基于嵌入式器件AT89C51SND1C的电子治疗仪设计

　　1 引言

　　目前采用两个电极片对称覆盖治疗人体部位的电子治疗仪, 是通过电极片上的脉动电压与治疗人体部位电阻产生作用, 在治疗部位产生人体能够感知的脉动电流, 刺激神经肌肉, 使其收缩和舒张,产生运动效应, 以达到治疗目的。但目前市场上此类型治疗仪产生的脉动电压只有少数几种, 由于脉动电流频率周期固定, 如果某治疗部位长期接受其脉动, 就会产生抗疗作用, 引起自发性紧张, 从而降低治疗效果。为了解决这一问题, 将 MP3 发出的随机音乐信号引入治疗仪, 使音频信号与 2.4 kHz 的中频治疗频率进行调制, 产生多种脉动电压和频率周期不断变换的脉动电流。它们随音乐信号起伏变化而发生作用, 使患者一边欣赏着喜欢的音乐一边接受治疗, 分散注意力, 缓解紧张情绪, 从而有助于提高治疗效果。

　　现提出一种基于嵌入式器件 AT89C51SND1C的电子治疗仪设计方案, 并外扩 D/A、海量存储器、键盘、显示, 实现基本的 MP3 功能; 控制 AT89C51 -SND1C 产生音频及 2.4 kHz 中频信号, 采用数字电路完成这两种信号的调频, 再经放大后, 由变压器隔离输出脉动治疗电压。

　　2 工作原理

　　基于嵌入式器件 89C51SND1C 的电子治疗仪系统硬件结构如图 1 所示, 分为信号产生与控制模块、调频输出模块、电源模块 3 部分。

　　信号产生与控制模块是由 89C51SND1C 单片机、海量存储器、键盘、USB 端口、液晶显示、D/A 转换器、音频放大等部分组成。当治疗仪的 USB 端口插入电脑的 USB 接口时, 经单片机检测后执行 U 盘功能, 可将选好的 MP3 歌曲复制到 U 盘( 治疗仪)。当治疗仪的 USB 端口未插入电脑的 USB 接口时,治疗仪可做为 MP3 播报器。通过功能键设置歌曲、治疗时间、音量, 通过启动/停止键控制治疗仪。治疗时, 单片机产生两个反相的 2.4 kHz 中频信号 F中频、F中频和一个音频信号 F音频, 同时将存储的 MP3 格式的歌曲解码为音频数字信号, 再经 D/A 转换放大器放大后, 送至耳机或喇叭。

　　调频输出模块是由调频、放大、输出剂量调整、输出变压器、电极片等部分组成。对两路反相中频信号和一路音频信号进行调频, 调频后的信号经放大后, 由输出变压器隔离输出脉冲电压, 通过电极片对称覆盖到人体的治疗部位, 人体会感知到随音乐起伏变化的电流刺激。通过输出剂量调整, 满足人体不同治疗部位以及皮肤干湿度的不同所能承受感知电流的要求。

　　电源模块可提供 15 V、5 V、3.3 V 系统工作电压。当治疗仪的 USB 端口插入电脑 USB 接口时, 单片机执行 U 盘功能, 由电脑 USB 接口提供+5 V 的电源。治疗时, 治疗仪的供电电源是由 220 V 的交流电源经变压、整流、稳压、滤波产生。