电针灸-治疗仪-治疗-电路-设计-实验.doc

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电针灸治疗仪治疗电路设计实验实验目的(1)熟悉并掌握555时基电路的原理及其波形发生电路的设计(2)熟悉穴位治疗电刺激波形基本参数要求及其脉冲序列模式(3)熟悉并掌握电路的测试调试方法、技术实验要求(1)设计出等间隔连续脉冲、断续波脉冲、幅度调制脉冲三种波形发生电路以及电压和电流输出电路，通过手动开关控制选择不同的治疗刺激脉冲序列的输出(2)输出脉冲的电压幅值为12V、电流最大值为80mA实验手段在面包板上搭建电路，采用示波器测试电路的输出波形。采用万用表、电流表和示波器测试和调试电路。实验原理电子针灸治疗仪是在针刺入穴位得气后，在针上通以接近人体生理电的微量电流，利用针和电两种刺激相结合来达到治疗疾病的目的。电针疗法的优点是疗效高，效果好，利用单片机控制可以灵活的选择刺激波形，准确地控制和调整刺激量，以适应不同种类的疾病和不同体质的患者。根据功能的不同整机电路可以分为两部分：治疗电路和控制电路。治疗电路我们以时基集成电路555为主要器件，设计多种针灸刺激波形的发生电路，其中脉冲输出电流最大不超过80mA、宽度为150μS－300μS，脉冲序列具备四种模式：等间隔连续脉冲、断续波脉冲、疏密波脉冲、幅度调制脉冲。控制电路以单片机为核心组成控制系统，包括硬件和软件，用以实现仪器对治疗电路输出刺激波形的控制和显示。本次实验设计治疗电路的等间隔连续脉冲、断续波脉冲、幅度调制脉冲三种波形发生电路以及电压和电流输出电路，通过手动开关控制选择不同的治疗刺激脉冲序列的输出。电针机理与治疗电路结构一、电针机理及电针模式选择的依据电针是在针刺腧穴得气后，在毫针柄上通以接近人体生物电的微量电流以防治疾病的一种疗法。在针刺的基础上加以脉冲电的治疗作用，针与电两种刺激相结合，故对某些疾病能提高疗效，能方便的调节刺激参数代替手法运针，使患者针下出现相应的浚、麻、胀、重、冷、热的感觉，甚至沿着一定部位向一定方向扩散。电针机理：人体组织是由水分、无机盐和带电生物胶体组成的复杂的电解质导体，当一种频率不断变化的脉冲电流作用于人体时，组织中的离子会发生定向运动，清除细胞膜极化状态，使离子浓度和分布改变，这是脉冲电流治疗作用最基本的电生理基础。低频连续波脉冲通过毫针刺激腧穴，具有调整人体功能、止痛静神、促进血气循环、调整肌胀等作用。断续波脉冲是有节律的时断时续自动出现，使机体不容易产生适应，其动力作用颇强。能提高肌肉组织的兴奋性，对横纹肌有良好的刺激收缩作用。幅度调制脉冲是脉冲按锯齿样自动起伏波形，其频率接近人体的呼吸规律，可用于对膈神经作人工电呼吸，抢救呼吸衰竭，并有提高神经肌肉兴奋性、调整经络功能、改善血气循环等功能。频率调制脉冲是疏波和密波自动交替出现的波形，克服单一波形易产生适应的缺点，动力作用大，治疗的兴奋效应占优势，能促进新陈代谢、血气循环，改善组织营养，消除炎症水肿。二、治疗电路结构框图图1-1针灸仪治疗电路结构框图设计参数及主要性能一、基本波形要求基本波形的输出电流幅度不超过80mA，通过手动微调旋扭连续可调；宽度应介于150μS-300μS之间。二、脉冲序列模式脉冲序列具备四种模式，如图1-2所示。模式一为等间隔连续脉冲，见图1-2(a)，脉冲频率60Hz；模式二为断续波脉冲，见图1-2(b)，脉冲频率60Hz，重复周期3S；模式三为幅度调制脉冲，见图1-2(c)，脉冲频率60Hz，重复周期2S。模式四为频率调制脉冲，见图1-2(d)，脉冲频率90～20Hz，重复周期2S；前三种模式的电压要求为12V，模式四的电压为0～12V。图1-2脉冲序列模式（a）连续脉冲；（b）断续脉冲；（c）幅度调制脉冲；（d）频率调制脉冲实验电路原理图1－3针灸仪实验电路一、连续脉冲发生电路采用由(LM555CN)U4与其外围电路组成的占空比连续可调的脉冲振荡电路，如图1－3所示。图中二极管D2为充电引导管，二极管D1为放电引导管，充电回路为R3→R4上(R4上半部分)→D2→C4，放电回路为C4→D1→R6→R4下(R4下半部分)→R6。充放电的时间可以由式（1－1）来确定：（1－1）理论上讲，只要R1、R2、R3的值设置的合适，调节电位器的大小就可以使占空比在0.01％～99.99%之间改变。上图中通过调节R4可以改变输出脉冲的宽度。当各参数的设置如上图时，输出频率为60HZ、宽度约为200μS的矩形波，如图1-4所示。图1－4等间隔连续脉冲二、断续脉冲发生电路由于555的输出受控于它的复位端（即第4脚），当复位端为高电平时，555有输出；当复位端为低电平时，输出被截至，即输出为0。因此可以利用另外一片555的输出来控制连续脉冲发生电路的复位端得到所需的断续波。现在需要做的就是用一片555来产生周期为3S的方波，称为断续波调制电路。(1)断续波调制电路断续波调制电路实际上就是周期为3S的方波产生电路，本设计采用由(LM555CN)U3与其外围电路组成间接反馈型无稳类电路（即多谐振荡电路）来实现此功能。充放电的时间可以由式（1－2）来确定：（1－2）如图1－3所示R8》R11产生占空比接近50%的方波，周期约为3S。图1－5断续波调制电路输出波形(2)断续脉冲发生电路将U3的3脚输出到U4的4脚（将单刀双置开关K1置于左侧）。这样就由U3、U4以及它们的外围器件构成了断续脉冲发生电路。其输出波形见图1-2(b)图1－6断续脉冲波电路输出波形三、幅度调制脉冲发生电路幅度调制脉冲电路由周期为2S的锯齿波电路和连续脉冲发生电路以及调制电路构成。(1)锯齿波电路图1－7锯齿波电路(LM555CN)U1接成无稳态多谐振荡状态。Q3为场效应管，它与可变电阻R2、电容C构成恒流源充电电路，以便获得具有良好线性度的锯齿波。R1是放电电阻，阻值为500Ω，在555设计中，放电电阻取值一般应大于1kΩ，否则电路工作不稳定，会造成输出波形的不确定性。因此本电路还需要改进。调整R2阻值可以调整锯齿波的周期。（运放LM324）U2A接成电压跟随电路，用于阻抗变换和提高负载能力，以保证输出的锯齿波的线性度，使得输出波形不受其负载（后继电路）的影响。锯齿波电路的输出波形如下：图1－8锯齿波电路输出波形输出的锯齿波的电压范围VCC/3～2VCC/3,其最低电平不为零，需要在后继电路进行电平调整。(2)调制电路图1－9调制电路调制电路由（运放LM324）U2B等构成同相加法电路，实现S1（连续脉冲）、S2（锯齿波）信号的叠加，合成信号的电平调整由负电源V4和可变电阻R7实现，它为加法电路提供大约—6V的电压信号。利用二极管D3的单向导通使得小于二极管导通电压0.7V的信号电压变为零电位电压输出。(3)同相放大电路由（LM324）U2C等构成的同相放大器将三角波的输出电压幅值放大到5V。三角波的最大电压由可变电阻R10调整。这样做是为了使幅度调制脉冲发生电路输出波形的电压幅值与连续脉冲发生器等电路输出波形的电压幅值相同（5V），以便送到到输出电路再经过相同倍数的电压放大得到12V幅度的输出波形。(4)输出波形B A图1－10幅度调制脉冲发生电路输出波形其中B波形是同相加法器输出波形。A波形是经二极管检波后再经过同相放大后的输出波形，从中可以看出B波中小于0.7V的信号经过二极管检波后再放大得到是零电平输出，最后输出的幅度调制脉冲的电压范围为0～5V。四电针灸仪电压输出电路为了实现规定的电压、电流输出幅度要求输出刺激脉冲波形，需要专门的电压输出电路和电流输出电路。本实验给出了电压输出电路是一个同相放大电路，它由（LM324）U2D等组成，各部分波形发生电路输出的信号电压幅值均为5V，通过调整可变电阻R16调整放大电路的增益可以使输出电压幅值变为12V。实验步骤和要求：逐个连接各部分单元电路调试出符合要求的波形和电压幅值，记录下单元电路输出波形，前级电路没有调试出正确波形，不可进行下一单元电路的连接和调试。思考题：1、可否用其它电路脉冲的幅度调制?2、请设计出电针灸仪的电流输出电路，满足最大输出电流小于80毫安。3、本实验电路有什么不足，有哪些值得改进设计的地方？实验报告要求：1、内容完整实验报告包括：实验题目、实验目的、实验要求、实验仪器及元器件记录、实验原理、实验步骤、实验记录、实验思考题等。2、记录内容为各单元电路输出波形和电压幅值。附录：LM555/LM555C系列的特性LM555/LM555C系列产品具有以下特性：一、可直接替换SE555/NE555二、定时时间从微秒级到小时级三、可工作于无稳态和单稳态两种方式四、可调整占空比五、输出电压与TTL电平兼容六、温度稳定性好于0.005%/℃LM555/LM555C系列的封装及引脚LM555/LM555C系列产品常用的封装形式有TO-5金属封装和DIP8双列直插封装两种，如下所示。图2-2 LM555/LM555C系列的封装（a）TO-5金属封装;（b）DIP8双列直插封装LM555/LM555C系列产品引脚功能如下表所示:表2-1 LM555/LM555C系列产品引脚描述引脚编号符号功能说明1 2 3GND地线TR触发OUT输出4RES复位5CV控制电压6TH阈值7DIS放电8VCC电源。