基于單片機(jī)的超短波理療儀設(shè)計(jì)綜述

王云光，楊依華，程海憑

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093；2.上海健康醫(yī)學(xué)院，上海 200093)

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基于單片機(jī)的超短波理療儀設(shè)計(jì)綜述

王云光1,2，楊依華1，程海憑2

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093；2.上海健康醫(yī)學(xué)院，上海 200093)

超短波理療儀通過采用電子管振蕩產(chǎn)生的超短波高頻電場工作原理，實(shí)現(xiàn)對患者進(jìn)行治療。文中應(yīng)用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的超短波理療儀具有較好的治療性能。文中介紹了超短波理療儀的功能架構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成，單片機(jī)的性能特點(diǎn)、分類和應(yīng)用以及超短波理療儀的軟件流程等，對基于單片機(jī)的超短波理療儀進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，并對超短波理療儀未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

超短波；理療儀；單片機(jī)；系統(tǒng)構(gòu)成；軟件流程

WANG Yunguang1,2, YANG Yihua1, CHENG Haiping2

(1. Medical Device and Food Sciences, University of Shanghai for Science &Technology, Shanghai 200093, China;2. Shanghai Health Medicine College, Shanghai 200093, China)

超短波理療儀是一種較傳統(tǒng)的治療儀器，其是通過電子管振蕩產(chǎn)生的超短波高頻電場，實(shí)現(xiàn)對患者進(jìn)行治療的儀器設(shè)備[1]。所謂超短波電流，通常指波長為1～10 m，頻率為30～300 MHz的射頻電流，而在歐美國家，由于短波和超短波并未進(jìn)行確切的劃分，所以均統(tǒng)稱為短波或射頻[2]。

超短波理療法是指超短波理療儀通過電容電極輸出能量，將患部置于各電極之間，通過給各電極施加高頻電場的作用，促使患者病變部位的分子和離子在高頻電場作用下在其平行位置振動(dòng)，并互相摩擦從而產(chǎn)生熱效應(yīng)[3]。這種熱效應(yīng)使患部的表層和深層組織均勻受熱，能增強(qiáng)血管通透性、改善微循環(huán)、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、加強(qiáng)組織機(jī)體的新陳代謝，降低感覺神經(jīng)的興奮性，從而達(dá)到抑菌、消炎、止痛、解痙等作用，促進(jìn)血液的循環(huán)和修復(fù)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)機(jī)體免疫力的治療目的[4]。

1 超短波理療儀系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，單片機(jī)控制系統(tǒng)為其核心的控制部分，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)控制超短波理療儀強(qiáng)度控制模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的理療效果，同時(shí)通過實(shí)時(shí)反饋控制部分，對強(qiáng)度控制模塊進(jìn)行反饋控制，保持理療系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對理療儀系統(tǒng)電源電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，控制調(diào)壓模塊，使得電源電壓保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)[5]。利用單片機(jī)控制系統(tǒng)控制顯示器、按鍵等外部輸出接口模塊，使治療系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以輸出到外部，工作人員也可通過外部輸出接口對單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令，從而控制理療儀系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過調(diào)諧電路采樣模塊，將超短波發(fā)生電路的調(diào)諧性能實(shí)時(shí)輸送到單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)通過調(diào)諧電路控制模塊控制超短波發(fā)生電路，使治療過程保持在預(yù)定的控制范圍以內(nèi)，從而達(dá)到穩(wěn)定的控制性能[6]。

圖1 基于單片機(jī)的超短波理療儀系統(tǒng)

超短波理療儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足以下性能指標(biāo)：

(1)頻率響應(yīng)性能穩(wěn)定可靠。超短波是指頻率為30～300 MHz的射頻電流，設(shè)計(jì)超短波理療儀首先需要選定特定頻率的射頻電流作為正常工作的超短波發(fā)生電流。同時(shí)，其頻率參數(shù)需要保持穩(wěn)定，由此既可保證電極間的超短波輸出正常，也可減少理療儀各個(gè)部件因射頻電流頻率震蕩導(dǎo)致的系統(tǒng)壽命縮短問題；

(2)儀器工作功率控制穩(wěn)定。當(dāng)超短波理療儀產(chǎn)生的射頻電流頻率和幅值穩(wěn)定的情況下，儀器設(shè)備的供電電壓也要保持相應(yīng)的穩(wěn)定。超短波理療儀供電電源一般采用工頻220 V電壓，電源系統(tǒng)通過穩(wěn)定的開關(guān)電源進(jìn)行電源電壓控制，使電源電壓保持在穩(wěn)定的控制范圍內(nèi)，從而保證儀器系統(tǒng)的工作功率保持穩(wěn)定；

(3)自適應(yīng)反饋控制。在單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定系統(tǒng)輸出電路參數(shù)的同時(shí)，通過系統(tǒng)自適應(yīng)反饋的良好功能，控制儀器檢測電路的輸出參數(shù)，使治療系統(tǒng)的設(shè)定強(qiáng)度功能和電路阻抗參數(shù)能實(shí)時(shí)地相匹配，使整個(gè)療程保持穩(wěn)定，治療達(dá)到預(yù)期效果；

(4)調(diào)諧電路穩(wěn)定控制。單片機(jī)控制系統(tǒng)通過控制調(diào)諧電路使得超短波發(fā)生電路保持穩(wěn)定，輸出穩(wěn)定的超短波。同時(shí)，通過調(diào)諧電路采樣模塊，將調(diào)諧電路的參數(shù)實(shí)時(shí)反饋到單片機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采樣得到的電路參數(shù)，通過控制算法運(yùn)算，控制調(diào)諧電路保持穩(wěn)定，從而使超短波輸出保持正常穩(wěn)定值。

2 單片機(jī)控制系統(tǒng)

如圖2所示，單片機(jī)系統(tǒng)是通過總線系統(tǒng)，將微處理器、計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、并行接口和串行接口等功能模塊集成在一塊半導(dǎo)體硅片上，所以這種微型計(jì)算機(jī)被稱為單片微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。其具有速度快、體積較小、功能齊全、功耗較低、集成度較高等優(yōu)點(diǎn)，且擴(kuò)展功能模塊較為簡便[7-8]。

圖2 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

如圖3所示，用戶可根據(jù)自身的需要，從產(chǎn)品功耗、運(yùn)行速度、接口需求等方面選擇滿足需求的單片機(jī)型號(hào)。

圖3 單片機(jī)分類情況

3 超短波理療儀系統(tǒng)軟件流程

應(yīng)用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的超短波理療儀軟件運(yùn)行方式，如圖4所示。首先超短波理療儀開始上電運(yùn)行，理療儀系統(tǒng)內(nèi)部的電壓、電流采集模塊對理療儀的電源電壓，運(yùn)行電流進(jìn)行采集，計(jì)算運(yùn)行功率，判斷電壓、電流、功率等電氣指標(biāo)是否滿足要求，若滿足要求，則等待外部人員發(fā)出的理療儀設(shè)定命令；若不滿足要求，則繼續(xù)調(diào)整理療儀的電源穩(wěn)壓電路，直至超短波理療儀的電氣特性保持穩(wěn)定。當(dāng)外部人員發(fā)出超短波設(shè)定命令時(shí)，系統(tǒng)通過單片機(jī)控制系統(tǒng)對超短波理療儀各項(xiàng)工作指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，再觸發(fā)超短波發(fā)生電路，產(chǎn)生所需的超短波，并判斷超短波指標(biāo)是否正常；若不正常，則繼續(xù)調(diào)整超短波直至滿足要求；若正常，則繼續(xù)運(yùn)行超短波發(fā)生電路，直至運(yùn)行時(shí)間到，結(jié)束超短波理療儀的運(yùn)行。

圖4 超短波理療儀軟件流程

4 結(jié)束語

超短波理療儀可促使患者的病患部位均勻受熱，增強(qiáng)血管通透性，加強(qiáng)組織細(xì)胞的新陳代謝，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)機(jī)體免疫力的功能。單片機(jī)具有速度快、體積較小、功能齊全、功耗較低等特點(diǎn)，應(yīng)用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的超短波理療儀，具有較好的治療性能。本文介紹了超短波理療儀的功能架構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成，單片機(jī)的性能特點(diǎn)、分類和應(yīng)用，以及軟件流程等，對基于單片機(jī)的超短波理療儀進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。

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Review of the Design of Ultrashort Wave Therapy Instruments Based on MCU

The working principles of ultrashort wave therapy apparatus are the use of electronic tube oscillation due to the ultrashort wave with high frequency electric field for the treatment of patients. The application of single chip microcomputer as the ultrashort wave therapy instrument control system has better performance of treatment. The functions and system structure of ultrashort wave therapy apparatus are introduced, the performance characteristics, classification, application of the single chip and the ultrashort wave therapy apparatus software flow are discussed, and a systematic analysis of ultrashort wave therapy instrument based on AVR microcontroller is made. The future development trend of ultrashort wave therapy instruments is outlined.

ultrashort wave; physiotherapy instrument; MCU; system composition; software flow

2016- 01- 18

王云光(1963-)，男，副教授。研究方向：康復(fù)理療儀研發(fā)。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.10.042

TN911；R454

A

1007-7820(2016)10-147-03