CN105680836A - 一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法和电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法和电路，电路包括：PWM波形整形电路，PWM波形整形电路用于将单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑成连续的电压信号，再将电压信号经第一同相比例放大器进行阻抗变换；低通滤波电路；限幅及强度调整电路，包括反相比例放大电路、双联电位器，反相比例放大电路用于电路信号的放大和阻抗变换，双联电位器用于治疗仪轮廓波形的强度调整；经低通滤波电路滤波后的信号输送至反相比例放大电路的反相输入端，经信号放大及阻抗变换后输送至双联电位器，再经双联电位器输出至下一级功率放大驱动电路；功率放大驱动电路，将经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
Description
技术领域
本发明涉及治疗仪领域，尤其涉及中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法和电路。
背景技术
随着物理康复医学理论及相关技术的发展，以电子电路设计为载体的中低频干扰理疗系统可达到物理治疗疾病的目的，且可广泛应用于家庭或康复治疗中。中低频治疗仪能通过对电子电路的操作模拟中医针灸及推拿、按摩、敲打等多种动作，从而达到舒筋活血、迅速缓解疲劳、恢复肌体等功能，通过仪器内部产生的人体中频电流(频率为1Hz-150Hz，幅度为10-70V的低频脉冲)可以有效的刺激肌肉，从而达到恢复身体机能，增强关节的灵活性，加强人体神经反射能力，对人体酸麻部位采用特殊的手法进行人工按摩。然而由于人体对低频针灸治疗的适应性，使治疗效果大大降低，为此，需要对现有频段进行扩展；因每一个治疗方案均是由多种基波组合而成，而每一种基波均是由波形轮廓低频信号(50-150Hz)进行中频调制(2.9KHz)的信号，波形轮廓的产生对于中低频治疗仪具有重要的意义。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提出了一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法和电路。
本发明的技术方案为:
一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，包括：PWM波形整形电路，包括RC积分电路及与之相连的第一同相比例放大器；PWM波形整形电路用于将单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑成连续的电压信号，再将电压信号经第一同相比例放大器进行阻抗变换；低通滤波电路，用于滤除高频干扰信号；限幅及强度调整电路，用于手动调整处方波形输出强度，包括：反相比例放大电路、双联电位器，反相比例放大电路用于电路信号的放大和阻抗变换，双联电位器用于治疗仪轮廓波形的强度调整；经低通滤波电路滤波后的信号输送至反相比例放大电路的反相输入端，经信号放大及阻抗变换后输送至双联电位器，再经双联电位器输出至下一级功率放大驱动电路；功率放大驱动电路，将经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
通过采用以上技术方案，最终产生对于中低频治疗仪具有重要的意义的波形轮廓；在PWM波形整形电路中设置第一同相比例放大器，对平滑后的连续电压信号经过同相比例放大器进行阻抗变换，保持波形轮廓具有一定的驱动或带负载能力。由于治疗仪需要由用户手动调整处方波形输出强度，因此设置强度调整电路，手动调整处方波形输出强度。
优选地，限幅及强度调整电路中，还包括一设置在反相比例放大电路的同相输入端的输出波形控制电路；输出波形控制电路，包括一三极管Q1，三极管Q1其基极通过电阻R13连接至外部单片机控制的PB2引脚，用于实施输出波形的控制，三极管Q1的集电极与反相比例放大电路的同相输入端相连。通过采用这样的技术措施，可以通过外部单片机控制的PB2引脚控制输出波形的控制，当PB2输出为高点平时，U2B的同相端接地，则反相比例放大电路信号无放大输出；当PB2为低电平时，U2B的同相端有一基础电压，可提高输出波形的直流电压分量。
优选地，双联电位器的第3脚连接有稳压电路，所述稳压电路采用三端可控稳压源，为双联电位器的提供基准电压；双联电位器的的第2脚接至外部单片机，通过单片机进行AD采样，以便判断双联电位器的旋转位置。通过采用上述技术方案，设置采样电路，可方便判定强度调整旋钮的旋转位置。
优选地，功率放大驱动电路，包括第二同相比例放大器、功率放大电路；双联电位器输出端与第二同相比例放大器的同相输入端相连，第二同相比例放大器的输出端连接至由功率三极管Q2构成的功率放大电路进行功率放大，并通过Q2的射极输出。通过功率放大驱动电路，使得波形轮廓具有一定的电压和电流幅度，以便于后期进行中频调制。
优选地，功率三极管Q2的射极连接有输出控制电路，输出控制电路由电阻R19、R21、R22和功率三级管Q3构成，输出控制电路的输入端与外部单片机控制的PB2引脚相连，其输出端与功率三极管Q2的射极连接；当PB2输出为高电平时，功率放大驱动电路的输出端无电压输出，以此屏蔽处方波形轮廓输出；当PB2输出为低电平时，功率放大驱动电路的输出端正常输出电压。
本发明还提供了一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法，包括如下步骤：步骤一：外部单片机输出PWM脉冲波形；
步骤二：PWM信号输出平滑与隔离：
单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑变为连续的电压信号，同时设计PWM波周期远远低于RC积分电路的时间常数，并保证RC电路的充放电时间常数相同；
步骤三：低通滤波，以滤除高频干扰信号；
步骤四：限幅及强度调整；设置强度调整电路，并在进入功率驱动之前对输入信号进行限幅；
第五步：功率放大驱动，对经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
通过采用以上技术方案，可产生稳定的中低频波形轮廓，可以有效的刺激肌肉，从而达到恢复身体机能，增强关节的灵活性，加强人体神经反射能力，满足广大用户的需求。
优选地，步骤二中，为保持波形轮廓具有一定的驱动或带负载能力，平滑后的连续电压信号需要经过同相比例放大器进行阻抗变换。
附图说明
图1治疗处方波形轮廓的产生方法框图；
图2PWM波形整形及滤波电路；
图3限幅及强度调整电路；
图4功率放大驱动电路；
图5单片机输出的PWM波形；
图6为图5经过隔离整形后形成的处方波形轮廓。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
本实施例提供了一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，如图2、3、4所示，电路包括：PWM波形整形电路1、低通滤波电路2、限幅及强度调整电路3、功率放大驱动电路4。
PWM波形整形电路1，包括RC积分电路11及与之相连的第一同相比例放大器12；PWM波形整形电路用于将单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑成连续的电压信号，再将电压信号经第一同相比例放大器进行阻抗变换；低通滤波电路2，用于滤除高频干扰信号；限幅及强度调整电路3，用于手动调整处方波形输出强度，包括：反相比例放大电路31、双联电位器32、输出波形控制电路33、稳压电路34，反相比例放大电路31用于电路信号的放大和阻抗变换，双联电位器32用于治疗仪轮廓波形的强度调整；经低通滤波电路滤波后的信号输送至反相比例放大电路31的反相输入端，经信号放大及阻抗变换后输送至双联电位器32，再经双联电位器32输出至下一级功率放大驱动电路4；功率放大驱动电路4，将经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
如图2所示，为PWM波形整形及滤波电路；U2A为单电源供电的运算放大器LM358，供电电压为8V。
PWM信号从单片机的PB4引脚输出至PWM波形整形及滤波电路，首先经过R6、C3构成的积分电路平滑后，之后再经过U2A、R11和R10构成的同相比例放大后，最后经由R8、C7构成的低通滤波器滤波之后输出。
如图3所示，为处方波形轮廓限幅及强度调整电路，用于波形轮廓的放大和限幅，包括：反相比例放大电路31、双联电位器32、输出波形控制电路33、稳压电路34；经过平滑后的处方轮廓信号由R7的左侧输入，进过R7、R4和U2B构成的反相放大电路31进行放大和阻抗变换后，经由VR1双联电位器32输出至下一级电路。当调整VR1时，由于VR1的5、6脚是接入至信号传送电路中，当其阻值增大时，输出的信号幅度减小；当其阻值减小时，输出的信号幅度增加。
图中，U2B为单电源供电的运算放大器LM358，供电电压为8V。
VR1为治疗仪通道强度调整旋钮，其采用6脚双联电位器B10K，其内部有两个额定阻值10K的可变电阻，调整旋钮时，2个可变电路同步变化。系统工作时，单片机实时采集电位器的调整量以进行处方波形输出强度的判别。
稳压电路34，由电阻R1、R2、R3、三端可控精密稳压源TL431组成，稳定电压输出为2.5V输出，用于为VR1提供电压基准。
输出波形控制电路33，包括三极管Q1、电阻R13、R15、R16、R14；三极管Q1的集电极连接至运算放大器U2B的同相输入端，其基极通过R13连接至单片机控制的PB2引脚，用于实施输出波形的控制。当PB2输出为高点平时，U2B的同相端接地，则R7、R4和U2B构成反相比例放大电路，信号无放大输出；当PB2为低电平时，U2B的同相端有一基础电压，可提高输出波形的直流电压分量。
同时为判定强度调整旋钮的旋转位置，特设置了采样电路。当旋转VR1可变电阻时，引脚5-6之间的电阻会发生变化，同时引脚2-3脚间的电阻也会发生变化，从而改变2脚的输出电压。其3脚接入为稳定的2.5V输入电压，由R1、R2、R3和U1构成，VR1的第2脚接至单片机的PF6引脚，通过单片机控制器进行AD采样，即可判断出强度调整旋钮的旋转位置。
如图4所示，功率放大驱动电路4，包括第二同相比例放大器41、功率放大电路42、输出控制电路43；双联电位器输出端与第二同相比例放大器的同相输入端相连，第二同相比例放大器41的输出端连接至由功率三极管Q2构成的功率放大电路42进行功率放大，并通过Q2的射极输出。
U3B为单电源供电的运算放大器LM358，供电电压为12V。Q2和Q3均采用SOT89封装的功率三极管D882，并附带蝶形散热片。
进过限幅和强度调整后的信号由R18接入至电路中，首先经过由R9、R12、R17、R18和U3A构成的第二同相比例放大器41进行放大，之后送入功率三极管Q2进行功率放大，并通过Q2发射极输出。输出控制电路43由R19、R21、R22和Q3构成，当PB2输出为高电平时，该放大电路的输出端OUT基本无电压输出，可以屏蔽处方波形轮廓输出；当PB2输出为低电平时，该放大电路的输出端OUT正常输出电压。
本实施还提供了中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法，如图1所示，包括如下步骤：
第一步：单片机输出PWM脉冲波形。
PWM(pulse-widthmodulation)信号为固定周期、占空比可调的矩形波信号。通过调节PWM信号占空比，可以调节该信号输出的平均电平值(电压)，理论上，通过不断变换PWM脉冲的占空比，可输出连续的电压信号(模拟电压)。因此，单片机控制根据需要输出的处方信号轮廓，进行不断修改PWM脉冲信号的占空比，即输出高频PWM信号。如图5所示为单片机输出的其中一个PWM波形。
第二步：PWM信号输出平滑与隔离
单片机输出的PWM脉冲信号需要经过RC积分电路平滑方能变为连续的电压信号，同时要求设计PWM波周期远远低于RC积分电路的时间常数，并保证RC电路的充放电时间常数相同。图6为图5经过隔离整形后形成的处方波形轮廓。
为保持波形轮廓具有一定的驱动或带负载能力，平滑后的连续电压信号需要经过同相比例放大器进行阻抗变换。
第三步：低通滤波。
由于系统所需中低频信号，处方波形轮廓为低频的周期信号，经过基于运放构成的阻抗变换电路后，需要经过RC低通滤波电路，以滤除高频干扰信号。
第四步：限幅及强度调整
由于治疗仪需要由用户手动调整处方波形输出强度，因此需要设置强度调整电路，由基本的运放电路构成，并在进入功率驱动之前对输入信号进行限幅。
第五步：功率放大驱动
经过限幅和强度调整之后，波形轮廓需要进行进一步的功率放大，以具有一定的电压和电流幅度，以便于后期进行中频调制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，包括：
PWM波形整形电路，包括RC积分电路及与之相连的第一同相比例放大器；PWM波形整形电路用于将单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑成连续的电压信号，再将电压信号经第一同相比例放大器进行阻抗变换；
低通滤波电路，用于滤除高频干扰信号；
限幅及强度调整电路，用于手动调整处方波形输出强度，包括：反相比例放大电路、双联电位器，反相比例放大电路用于电路信号的放大和阻抗变换，双联电位器用于治疗仪轮廓波形的强度调整；经低通滤波电路滤波后的信号输送至反相比例放大电路的反相输入端，经信号放大及阻抗变换后输送至双联电位器，再经双联电位器输出至下一级功率放大驱动电路；
功率放大驱动电路，将经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
2.根据权利要求1所述的一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，限幅及强度调整电路中，还包括一设置在反相比例放大电路的同相输入端的输出波形控制电路；输出波形控制电路，包括一三极管Q1，三极管Q1其基极通过电阻R13连接至外部单片机控制的PB2引脚，用于实施输出波形的控制，三极管Q1的集电极与反相比例放大电路的同相输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，双联电位器的第3脚连接有稳压电路，所述稳压电路采用三端可控稳压源，为双联电位器的提供基准电压；双联电位器的的第2脚接至外部单片机，通过单片机进行AD采样，以便判断双联电位器的旋转位置。
4.根据权利要求1所述的一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，功率放大驱动电路，包括第二同相比例放大器、功率放大电路；双联电位器输出端与第二同相比例放大器的同相输入端相连，第二同相比例放大器的输出端连接至由功率三极管Q2构成的功率放大电路进行功率放大，并通过Q2的射极输出。
5.根据权利要求4所述的一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生电路，其特征在于，功率三极管Q2的射极连接有输出控制电路，输出控制电路由电阻R19、R21、R22和功率三级管Q3构成，输出控制电路的输入端与外部单片机控制的PB2引脚相连，其输出端与功率三极管Q2的射极连接；当PB2输出为高电平时，功率放大驱动电路的输出端无电压输出，以此屏蔽处方波形轮廓输出；当PB2输出为低电平时，功率放大驱动电路的输出端正常输出电压。
6.一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法，包括如下步骤：
步骤一：外部单片机输出PWM脉冲波形；
步骤二：PWM信号输出平滑与隔离：
单片机输出的PWM脉冲信号经过RC积分电路平滑变为连续的电压信号，同时设计PWM波周期远远低于RC积分电路的时间常数，并保证RC电路的充放电时间常数相同；
步骤三：低通滤波，以滤除高频干扰信号；
步骤四：限幅及强度调整；设置强度调整电路，并在进入功率驱动之前对输入信号进行限幅；
第五步：功率放大驱动，对经过限幅和强度调整之后的波形轮廓进行功率放大。
7.根据权利要求6所述的一种中低频治疗仪的治疗波形轮廓产生方法，其特征在于，步骤二中，为保持波形轮廓具有一定的驱动或带负载能力，平滑后的连续电压信号需要经过同相比例放大器进行阻抗变换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160615 |