基于传统针刺规律的超声波治疗仪研究

　　1　引　　言

　　物理治疗是应用自然界及人工制造的各种物理因素作用于人体以治疗和预防疾病的一门科学(简称理疗),是康复医学的重要治疗手段之一。本文提出了一种新的基于中医传统针刺疗法的超声治疗仪的设计方法,针对低功耗、变换治疗深度、变换针法等设计思想应用了MSP430低功耗单片机、压控振荡器、方式选择等新的设计元素。

　　2　超声治疗仪硬件设计

　　本仪器是基于变频超声信号能进行医学治疗的原理设计的,由于力图进行低频治疗,设计产生超声信号频率在0.5~1 MHz之间,最大功率为2.5 W/cm2。

　　采用固定调制与脉冲调制相结合的方法,治疗规律符合传统针刺手法。系统硬件结构框图如图1所示。

　　2.1　单片机系统设计

　　本设计之中单片机系统采用MSP430型单片机,该单片机是一种高性能、低功耗的绿色单片机,是一个具有明显技术特色的单片机品种。MSP430F169芯片配置有两路D/A转换器,此DAC模块是一个12位、阶梯式、电压输出模数转换器,这种DAC可以以8位或者12位模式工作,并且可以同DMA控制器联合使用。当多重DAC工作时,它们可以被组成一组,进行同步工作[2]。在本设计中,采用此项功能产生后级压控振荡器所需的电压信号。

　　2.2　压控振荡器设计

　　由于本设计想要获得变化的频率信号,因此采用电压控制频率技术,利用来自于微控制器的不同电压来产生不同的频率信号。压控振荡器(VoltageControlled Oscillator,VCO)是一种频率可控的振荡器,它的振荡频率随输入控制电压的变化而改变[324]。在本设计中,压控振荡器采用BB公司的电压频率控制芯片VFC320,根据压控振荡器的芯片资料可得:

        式中:Fout为压控振荡器的输出频率,Vin是压控振荡器的输入电压,R1、C1分别是压控振荡器的输入电阻和外接充电电容。由式(1)可以得出,输出频率是可以由输入电压来控制的,也就是说,本设计所需的可变化频率信号是与输入电压成正比的,这从原理上解决了实现可控变化频率的问题。

　　2.3　整体电路设计

　　液晶显示(LCD)部分选用了吉林紫晶电子的图形点阵液晶显示模块ZJM12864BSBD,该模块是一款低功耗的LCD,该图形点阵液晶显示模块与单片机的连接方式如图2所示。

　　综上所述,可以得到整体电路图如图3所示。利用MSP430F169作为核心控制器,在单片机的DAC0输出端得到大小不同的输出模拟电压,通过放大器OP07可以将MSP430控制器输出的小于3.6 V的电压放大至压控振荡器输入所需的电压值。OP07将输出的电压加到压控振荡器的输入端IN2,根据前面介绍的压控振荡器原理,就可以从压控振荡器输出端FOUT得到可控制的频率信号,从而实现由MSP430单片机控制产生可变频率信号[526]。