牵引理疗仪的虚拟和集中控制系统开发

　　0　引　言

　　颈腰骨骼损伤和病变是常见的多发病,其常用治疗方式分为手术治疗和非手术治疗,而非手术治疗方式中最为简易、有效的就是牵引治疗方法。牵引治疗是一种通过外力牵拉脊柱颈段或腰段,使其发生一定分离,周围软组织得到适当牵伸,使之逐渐康复的治疗方法,牵引力量可以是持续的也可以是间歇的,视不同需要而定。

　　在早期,颈腰牵引治疗方式是采用砝码配重与滑轮换向配合进行。该方法非常费力、笨重,使用极为不便,现在已经基本淘汰。目前,国内各大中型医院广泛采用各种型号的半自动牵引理疗仪。这类理疗仪选用直流或交流电机连接绞盘,通过绞盘带动钢丝绳牵引。

　　每台理疗仪采用单独的单片机控制电路,配合以独立力学传感器反馈回路实现准确控制,其示意图如图1所示。这类理疗仪一般控制可靠,单个使用简易。但对于大、中型医院,由于理疗仪品种、数量繁多,每台理

　　了频繁的控制和繁琐的工作记录保存的麻烦。

　　1　总体思路

　　本产品可实现从PC机虚拟控制软面板输入控制命令,精确控制每台理疗仪工作,同时,方便地管理病人病历及理疗仪工作记录之目的。其设计由硬件和软件两大部分组成。其中,硬件设计主要完成电机的选用及相应单片机控制电路的设计,传感器的选择及相应数据采集电路的设计。硬件设计部分要求保证可靠性,以保证理疗仪的工作安全,故采用主控部分和执行部分两级控制电路来控制,如图2所示。软件部分设计主要完成虚拟控制面板设计、管理数据库的建立以及最后的串口调试工作。软件设计要求在保证人机交互性的同时,还要兼顾数据查询效率。

　　2　硬件设计

　　2.1　电机选用

　　牵引理疗仪功率较小,对电机的要求不高,且理疗仪工作过程中大部分时间处于停转保持状态,所以直流伺服电机、步进电机、交流电机等均能满足其使用要求。

　　电机的选用,直接关系到电机控制部分设计。几种电机性能和价格情况列于表1。

　　由表1可见,步进电机最为适合微机控制,有不受网压波动和负载变化影响的优点,但只适合开环控制,不利于有牵引力反馈的闭环控制。另外,大功率步进电机价格较贵,且需另外设计驱动电路,或单独购买驱动器,成本较高。

　　一般直流伺服电机价格比较便宜,控制简单,但其结构复杂,有换向器和电刷,故障较多,且需要另外配置整流电路。

　　大传动比的交流电机,价格便宜,控制方便;因为有较大传动比,可实现较硬的机械特性,甚至可以实现自锁;不需要任何其他辅助设备;非常适合对控制精度要求不高的场合;故综合考虑后本设计选用了带大传动比的交流电机。