CN112569445A - 一种脑功能康复设备 - Google Patents

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武鹏
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Abstract

一种脑功能康复设备，包括MCU，独立按键模块与MCU连接，接收红外发射模块信号的红外接受模块与MCU连接，闪频灯模块通过固态继电器与MCU连接，音频功放模块通过音频控制模块和电磁继电器与MCU连接。系统运行之前通过光敏电阻感知周围环境光亮度，进而调节LED灯光照强度，避免光照强度过大时对人眼造成一定程度的伤害，光照强度过弱时达不到视觉刺激效果。本设备通过提供特定的视觉、听觉刺激，以非接触的方式干预调节脑神经活动，进而恢复或增强相关脑网络功能。相对于以往的接触式康复设备，本设备能够在非接触、舒适环境下对患者进行脑功能康复训练。

Description

一种脑功能康复设备
技术领域
本发明涉及一种脑功能康复设备。
背景技术
康复训练是脑功能损伤患者康复的重要手段，对认知功能障碍、记忆力下降等脑功能的改善有重要的意义。本设备通过非接触方式向参与者提供特定的视觉、听觉刺激，干预调节相关脑神经活动，进而恢复或增强相关脑网络功能。目前市场上存在的脑功能康复设备，大多数要求患者穿戴相关配件，给患者造成一定的不适，影响康复效果，而本设备可以实现舒适、非接触环境下的患者康复训练。
发明内容
本发明提供一种脑功能康复设备，采用声光刺激，效果更好，使用更加舒适。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种脑功能康复设备，包括MCU，独立按键模块与MCU连接，接收红外发射模块信号的红外接受模块与MCU连接，闪频灯模块通过固态继电器与MCU连接，音频功放模块通过音频控制模块和电磁继电器与MCU连接；
先将各个模块进行初始化操作，然后检测是否有相应的红外遥控指令和按键指令输入，并对输入指令进行校验，如果未校验通过，则返回继续检测是否有相应指令输入；如果校验通过，则进入中断程序进行下一步操作；
进入中断程序后，首先判断指令类型，如果为启动指令，则进一步判断需要启动的模块；如果输入启动指令一，则单独开启灯光模块，控制灯光以40Hz固定频率闪烁；如果输入启动指令二，则单独开启音频模块，播放40Hz音频；如果输入指令三，则同时开始声光模块；
进入中断程序后，如果解码出当前输入指令为关闭指令，则首先判断系统当前工作模式，如果当前系统工作在模式一，即闪频灯模式，则关闭STC89C52RC的定时器一模块，停止输出40Hz的高低电平；如果当前系统工作在模式二，即音频播放模式，系统则向音频控制模块发送暂停音频播放指令；如果当前系统工作在模式三，即声光模块同时运行，则系统发送相应指令同时关闭声光模块。
MCU连接有光敏电阻，系统运行之前通过光敏电阻感知周围环境光亮度，进而调节LED灯光照强度；设闪频灯最大额定功率为Wmax，MCU读取到的光敏电阻输入值为x，则闪频灯工作功率y设置如式1所示：
Figure BDA0002825019750000011
通过红外遥控模块或独立按键模块中的光照角度调节按钮来控制步进电机旋转角度，进而控制闪频灯光照角度。
MCU为STC89C52RC，通过将STC89C52RC的定时器0设置在工作模式1，每隔12.5ms产生一次中断，控制引脚P2^0以推挽输出的方式依次输出高低电平信号，产生频率为40赫兹的方波；其中芯片晶振选择为11.0592M，使用定时器0时进行12分频，定时器0计数值设置为12.5*10-3*11.0592*106/12＝11520,因此设置取商计算就是TH0＝(65536-11520)/256、取余计算就是TL0＝(65536-11520)％256，商存入高8位寄存器后余下的数存入低8位即可，计数寄存器为16位模式，16位计数器，最大值为65536；STC89C52RC微控制单元输出的高低电平方波通过外接继电器模块来驱动闪频灯模块工作。
音频控制模块采用BY-F610音频控制模块，音频刺激时，以40Hz频率播放长度为1ms的10kHz纯音信号，即占空比4％，周期25ms；声音刺激以10s为间隔，即播放10s，暂时10s，依次循环；系统预先将40赫兹音频数据载入到BY-F610音频控制模块，当MCU接收到音频播放指令后，音频控制模块将40赫兹的音频数据输出给音频播放模块；当MCU接收到音量加减指令时，同样通过音频控制模块实现音量加减操作。
固态继电器选择GTD-W-5A直流固态继电器模块，GTD-W-5A直流固态继电器模块的第二根脚与STC89C52RC的第一根脚连接。
电磁继电器控制模块包括JQS-3FF-S-Z，JQS-3FF-S-Z的第二根脚与STC89C52RC的P2.7根脚连接，音频控制模块BY8301-24SS的第十九根脚连接音频功放模块NS4871输出端。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：该设备内置光敏电阻，系统运行之前通过光敏电阻感知周围环境光亮度，进而调节LED灯光照强度，使光照强度与环境光亮度相匹配，避免光线较暗环境下LED灯光照强度过强，从而对人眼造成一定程度的伤害，同时避免在环境光较亮情况下LED灯光照强度过弱，从而达不到视觉刺激效果。本设备通过提供特定的视觉、听觉刺激，以非接触的方式干预调节脑神经活动，进而恢复或增强相关脑网络功能。相对于以往的接触式康复设备，本设备能够在非接触、舒适环境下对患者进行脑功能康复训练。
附图说明
图1为本发明系统硬件连接示意图；
图2为频率为40赫兹的方波信号；
图3为本发明的音频刺激信号；
图4为本发明的系统运行流程图；
图5为实施例的电源模块的电路图；
图6为实施例的独立键盘的电路图；
图7为实施例的音频功放模块的电路图；
图8为实施例的音频控制模块的电路图；
图9为实施例的主控芯片MCU的电路图；
图10为实施例的电磁继电器控制模块的电路图；
图11为实施例的L298N模块控制步进电机的电路图；
图12为实施例的固态继电器控制闪频灯的电路图；
图13为实施例的光敏电阻模块的电路图；
图14为实施例的复位电路的电路图；
图15为实施例的红外线发射模块的电路图
图16为实施例的红外接收接头口的电路图。
具体实施方式
本发明提供了一种脑功能康复设备，涉及医疗器械技术领域。该设备包括光刺激模块和声音刺激模块，通过产生40赫兹的光照刺激和声音刺激，减少大脑中的β淀粉样蛋白沉积。本设备选用STC89C52RC作为微控制单元(MCU)，通过HS0038红外接收模块接收红外遥控器发送的相应指令，同时也可以通过独立按键模块实现对系统的控制。MCU接收到相关指令后，通过DC-DC固态继电器控制闪频灯模块以40Hz固定频率闪烁，通过音频控制模块控制播放器播放40Hz音频刺激。系统硬件连接示意图如图1所示。
该设备内置光敏电阻，系统运行之前通过光敏电阻感知周围环境光亮度，进而调节LED灯光照强度。设闪频灯最大额定功率为Wmax，MCU读取到的光敏电阻输入值为x，则闪频灯工作功率y设置如式1所示：
Figure BDA0002825019750000031
设备通过红外遥控模块或独立按键模块中的光照角度调节按钮来控制步进电机旋转角度，进而控制闪频灯光照角度，避免闪频灯直接照射眼睛部位，给使用者造成一定的不适。
设备通过将STC89C52RC的定时器0设置在工作模式1，每隔12.5ms产生一次中断，控制引脚P2^0以推挽输出的方式依次输出高低电平信号，产生频率为40赫兹的方波，如图2所示。其中芯片晶振选择为11.0592M，使用定时器0时进行12分频，定时器0计数值设置为12.5*10-3*11.0592*106/12＝11520,因此设置取商计算就是TH0＝(65536-11520)/256、取余计算就是TL0＝(65536-11520)％256，商存入高8位寄存器后余下的数存入低8位即可，计数寄存器为16位模式，16位计数器，最大值为65536。
STC89C52RC微控制单元输出的高低电平方波驱动功率较小，不能直接驱动闪频灯模块工作，因此必须外接继电器模块来间接控制灯光闪烁。本设备要求继电器模块控制闪频灯以40Hz的固定频率工作，传统的电磁继电器受线圈电感和机械惯性影响，工作频率较低，不能满足本设备的设计要求。固态继电器通过电力电子功率器件组成无触点开关，用隔离器件实现控制端与负载端的隔离，开关切换时间可以达到几毫秒到几微秒，结合本设备信号控制端及负载端电压特征，最终选用GTD-W-5A直流固态继电器模块控制闪频灯工作。
音频刺激时，以40Hz频率播放长度为1ms的10kHz纯音信号，即占空比4％，周期25ms，如图3所示。声音刺激以10s为间隔，即播放10s，暂时10s，依次循环。系统预先将40赫兹音频数据载入到BY-F610音频控制模块，当MCU接收到音频播放指令后，音频控制模块将40赫兹的音频数据输出给音频播放模块。当MCU接收到音量加减指令时，同样通过音频控制模块实现音量加减操作。
本发明中，STC89C52RC为系统控制单元，红外模块、独立按键模块负责向系统发送指令，电磁继电器模块、BY-F610音频控制模块、音频功放模块负责执行40赫兹音频播放功能，固态继电器模块、闪频灯模块负责执行40赫兹灯光闪烁功能，光敏电阻模块负责感知周围环境光亮度，L298N驱动模块、步进电机模块负责控制闪频灯光照角度，电源模块负责将220V交流电转换为12V及5V直流电，用于给系统模块供电。
本发明的系统运行流程图如图4所示，首先将各个模块进行初始化操作，然后检测是否有相应的红外遥控指令和按键指令输入，并对输入指令进行校验，如果未校验通过，则返回继续检测是否有相应指令输入，如果校验通过，则进入中断程序进行下一步操作。进入中断程序后，首先判断指令类型，如果为启动指令，则进一步判断需要启动的模块。如果输入启动指令一，则单独开启灯光模块，控制灯光以40Hz固定频率闪烁。如果输入启动指令二，则单独开启音频模块，播放40Hz音频。如果输入指令三，则同时开始声光模块。进入中断程序后，如果解码出当前输入指令为关闭指令，则首先判断系统当前工作模式，如果当前系统工作在模式一，即闪频灯模式，则关闭STC89C52RC的定时器一模块，停止输出40Hz的高低电平。如果当前系统工作在模式二，即音频播放模式，系统则向音频控制模块发送暂停音频播放指令。如果当前系统工作在模式三，即声光模块同时运行，则系统发送相应指令同时关闭声光模块。
本发明的电源模块的电路图如图5所示；独立键盘的电路图如图6所示；音频功放模块的电路图如图7所示；音频控制模块的电路图如图8所示；主控芯片MCU的电路图如图9所示；电磁继电器控制模块的电路图如图10所示；L298N模块控制步进电机的电路图如图11所示，L298N是驱动步进电机旋转的。设备通过红外遥控模块或独立按键模块中的光照角度调节按钮来控制步进电机旋转角度，进而控制闪频灯光照角度，避免闪频灯直接照射眼睛部位，给使用者造成一定的不适；固态继电器控制闪频灯的电路图如图12所示；光敏电阻模块的电路图如图13所示；复位电路的电路图如图14所示；红外线发射模块的电路图如图15所示；红外接收接头口的电路图如图16所示。
固态继电器选择GTD-W-5A直流固态继电器模块，GTD-W-5A直流固态继电器模块的第二根脚与STC89C52RC的第一根脚连接。电磁继电器控制模块包括JQS-3FF-S-Z，JQS-3FF-S-Z的第二根脚与STC89C52RC的P2.7根脚连接，音频控制模块BY8301-24SS的第十九根脚连接音频功放模块NS4871输出端。

Claims (6)

1.一种脑功能康复设备，其特征在于：包括MCU，独立按键模块与MCU连接，接收红外发射模块信号的红外接受模块与MCU连接，闪频灯模块通过固态继电器与MCU连接，音频功放模块通过音频控制模块和电磁继电器与MCU连接；
先将各个模块进行初始化操作，然后检测是否有相应的红外遥控指令和按键指令输入，并对输入指令进行校验，如果未校验通过，则返回继续检测是否有相应指令输入；如果校验通过，则进入中断程序进行下一步操作；
进入中断程序后，首先判断指令类型，如果为启动指令，则进一步判断需要启动的模块；如果输入启动指令一，则单独开启灯光模块，控制灯光以40Hz固定频率闪烁；如果输入启动指令二，则单独开启音频模块，播放40Hz音频；如果输入指令三，则同时开始声光模块；
进入中断程序后，如果解码出当前输入指令为关闭指令，则首先判断系统当前工作模式，如果当前系统工作在模式一，即闪频灯模式，则关闭STC89C52RC的定时器一模块，停止输出40Hz的高低电平；如果当前系统工作在模式二，即音频播放模式，系统则向音频控制模块发送暂停音频播放指令；如果当前系统工作在模式三，即声光模块同时运行，则系统发送相应指令同时关闭声光模块。
2.根据权利要求1所述的一种脑功能康复设备，其特征在于：MCU连接有光敏电阻，系统运行之前通过光敏电阻感知周围环境光亮度，进而调节LED灯光照强度；设闪频灯最大额定功率为Wmax，MCU读取到的光敏电阻输入值为x，则闪频灯工作功率y设置如式1所示：
Figure FDA0002825019740000011
通过红外遥控模块或独立按键模块中的光照角度调节按钮来控制步进电机旋转角度，进而控制闪频灯光照角度。
3.根据权利要求1所述的一种脑功能康复设备，其特征在于：MCU为STC89C52RC，通过将STC89C52RC的定时器0设置在工作模式1，每隔12.5ms产生一次中断，控制引脚P2^0以推挽输出的方式依次输出高低电平信号，产生频率为40赫兹的方波；其中芯片晶振选择为11.0592M，使用定时器0时进行12分频，定时器0计数值设置为12.5*10-3*11.0592*106/12＝11520，因此设置取商计算就是TH0＝(65536-11520)/256、取余计算就是TL0＝(65536-11520)％256，商存入高8位寄存器后余下的数存入低8位即可，计数寄存器为16位模式，16位计数器，最大值为65536；STC89C52RC微控制单元输出的高低电平方波通过外接继电器模块来驱动闪频灯模块工作。
4.根据权利要求1所述的一种脑功能康复设备，其特征在于：音频控制模块采用BY-F610音频控制模块，音频刺激时，以40Hz频率播放长度为1ms的10kHz纯音信号，即占空比4％，周期25ms；声音刺激以10s为间隔，即播放10s，暂时10s，依次循环；系统预先将40赫兹音频数据载入到BY-F610音频控制模块，当MCU接收到音频播放指令后，音频控制模块将40赫兹的音频数据输出给音频播放模块；当MCU接收到音量加减指令时，同样通过音频控制模块实现音量加减操作。
5.根据权利要求3所述的一种脑功能康复设备，其特征在于：固态继电器选择GTD-W-5A直流固态继电器模块，GTD-W-5A直流固态继电器模块的第二根脚与STC89C52RC的第一根脚连接。
6.根据权利要求5所述的一种脑功能康复设备，其特征在于：电磁继电器控制模块包括JQS-3FF-S-Z，JQS-3FF-S-Z的第二根脚与STC89C52RC的P2.7根脚连接，音频控制模块BY8301-24SS的第十九根脚连接音频功放模块NS4871输出端。
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