电针设计电路

1、燕山大学测量控制电路课程设计说明书题目名称： 电针灸治疗仪治疗电路 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 生物医学工程 学 号： 7 学生姓名： 黄 丽 新 指导教师： 赵 勇 目录燕山大学课程设计（论文）任务书1一、实验目的2二、实验要求2三、实验原理2四、电针机理与治疗电路结构2 4.1、电针机理及电针模式选择的依据2 4.2、治疗电路结构框图3 4.3、实验电路原理4 4.3.1、连续脉冲发生电路5 4.3.2、断续脉冲发生电路6 4.3.3、幅度调制脉冲发生电路8 4.3.4、电针灸仪电压输出电路115、 实验步骤和要求116、 仿真结果11附录12心得与体会13参考文献14燕山大学

2、课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教育单位：生物医学工程系学 号7姓 名黄丽新 专业（班级）09生物医学工程一班设计题目电针灸治疗仪治疗电路设计技术参数 1.设计出等间隔连续脉冲、断续波脉冲、幅度调制脉冲、正弦波四种波形发生电路.2.输出脉冲的电压幅值为12V、电流最大值为80mA.设计要求1. 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. 熟悉并掌握555时基电路的原理及其波形发生电路的设计. 工作量适中工作计划 周一查资料，周二到周四电路设计和软件仿真，周五答辩验收 参考资料 现代测控电路 李刚 高等教育出版社 相关期刊杂志指导教师签字赵勇基层教学单位主任

3、签字徐永红说明:此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份电针灸治疗仪治疗电路一、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。 二、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。 三、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

4、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150S300S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

5、通过手动开关控制选择不同的治疗刺激脉冲序列的输出。 四、电针机理与治疗电路结构： 4.1、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

6、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。 4.2、治疗电路结构框图 刺激波形发生电路刺激波形发生电路 等间隔

7、连续脉冲 功率放大电路 断续波脉冲 幅值调制脉冲 疏密波脉冲图1-1 针灸仪治疗电路结构框图 设计参数及主要性能： 、 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150S-300S之间。 、 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1-2a脉冲频率60Hz 模式二为断续波脉冲 见图1-2b脉冲频率60Hz重复周期3S 模式三为幅度调制脉冲 见图1-2c脉冲频率60Hz重复周期2S。 模式四为频率调制脉冲 见图1-2d脉冲频率9020Hz重复周期2S。 前三种模式的电压要求为12V模式四的电压为012V。 图1-2脉

8、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 4.3、实验电路原理 图13 针灸仪实验电路 4.3.1、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14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：R17R16上（R16上半部分） D2C5，放电回路为：C5D1R14R16下（R16下半部分）R14。充放电的时间可以由式（1-1）来确定： T充=ln2（R17+R16上）C5 T放=ln2（R14+R16下）C5 （1-1）图14 连续脉冲发生电路 理论上讲，只要R14、R16、R17的值设置的合适调节

9、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R16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200S的矩形波如图15所示。 图15 等间隔连续脉冲 4.3.2、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RST为高电平时555有输出,当复位端为低电平时输出被截止即输出为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 图16 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

10、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： T充=ln2（R1+R2）C2 T放=ln2（R1）C2 （1-2)如图17所示R1 R2产生占空比接近50%的方波周期约为3S。 图17 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18 图18 断续脉冲波电路输出波形 4.3.3、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

11、构成。 1、锯齿波电路 图19 锯齿波电路 LM555CN U1接成无稳态多谐振荡状态。Q1为场效应管它与可变电阻R2、电容C4构成恒流源充电电路以便获得具有良好线性度的锯齿波。R3是放电电阻阻值为100在555设计中放电电阻取值一般应大于1k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LM324U2A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20 锯齿波电路输出波形 2、 调制电路 调制电路由运放LM324U2B等构成同相加法电路实现S1连

12、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。图21 调制电路 3、 同相放大电路 由LM324U2C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R15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 图22 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

13、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05V。 4.3.4、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LM324U2D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R10调整放大电路的增益可以使输出电压幅值变为12V。 五、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

14、进行下一单元电路的连接和调试。6、 仿真结果： 四个波形从上到下以此为正弦波，方波，断续波，锯齿波。附录：、LM555/LM555C系列的特性 1、 可直接替换SE555/NE555 2、 定时时间从微秒级到小时级 3、 可工作于无稳态和单稳态两种方式 4、 可调整占空比 5、 输出电压与TTL电平兼容 6、 温度稳定性好于0.005/ 、LM555/LM555C系列产品引脚功能如下表所示: 引脚编号 符号 功能说明 1GND地线 2TR 触发3OUT 输出 4RES 复位 5CV控制电压 6 TH阈值 7DIS 放电 8 VCC电源 心得与体会 随着这一周的学习，课程设计也接近了尾声。经过一

15、周的奋战我的课程设计终于完成了。通过课程设计不仅对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我