是为非直通驱动设计的，输出的浮置通道可用来驱动高端最大600V的N沟道MOSFET和IGBT。此外，IR2103具有自举供电功能，可以在不使用外加隔离电源的情况下，驱动全桥电路，可以满足产生正负对称波形的需要。设计的电路如图3所示。

其中，在最简单的情况下，电路可以由四个MOSFET和两块IR2103产生正负对称波形。MOSFET栅

极和IC内的输出驱动器输出(脚HO、LO)直接耦合时，驱动器输出和产生电压过冲，为降低削弱驱动器输出的过应力，在每一只MOSFET栅极串联一个阻值(R14、R18)，最小阻值不小于100Ω.同时，每一个MOSFET 可以并联一个电容器，可以限制du/dt，进而保护功率MOSFET。

图3 IR2103驱动电路

在图3中各个显示了各个元件的数值及型号。

下面介绍两个如图3的模块的工作情况：

当电路接通电源后，IC开始启动，两块IR2103的输入端由LPC1114产生互补的逻辑信号，负载时两个电针之间的人体的等价电阻，则

1)当IC脚HO(R)、LO(L)上的驱动输出推动HR、LL(MOSFET)导通时，图中的Q2、Q8导通，

Q6、Q4截止，则通过人体穴位的电流由PIN1流向PIN2，PIN1处是“+”、PIN2处是“-”，设这时得到的正脉冲。

2)当IC脚HO(L)、LO(R)上的驱动输出推动HL、LR(MOSFET)导通时，图中的Q4、Q6导通，

Q2、Q8截止，则通过人体穴位的电流由PIN2流向PIN1，PIN2处是“+”、PIN1处是“-”，设这时得到的负脉冲。

3)上述两种状态不断的反复交替进行，则在人体的两个穴位上得到交替的正负矩形脉冲，于是，

该电路实现了针灸脉冲实现的过程。

2.3显示电路

显示模块主要由LCD1602来实现，LCD1602能同时显示16乘2即32个字符，采用标准的16脚接口，其中：包括8根数据线，三根控制线RS,RW,E，电源地，电源以及液晶驱动电压引脚。LCD1602支持八位和四位显示模式。本文在结合LPC1114和编程的简单，采用四位显示模式。LCD1602原理图如图4所示。

图4 LCD1602显示电路图

3软件设计

简易电子针灸仪的程序设计采用模块化，除了主程序外，按键中断、点亮及关闭指示灯、输出脉冲AD数据采集，LCD1602显示及定时均由子程序编写。AD数据采集程序主要是实时的采集电源的电压，也