新型低頻超聲透皮儀設(shè)計

上式表明：該電路可以通過調(diào)節(jié)RG進行增益的控制。
1．2 超聲波產(chǎn)生控制模塊
超聲波產(chǎn)生模塊主要是由PWM驅(qū)動電路、半橋式逆變電路和阻抗匹配電路三部分組成。電路的作用是將直流電流變成超生波振蕩電流，并通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)激勵換能器產(chǎn)生相同頻率的彈性振動。該系統(tǒng)中驅(qū)動電路采用芯片IR2112來實現(xiàn)。IR2112是IR公司生產(chǎn)的大功率MOSFET、和IGBT專用集成驅(qū)動電路。該芯片具有兩個獨立的高低端通道，其中高端通道可采用自舉電路，最高可承受500 V電壓。兩通道輸出的電壓范圍為10～20 V，IR2112邏輯電源和功率電源即可以相互獨立也可以共用一個電源。其工作頻率最高可達(dá)500 kHz，關(guān)斷和延遲時間很短。IR2112輸出采用圖騰柱結(jié)構(gòu)，最大輸出電流可達(dá)2 A。
如圖3所示，用功率MOSFET構(gòu)成PWM逆變器，用單片機作為信號源，產(chǎn)生頻率為20～38 kHz的方波、2．5～3 W／cm2的功率；阻抗匹配使超聲電源向換能器負(fù)載實現(xiàn)最大功率傳輸。圖3中VD1，C1為自舉二極管和自舉電容，VD1必須使用與功率開關(guān)管相同耐壓等級的快恢復(fù)二極管，自舉電容設(shè)計也至關(guān)重要，C1的耐壓比功率器件充分導(dǎo)通時所需的驅(qū)動電壓(典型值為10 V)高。若在C1的充電路徑上有1．5 V的壓降，且假定有一半的柵壓因泄露而降低，則自舉電容C1可按式(4)來選?。?p>
式中：Qg為MOSFET的門極電荷。
工程應(yīng)用上一般取C1>2Qg／(VCC-10-1．5)，且應(yīng)選取容量穩(wěn)定，耐脈沖電流的無感電容。

而控制電路主要由單片機系統(tǒng)和驅(qū)動電路組成。單片機系統(tǒng)通過自身的PWM驅(qū)動電路產(chǎn)生頻率為28 kHz的方波，并將該信號送入IR2112驅(qū)動電路進行隔離放大后推動功率MOSFET工作。用半橋式逆變開關(guān)電路作為超聲波發(fā)生器的功放電路，MOSFET1、MOSFET2輪流導(dǎo)通，在變壓器的副邊可以得到一個交變的激勵信號，從而實現(xiàn)逆變的功能。而由R3，C4，D1構(gòu)成的吸收電路，吸收了功率開關(guān)引入的尖峰脈沖，保護功率開關(guān)管。
阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目的是經(jīng)過半橋逆變得到的功率最大限度的轉(zhuǎn)化為超聲波換能器的能量和確保電路工作穩(wěn)定。同時為了防止系統(tǒng)發(fā)生故障時對人體造成危害和損壞功率MOSFET器件，在系統(tǒng)中加入了過流保護電路。

2 軟件設(shè)計
程序設(shè)計采用基于C語言的模塊化程序設(shè)計的方案，具有可維護性高、升級方便。整個程序分為：主程序、溫度閉環(huán)控制程序(PID)、PWM產(chǎn)生程序、鍵盤及LCD顯示程序、E2PROM讀寫程序，軟件流程圖如圖4所示。

主要程序包括：數(shù)據(jù)處理，采樣溫度數(shù)據(jù)，并進行上下限報警和處理；PID計算，對偏差進行PID算法處理，并輸出控制脈沖信號，脈沖寬度由T0定時器決定；晶閘管導(dǎo)通控制，利用PID計算得出的控制脈沖信號來控制晶閘管的通斷比，從而實現(xiàn)對溫度的恒溫控制；液晶的顯示和鍵盤掃描和處理程序。

3 結(jié) 語
低頻超聲給藥的諸優(yōu)點，已成為經(jīng)皮給藥的一種極具潛力的方式。該系統(tǒng)通過控制溫度、頻率和強度等多種因素來促進經(jīng)皮給藥的滲透性。同時，與單片機結(jié)合組成的嵌入式系統(tǒng)使醫(yī)療儀器智能化、多功能化、小型化。并且，這里介紹的基于高性能單片機C8051F340的透皮給藥系統(tǒng)還可實現(xiàn)過流保護、恒溫閉環(huán)控制、工作模式可選、輸出全調(diào)、LCD動態(tài)顯示、掉電保護等功能。整個系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)實踐和實驗室標(biāo)測中均表現(xiàn)出顯著的效果和極好的實測值。