CN113693913A - 一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，属于保健装置技术领域。包括电源部分、发热部分、主控芯片部分、手机APP控制部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分，电源部分为发热部分、主控芯片部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分供电，发热部分、主控芯片部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分集成在一起，手机APP控制部分与主控芯片部分双向无线连接，主控芯片部分分别与发热部分、振子头敲击部分和电刺激部分连接，实体按键部分与主控芯片连接。本发明可以根据个人性别、年龄和身体素质的不同，自适应地调整输出电压，以方便使用，提升疗效。

Description

一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理 疗仪

技术领域

本发明涉及一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，属于保健装置技术领域。

背景技术

现在人们的生活方式和习惯导致绝大部分人群都患有一定程度的颈椎病，但是目前市面上的颈椎理疗仪绝大部分是采用改变螺线圈的电磁场进行对穴位的刺激，不能真正的实现物理按摩的方式，体验效果不佳。而且控制方式老旧，大都是普通的红外遥控控制或者是按键控制，同时老旧的电刺激和电机按摩方式不能有效的解决颈椎疼痛的问题。

且由于个人性别、年龄和身体素质的不同，以及按摩部位的不同，电刺激的强度需求也不相同。而现有的颈椎理疗仪，无论是非连续调档还是无极掉档，均需要使用人员根据感受手动操控。没有产品能够自适应地调整输出电压。使用不方便，效果也不佳。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，以解决现有技术存在的问题。

一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，包括电源部分、发热部分、主控芯片部分、手机APP控制部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分，电源部分为发热部分、主控芯片部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分供电，发热部分、主控芯片部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分集成在一起，

手机APP控制部分与主控芯片部分双向无线连接，主控芯片部分分别与发热部分、振子头敲击部分和电刺激部分连接，实体按键部分与主控芯片连接。

进一步的，

发热部分，用于根据主控芯片部分的命令直接对人体颈椎部分进行热敷；

主控芯片部分，用于根据手机APP控制部分的命令，控制电刺激部分、振子头敲击部分和发热部分工作；

手机APP控制部分，用于生成控制命令发送至主控芯片部分，并接收主控芯片部分的反馈信息加以显示；

振子头敲击部分，用于根据主控芯片部分的命令敲击人体颈椎部分；

电刺激部分，用于根据主控芯片部分的命令对人体穴位进行电刺激。

进一步的，手机APP控制部分包括WiFi模块和手机APP终端，WiFi模块与发热部分、主控芯片部分、振子头敲击部分、电刺激部分和实体按键部分集成在一起，手机APP终端通过WiFi模块与主控芯片部分无线连接。

进一步的，电刺激部分包括第一波形生成电路、功放电路和外接电极，主控芯片部分依次通过第一波形生成电路和功放模块控制外接电极工作。

进一步的，振子头敲击部分包括第二波形生成电路、电磁驱动放大电路和电磁驱动按摩装置，主控芯片部分依次通过第二波形生成电路和电磁驱动放大电路控制电磁驱动按摩装置工作。

进一步的，第一波形生成电路和第二波形生成电路包括直接数字合成芯片、集成数字电位器和电压反馈性放大器，其中，

直接数字合成芯片，用于产生正弦波、三角波或方波信号；

集成数字电位器，用于对直接数字合成芯片输出的信号进行调幅，从而调节波形；

电压反馈性放大器，用于将集成数字电位器调幅后的信号进行一级放大后，输出到功放电路进行二级放大。

进一步的，功放电路包括功率放大器和变压器，功率放大器通过变压器连接外接电极的输入端，其中，

功率放大器，用于将第一波形生成电路产生的信号进行放大；

变压器，用于将第一波形生成电路放大过的信号再次进行放大，并隔离变压器的前后电路。

进一步的，外接电极中包括电极片和AD采样电路，AD采样电路用于采用运算放大器将电极片与人体的回路电流经过采集与放大转变为电压信号并输出至主控芯片部分。

进一步的，电磁驱动按摩装置包括振子头，振子头包括固定底座、缓冲弹簧、永磁铁、非金属骨架、驱动线圈、可更换按摩头和按摩头固定装置，永磁铁的尾部通过缓冲弹簧与固定底座固定连接，非金属骨架套装在永磁铁和缓冲弹簧外，并与固定底座固定连接，驱动线圈缠绕在非金属骨架外侧，永磁铁的头部通过按摩头固定装置安装有可更换按摩头。

进一步的，电磁驱动放大电路周期性输出直流电流至驱动线圈。

本发明的有以下有益效果：

1、本发明提供一种通过科学技术领域中的电磁驱动技术，通过通电螺线管产生的安培力来驱动内置的永磁铁运动，可以实现振子头敲击按摩的功能。根据通电螺线管的线圈匝数和电流强度，可以调节敲击按摩的强度。

2、通过机械制造领域中的零部件制造技术，可以实现对振子头固定底座，非金属骨架以及电刺激电极的制作。

3、使用电子信息技术领域的电刺激技术和医学领域中的人体颈椎穴位刺激技术，可以实现振子头在颈椎(风池穴，天柱穴，大椎穴)等穴位进行电刺激理疗。

4、使用无线控制领域和通信技术领域中的无线传输和串口通信技术，可以实现开发移动端APP从而对理疗仪的控制方式加以改进，从以往的按键和红外控制转换成手机APP控制，方便快捷。

5、通过对电刺激治疗过程中的回路电流进行实时采集，根据电流的变化情况，实时改变设备的输出电压，从而针对个人身体素质的不同，输出电压能够动态自适应调节。

附图说明

图1为本发明的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪的装置结构图；

图2为本发明的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪的结构示意图；

图3为振子头工作原理图；

图4为振子头俯视图；

图5为振子头整体固定底座示意图；

图6为DDS模块的波形输出电路图；

图7为电磁驱动按摩装置驱动电流放大电路图；

图8为电刺激功放电路图；

图9为APP控制界面图；

图10为APP控制结构图；

图11为AD采集电路图；

图12为电源电路图。

其中，1为电源部分、2为发热部分、3为主控芯片部分、4为手机APP控制部分、5为振子头敲击部分、51为固定底座、52为缓冲弹簧、53为永磁铁、54为振子头外壳(非金属骨架)、55为驱动线圈、56为永磁铁头部、57为按摩头固定装置、6为电刺激部分、7为实体按键部分。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-图2所示，本发明提出了一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，包括电源部分1、发热部分2、主控芯片部分3、手机APP控制部分4、振子头敲击部分5、电刺激部分6和实体按键部分7，电源部分1为发热部分2、主控芯片部分3、振子头敲击部分5、电刺激部分6和实体按键部分7供电，发热部分2、主控芯片部分3、振子头敲击部分5、电刺激部分6和实体按键部分7集成在一起，

手机APP控制部分4与主控芯片部分3双向无线连接，主控芯片部分3分别与发热部分2、振子头敲击部分5和电刺激部分6连接，实体按键部分7与主控芯片3连接。

具体的，在本部分优选实施例中，电源部分1包括220V交流电源、变压器、整流器、滤波器和稳压器，220V交流电源通过变压器、整流器、滤波器和稳压器向热敷部分2和主控芯片部分3供电。如图12所示为本装置的电源电路，为了满足不同电路模块的供电，使用正负24V开关电源供电。正24V直接给LM1875和LM358供电，通过LM7805转换为正5V直流电给DDS模块以及加热模块供电。最后将正5V电压经过芯片AMS1117-3.3稳压为3.3V供电给STM32以及ESP8266，其中，OPA549需要正负24V供电。该设计满足了系统各模块对电源的需求。

进一步的，

发热部分2，用于根据主控芯片部分3的命令直接对人体颈椎部分进行热敷；

主控芯片部分3，用于根据手机APP控制部分4的命令，控制电刺激部分6、振子头敲击部分5和发热部分2工作；

手机APP控制部分4，用于生成控制命令发送至主控芯片部分3，并接收主控芯片部分3的反馈信息加以显示；

振子头敲击部分5，用于根据主控芯片部分3的命令敲击人体颈椎部分；

电刺激部分6，用于根据主控芯片部分3的命令对人体穴位进行电刺激。

具体的，电源部分1为设备提供电源。发热部分2中的热敷模块直接对人体颈椎部位进行热敷。主控芯片3通过与手机APP控制部分4进行串口通信，接收来自手机APP所发出的数据，然后做出相应的判断，从而达到控制整体设备功能的目的。振子头敲击部分5由第二波形生成电路、电磁驱动放大电路和电磁驱动按摩装置组成，使用第二波形生成电路、电磁驱动放大电路和电磁驱动按摩装置产生的可调电压，来控制振子头的敲击按摩频率，起到一个物理按摩的方式。电刺激部分6由第一波形生成电路、功放电路和外接电极直接产生电刺激，对人体穴位进行电刺激。实体按键部分7起到一个在没有智能手机的情况下，也可以手动控制设备，具体按键功能和APP界面的控制功能一致。

进一步的，手机APP控制部分4包括WiFi模块和手机APP终端，WiFi模块与发热部分2、主控芯片部分3、振子头敲击部分5、电刺激部分6和实体按键部分7集成在一起，手机APP终端通过WiFi模块与主控芯片部分3无线连接。

具体的，参照图9所示，整体设备的控制方式均可以通过手机APP终端进行控制，如APP界面所示，通过对不同人群进行基础实验研究，得出固定的治疗参数。然后患者可以根据自身情况进行按摩和电刺激方式的选择，在此给出了电磁驱动按摩装置的进一步力度调节情况，但是其回路电流的极限值为2A。该值为电磁驱动放大电路的最大输出值，可以在保护人体颈椎的情况下进行精准按摩。电刺激的工作方式为固定，但是可以实时观测到此时的回路电流大小情况。其控制原理主要是使用设备上的WiFi一键配置按钮使系统初始化，然后主控芯片通过串口发送AT指令配置WIFI模块，模块调节至AP模式，直接散出无线局域网，类似于手机热点，手机连接到该无线网络之后，就可以通过手机软件发送数据至WiFi模块，WiFi模块与主控芯片通过串口通信传输数据，芯片根据收到的数据作出相应的反应，以此来控制设备上的主要功能。参照图10所示，手机终端APP与WiFi模块间通过无线传输的方式双向通讯，WiFi模块与主控芯片间通过串口通信的方式双向通讯，主控芯片根据手机终端APP的命令分别控制发热模块、振子头模块和电刺激模块工作。

进一步的，电刺激部分6包括第一波形生成电路、功放电路和外接电极，主控芯片部分3依次通过第一波形生成电路和功放模块控制外接电极工作。

具体的，图8为电刺激的功放电路，U1为集成功率放大电路，图7为该功放芯片的单电源供电外围电路，主要作用是用作音频AB类音频放大器。在本发明专利中利用此电路将DDS产生的微弱正弦信号进行放大，进而驱动变压器T。

纯正弦信号经过一系列的放大，最终在两端产生直流高压，而在实际应用时，可在高压输出两端，利用分压电阻降低高压至0-3.3V，进而反馈给STM32(主控芯片)进行AD采集电压，同时显示在APP的电压显示界面上，然后通过输出端连接振子头电极，从而对人体产生电刺激。

进一步的，振子头敲击部分5包括第二波形生成电路、电磁驱动放大电路和电磁驱动按摩装置，主控芯片部分3依次通过第二波形生成电路和电磁驱动放大电路控制电磁驱动按摩装置工作。

具体的，如图7所示，为电磁驱动按摩装置的驱动电流放大电路，该电路由如图6所示的DDS电路与如图7所示的电磁驱动放大电路组成，第二波形生成电路产生的直角梯形波，经过放大之后，通过输出端口到驱动线圈55，产生的可控电压可以驱动永磁铁53运动，通过调整图6中第二波形生成电路中的U2数字电位器MCP41010可以调整电路的输出电压。

电磁驱动放大电路设计采用TI公司的集成线性功率运放OPA549，其具有连续输出电流8A，双电源范围至±30V，由于运放并非轨至轨输出，为了保证输出能够达到0V的关断电压，采用双电源设计。

电源采用正负30V供电，根据电压范围要求，设计放大倍数4倍，同时为了防止输出端短路，通过ILIM电流限制端的电阻可设置限流大小，这里根据手册

设定限流电流阈值为2A，计算的电阻值为30k。电源端处采用Π型滤波器滤除电源中的纹波，减小电源扰动所带来的影响。在运放反馈端的电阻上并联一22pF的电容，抑制信号带宽，提高信号的信噪比。

进一步的，第一波形生成电路和第二波形生成电路包括直接数字合成芯片、集成数字电位器和电压反馈性放大器，其中，

直接数字合成芯片，用于产生正弦波、三角波或方波信号；

集成数字电位器，用于对直接数字合成芯片输出的信号进行调幅，从而调节波形；

电压反馈性放大器，用于将集成数字电位器调幅后的信号进行一级放大后，输出到功放电路进行二级放大。

具体的，图6中U1为直接数字合成芯片，能够产生正弦波、三角波、方波，该设计中我们规定电刺激工作方式下输出波形为正弦波。

U2是一种集成数字电位器，它在单一芯片上集成一个10kΩ数字电位器，电位器的滑动端共有256个离散的调节节点，并有一个8b的E2PROM数据寄存器，直接控制滑刷在电位器上滑动端的位置。可以通过手机APP进行相应的指令向数据寄存器写8位字，调节精度可达256。U1输出的波形由U2进行调幅，从而达到调节波形的目的。

U3是一款电压反馈型放大器，采用+3V或+5V电源供电，电源电流很低。U3将U2调幅后的信号进行一级放大后，输出到功放电路进而驱动输出变压器产生可调电压，在通过外接电极，从而可以达到电刺激治疗颈椎的目的。

进一步的，功放电路包括功率放大器和变压器，功率放大器通过变压器连接外接电极的输入端，其中，

功率放大器，用于将第一波形生成电路产生的信号进行放大；

变压器，用于将第一波形生成电路放大过的信号再次进行放大，并隔离变压器的前后电路。

进一步的，外接电极中包括电极片和AD采样电路，AD采样电路用于采用运算放大器将电极片与人体的回路电流经过采集与放大转变为电压信号并输出至主控芯片部分3。

具体的，如图11所示为AD采集电路，该治疗仪设计此电路主要是用于采集电刺激治疗过程中的回路电流大小，输入信号经过R1转变为电压信号，经过LM358第一级运放放大2倍，信号后经LM358第二级运放组成的射随器输出给STM32(主控芯片)的ADC引脚。

本发明针对现有治疗仪电刺激治疗工作参数不够精准的问题，加入了AD采集电路，结合电刺激治疗技术对不同性别和不同年龄段人群的电刺激参数进行探究。电刺激电流变化需要自动适应人体电阻变化，采用AD采样技术，对电刺激治疗过程中的回路电流进行实时采集，主控芯片部分3根据电流的变化情况，实时改变设备的输出电压，以达到治疗参数更加精准的效果。

进一步的，图3-图5所示，电磁驱动按摩装置包括振子头，振子头包括固定底座51、缓冲弹簧52、永磁铁53、非金属骨架54、驱动线圈55、可更换按摩头56和按摩头固定装置57，永磁铁53的尾部通过缓冲弹簧52与固定底座51固定连接，非金属骨架54套装在永磁铁53和缓冲弹簧52外，并与固定底座51固定连接，驱动线圈55缠绕在非金属骨架54外侧，永磁铁53的头部通过按摩头固定装置57安装有可更换按摩头56。

进一步的，电磁驱动放大电路周期性输出直流电流至驱动线圈55。

具体的，参照图3所示，电磁驱动按摩装置包括振子头，在振子头中，首先是固定底座51，将振子头固定在理疗仪的下方，缓冲弹簧52起到固定永磁铁53的作用，而套壳采用非金属骨架54(金属骨架会产生涡流，造成磁力损失)。非金属骨架54外缠绕有驱动线圈55，有电流(直流)通过时，就会产生磁场，这个磁场就会推动永磁铁53运动，从而达到物理敲击的目的，永磁铁53的头部安装的是可更换按摩头56，与按摩头固定装置57配合，可以根据患者自身的需求进行更换不同种类的按摩头。

振子头的驱动和电刺激的方式主要是使用DDS模块和不同的功放电路产生的可变电压，电流直接通入到图3中的导线上，从而驱动敲击棒运动，外接电极片通过与电刺激功放电路的输出端相连就可以产生电刺激，并且波形和幅度均可以通过手机APP进行控制。

1、本发明提供一种通过科学技术领域中的电磁驱动技术，通过通电螺线管产生的安培力来驱动内置的永磁铁运动，可以实现振子头敲击按摩的功能。根据通电螺线管的线圈匝数和电流强度，可以调节敲击按摩的强度。

2、通过机械制造领域中的零部件制造技术，可以实现对振子头固定底座，非金属骨架以及电刺激电极的制作。

3、使用电子信息技术领域的电刺激技术和医学领域中的人体颈椎穴位刺激技术，可以实现振子头在颈椎(风池穴，天柱穴，大椎穴)等穴位进行电刺激理疗。

4、使用无线控制领域和通信技术领域中的无线传输和串口通信技术，可以实现开发移动端APP从而对理疗仪的控制方式加以改进，从以往的按键和红外控制转换成手机APP控制，方便快捷。

以上实施示例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，包括电源部分(1)、发热部分(2)、主控芯片部分(3)、手机APP控制部分(4)、振子头敲击部分(5)、电刺激部分(6)和实体按键部分(7)，所述电源部分(1)为所述发热部分(2)、主控芯片部分(3)、振子头敲击部分(5)、电刺激部分(6)和实体按键部分(7)供电，所述发热部分(2)、主控芯片部分(3)、振子头敲击部分(5)、电刺激部分(6)和实体按键部分(7)集成在一起，

手机APP控制部分(4)与所述主控芯片部分(3)双向无线连接，所述主控芯片部分(3)分别与发热部分(2)、振子头敲击部分(5)和电刺激部分(6)连接，所述实体按键部分(7)与主控芯片(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，

所述发热部分(2)，用于根据所述主控芯片部分(3)的命令直接对人体颈椎部分进行热敷；

所述主控芯片部分(3)，用于根据所述手机APP控制部分(4)的命令，控制所述电刺激部分(6)、振子头敲击部分(5)和发热部分(2)工作；

所述手机APP控制部分(4)，用于生成控制命令发送至所述主控芯片部分(3)，并接收主控芯片部分(3)的反馈信息加以显示；

所述振子头敲击部分(5)，用于根据所述主控芯片部分(3)的命令敲击人体颈椎部分；

所述电刺激部分(6)，用于根据所述主控芯片部分(3)的命令对人体穴位进行电刺激。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述手机APP控制部分(4)包括WiFi模块和手机APP终端，所述WiFi模块与所述发热部分(2)、主控芯片部分(3)、振子头敲击部分(5)、电刺激部分(6)和实体按键部分(7)集成在一起，所述手机APP终端通过所述WiFi模块与所述主控芯片部分(3)无线连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述电刺激部分(6)包括第一波形生成电路、功放电路和外接电极，所述主控芯片部分(3)依次通过所述第一波形生成电路和功放模块控制所述外接电极工作。

5.根据权利要求4所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述振子头敲击部分(5)包括第二波形生成电路、电磁驱动放大电路和电磁驱动按摩装置，所述主控芯片部分(3)依次通过所述第二波形生成电路和电磁驱动放大电路控制所述电磁驱动按摩装置工作。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述第一波形生成电路和第二波形生成电路包括直接数字合成芯片、集成数字电位器和电压反馈性放大器，其中，

所述直接数字合成芯片，用于产生正弦波、三角波或方波信号；

所述集成数字电位器，用于对所述直接数字合成芯片输出的信号进行调幅，从而调节波形；

所述电压反馈性放大器，用于将所述集成数字电位器调幅后的信号进行一级放大后，输出到功放电路进行二级放大。

7.根据权利要求6所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述功放电路包括功率放大器和变压器，所述功率放大器通过变压器连接所述外接电极的输入端，其中，

所述功率放大器，用于将所述第一波形生成电路产生的信号进行放大；

所述变压器，用于将第一波形生成电路放大过的信号再次进行放大，并隔离所述变压器的前后电路。

8.根据权利要求7所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述外接电极中包括电极片和AD采样电路，所述AD采样电路用于采用运算放大器将所述电极片与人体的回路电流经过采集与放大转变为电压信号并输出至所述主控芯片部分(3)。

9.根据权利要求8所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述电磁驱动按摩装置包括振子头，所述振子头包括固定底座(51)、缓冲弹簧(52)、永磁铁(53)、非金属骨架(54)、驱动线圈(55)、可更换按摩头(56)和按摩头固定装置(57)，所述永磁铁(53)的尾部通过所述缓冲弹簧(52)与所述固定底座(51)固定连接，非金属骨架(54)套装在所述永磁铁(53)和缓冲弹簧(52)外，并与所述固定底座(51)固定连接，所述驱动线圈(55)缠绕在所述非金属骨架(54)外侧，所述永磁铁(53)的头部通过所述按摩头固定装置(57)安装有可更换按摩头(56)。

10.根据权利要求9所述的一种基于智能手机控制的自适应电刺激及电磁驱动颈部理疗仪，其特征在于，所述电磁驱动放大电路周期性输出直流电流至所述驱动线圈(55)。

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