基于AT89C2051單片機(jī)的超聲波理療儀設(shè)計(jì)

摘要：給出了一種基于AT89C2051單片機(jī)控制的超聲波理療儀的設(shè)計(jì)方案。該方案采用高頻和低頻信號(hào)雙通道輸入電路，能產(chǎn)生波形峰值低、穿透力強(qiáng)的特定超聲波能量，因而可以更加深層地作用于肌肉骨骼上，起到加速愈合的作用。實(shí)踐證明，此方法經(jīng)濟(jì)適用，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
關(guān)鍵詞：AT89C2051；MAX038；超聲波；理療儀

0 引言
目前國內(nèi)外的多數(shù)超聲治療儀(理療型)普遍都是以連續(xù)正弦波(1～3 MHz)或脈沖正弦波(低頻調(diào)制100 kHz左右)的方式進(jìn)行工作，其輸出聲強(qiáng)≤3．0 W／cm2，所存在的問題是超聲波主要作用于皮膚、肌肉和結(jié)締組織，發(fā)射波形峰值高、穿透力差等，對(duì)較深病灶點(diǎn)的治療效果不明顯。因此，治療和促進(jìn)肌肉恢復(fù)和骨骼愈合需要很長(zhǎng)的時(shí)間。本設(shè)計(jì)的理療儀能產(chǎn)生波形峰值低、穿透力強(qiáng)的特定超聲波能量，可以更加深層地作用于肌肉骨骼上，起到加速愈合的作用。本設(shè)計(jì)使用電路模塊化的設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合實(shí)際電路設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單適用的多參數(shù)超聲波治療儀。目前，該設(shè)計(jì)在國內(nèi)外無類似的產(chǎn)品報(bào)道，產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理涉及許多關(guān)于超聲波對(duì)骨傷治療的最前沿的研究成果和報(bào)道。

1 系統(tǒng)構(gòu)成原理
該系統(tǒng)主要分為5個(gè)主要模塊。其中單片機(jī)控制模塊是系統(tǒng)核心，它控制著超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)度。其他(如MAX038則)主要是產(chǎn)生高頻波，NE555構(gòu)成多諧振蕩器，混頻后產(chǎn)生的超聲波經(jīng)過放大輸出，即可作用于人體的受傷部位，其基本的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

本系統(tǒng)的基本工作原理是先由集成芯片MAX038輸出一個(gè)高頻信號(hào)，同時(shí)由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器通過7474組成的二分頻電路和MAX029以及外圍電路構(gòu)成的低通濾波器得到低頻信號(hào)，再用低頻信號(hào)調(diào)制高頻信號(hào)，以得到適當(dāng)頻率的超聲波。由于信號(hào)比較微弱，所以需要功率放大器來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。這里的功放電路采用三級(jí)放大電路，最后再經(jīng)過換能器輸出，并由單片機(jī)控制超聲波的輸出強(qiáng)度。

2 高頻信號(hào)的產(chǎn)生
產(chǎn)生高頻信號(hào)可選用美信公司的MAX038高頻波形發(fā)生器芯片。該方法的各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形的函數(shù)信號(hào)。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器也可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，而美信公司的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器MAX038的頻率高、精度好，因此，它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC。該芯片組成的高頻信號(hào)產(chǎn)生電路如圖2所示。

圖2中，第3腳和第4腳(即A0和A1腳)即是控制輸出的波形，而輸出的波形頻率則由外接電容C1和第8腳和第10腳共同確定。