CN115607837A - 一种体表神经肌肉电刺激装置及其控制方法 - Google Patents

一种体表神经肌肉电刺激装置及其控制方法 Download PDF

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CN115607837A CN202211423735.6A CN202211423735A CN115607837A CN 115607837 A CN115607837 A CN 115607837A CN 202211423735 A CN202211423735 A CN 202211423735A CN 115607837 A CN115607837 A CN 115607837A
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Abstract

本发明提供了一种体表神经肌肉电刺激装置，该电刺激系统包括：电池供电模块、电源管理模块、升压模块、微控制器和蓝牙模块、刺激信号发生模块、移动控制模块；其中，升压模块包含一个耦合电感boost级联升压电路；微控制器和蓝牙模块包含蓝牙通信、pwm、ADC、PI/PID控制器；刺激信号发生模块包含三个单元，其中双相波形产生单元包含一个H桥电路和其半桥驱动电路；电荷采集单元包含两个高精度的电流传感器及其采样电路；电荷累积消除单元包含一个CMOS传输门；移动控制模块提供能源模式、刺激模式参数的选择，通过蓝牙给微控制器和蓝牙模块发送参数和控制指令；本发明实现了以宽范围恒压源输出多参数的脉冲刺激波形，同时提供低功耗的能量管理策略。

Description

一种体表神经肌肉电刺激装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及便携式智能医疗器械领域，特别涉及一种小型体表神经肌肉电刺激装置及其控制方法
背景技术
神经系统的疾病以及肌肉的创伤都易于引发肢体感知能力失调，进一步导致肌肉萎缩，使得个体逐渐丧失正常的行动能力。随着社会老龄化和城市化进程加速，居民不健康生活方式流行，以肌肉劳损、浅层神经损伤和脑卒中为代表的神经肌肉系统疾病患者数量正持续上升。
肌肉神经电刺激是现代电子工程与人体学相结合的产物。电刺激装置在现实世界中有着广泛的运用，包括用于放松、健身、提高运动技能、治疗疾病等，尤其是用于治疗和防止肌肉萎缩，促进周围神经修复。
临床医学研究证实，低频率(1-100Hz)，高密度(电流幅度接近个体忍受阈值，通常在10-50mA)和长脉宽(100-400μS)的脉冲电刺激可以有效引起肌肉收缩，模拟人体肌肉锻炼活动的状态，从而有效促进治疗和防止肌肉萎缩。同时密度较低的电刺激促使传输非疼痛信息的大直径神经纤维进行活动，可以阻碍传递有害的、疼痛相关的信息的传输，帮助个体阵痛。一般用于阵痛或肌肉康复的电刺激持续时间在30分钟以内。
电刺激设备应当产生双相波形的电刺激，来避免电荷在人体的累积导致的肌肉疲劳、神经受损等不良后果；同时研究表明，双相的刺激能在更低的幅度下引起肌肉的收缩。电刺激一般分为恒压刺激(CVS)和恒流刺激(CCS)，在医务工作者进行的调研中，超过百分之70％的测试者更倾向于使用CCS设备，这是因为在恒压的刺激中，由于人体负载不恒定，即使使用了双相刺激，也会导致电荷的累积。但CCS的能源效率很差，因为电源的电压必须保持在最高值，即保证在最坏的负载条件下运行，同时CCS设备所使用的放大器以及三极管等器件在高偏置电压的情况下会引起很大的功耗。
在电刺激中肢体阻抗可以等效为一个RC串并联模型，阻抗的有效值在几百Ω到十几KΩ不等。肢体的不同部位或是同一部位在不同湿温条件下，表现出的阻抗差别很大。所以对于体表电刺激，需要更高的电压值，比如要给4kΩ等效负载提供50mA的电流，则需要高达200V的电压。
医院等大型医疗机构中的电刺激设备通常为固定式设备，且必须由医务人员指导使用，限制了使用者的活动和自主性。而市面上主流的便携式和可穿戴式设备因功耗问题多采取市电供电及按钮控制的方式，这同样限制了使用者的正常活动以及对刺激点位的选取；且设备体积较大，不利于携带和穿戴。单相和恒压的刺激方式普遍存在于主流设备中；且刺激参数单一；适应高阻抗的能力较低，无法由使用者灵活调节。
发明内容
鉴于上述技术中存在的缺陷，本发明目的在于提出一种由锂电池供电的电压模式电荷平衡的蓝牙无线控制电刺激系统及其工作方法，基于阵痛，预防和治疗肌肉萎缩，促进肌肉锻炼的目的，解决便携式电刺激设备体积过大，功耗过高，容易造成人体电荷累积，刺激幅度较低以及刺激参数无法灵活调节的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种体表神经肌肉电刺激装置，包括电池供电模块101，电源管理模块102，升压模块103，刺激信号发生模块，微控制器和蓝牙模块107，移动控制模块108；
所述电池供电模块101包含便携电池和电量监测电路，所述电池供电模块101用于给电源管理模块和升压模块供电；
所述升压模块103包括驱动信号PWM5单元，基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构和电压反馈单元203，所述驱动信号PWM5单元连接到基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构中的MOS管Q0,用于控制MOS管的开关；升压模块为刺激信号发生模块提供输出电压HV；
所述刺激信号发生模块包括双相波形产生单元104、电荷累积消除单元105、电荷采集单元106，
所述双相波形产生单元104包括H桥驱动单元、第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元；
所述H桥驱动单元，包括由4个N沟道MOSFET构成的H桥电路，在两个高侧管Q1/Q2的S极与两低侧管Q3/Q4的D极相接处分别引出一个电极为阳极和阴极，所述阴极和阳极用于外接负载以对所述外接负载输出双相波形的电流，
所述PWM1用于驱动Q1，PWM2用于驱动Q2，PWM3用于驱动Q3；PWM4用于驱动Q4，
所述电荷累积消除单元105，包括一对增强型NMOS管和PMOS管组成的COMS传输门，
将所述增强型NMOS管的源极Sn和PMOS管的漏极Dp对接在DpSn节点即所述H桥电路中的阳极，
将所述增强型NMOS的漏极Dn和PMOS管的源极Sp对接在DnSp节点即所述H桥电路中的阴极，
所述NMOS管的衬底接地，所述PMOS管的衬底接高电平，
来自微控制器与蓝牙模块的数字信号输入Digital input直接接到所述增强型NMOS管的基极Gn，所述数字信号输入Digital input通过一个非门接到所述PMOS管的基极Gp，以控制传输门的通断，当所述COMS传输门导通时,累积在阴阳两极的电荷信号传输平衡；
所述电荷采集单元106包括电流传感器Rs1和Rs2、两组OP放大电路、ADC模数转换电路，两个电流传感器Rs1和Rs2一端分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，另一端接地，两组OP放大电路的放大器OP1和OP2的正相输入端口作为电流采样端Current Sample，分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，反向输入端接地，两组OP放大器的输出端口用于输出放大后的模拟电流信号到ADC模数转换电路的采样通道chnl1和chnl2，ADC模数转换电路将模拟电流信号转化为数字信号提供给微控制器和蓝牙模块107；
所述电源管理模块102包含供电稳压源和驱动器稳压源，所述供电稳压源为微控制器和蓝牙模块107、双相波形产生单元104的H桥驱动单元提供稳压电源VCC1，所述VCC1为COMS传输门提供所述高电平，所述驱动器稳压源为升压模块103的驱动信号PWM5单元、双相波形产生单元104的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供能量VCC2；
所述的微控制器和蓝牙模块107通过蓝牙与移动控制模块108通讯，并为所述升压模块103的所述驱动信号PWM5单元和所述双相波形产生单元104的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供电路控制信号pwm1/pwm2/pwm3/pwm4/pwm5，为所述电荷累积消除单元提供数字信号输入Digitalinput，为所述的电源管理模块提供使能控制信号en；
所述移动控制模块108通过蓝牙连接与所述微控制器和蓝牙模块107建立通讯，并发送控制参数；
所述微控制器和蓝牙模块107还包括PID控制器和PI控制器，所述PID控制器和所述PI控制器分别使用PID和PI算法，根据所述控制参数和ADC模数转换电路采集到的数字信号，调节输出刺激的幅度；
所述供电稳压源包括MAX1678稳压芯片；所述驱动器稳压源包括TPS61096A稳压芯片；所述的双相波形产生单元，使用了两片半桥驱动芯片来驱动四个MOS管，芯片型号为2EDF7275KXUMA1；所述的微控制器和蓝牙模块包括CY8C4248LQI-BL583芯片。
本发明还提供一种体表神经肌肉电刺激装置的控制方法，包括以下步骤：
装置开启后，所述电源管理模块102中的所述供电稳压源VCC1会首先将电池供电模块101中供电电池的电压抬升并稳定，给微控制器和蓝牙模块供电；
所述移动控制模块108通过蓝牙连接，与所述微控制器和蓝牙模块107建立通讯，设定刺激的模式，设定装置能源模式；所述能源模式包括：精准控制模式和节能模式；
移动控制模块108控制刺激信号发生模块开始或停止电刺激；
当刺激信号发生模块开始电刺激时，微控制器和蓝牙模块107调节所述输出电压HV向负载输出刺激；
所述的刺激的模式，包含从模式1到模式17共17个预设模式和自选参数模式；
所述的自选参数模式电刺激参数的具体范围为：
电刺激强度0－50mA，电刺激强度的步进为1mA；频率范围为1-100Hz，频率的步进为1Hz；脉宽50μS－1ms，脉宽的步进为25μs；
所述预设模式的电刺激参数如下：
脉宽μS 幅度mA 频率Hz
模式1 150 5 1
模式2 175 6 2
模式3 200 7 3
模式4 225 8 4
模式5 250 9 5
模式6 275 10 6
模式7 300 11 7
模式8 325 12 8
模式9 350 13 9
模式10 375 14 10
模式11 400 15 11
模式12 250 30 50
模式13 250 40 50
模式14 250 40 50
模式15 350 40 75
模式16 400 45 75
模式17 200 20 10
所述的刺激信号发生模块中，高侧管Q1与低侧管Q4导通时称为刺激相，用于产生刺激，刺激相脉宽保持为所述移动控制模块108的设定值，高侧管Q2与低侧管Q3导通时称为电荷平衡相，用于产生刺激并平衡刺激相的电荷累积，CMOS传输门导通时称为短路相，用于消除不可控的电荷累积，从一个刺激相的开始时刻，经过一个电荷平衡相，到下一个刺激相的开始时刻，为一个刺激周期period，刺激相和电荷平衡相每隔二分之一个刺激周期period交替产生，短路相根据电荷采集单元106所采集信号和刺激周期累计数触发。
作为优选，当电刺激处于所述的刺激相、电荷平衡相内时，所述电荷采集单元106不间断地采集、记录负载上流经所述阴阳两电极的电流信号，记为电荷量，储存在微控制器和蓝牙模块107中，电荷采集单元106在刺激相开启所述ADC模数转换电路的采样通道chnl2，关闭采样通道chnl1，在电荷平衡相开启所述ADC模数转换电路的采样通道chnl1，关闭采样通道chnl2，根据采样到的电流信号，所述PID控制器实时调节所述MOS管Q0的占空比duty以调节输出电压HV，每个刺激相、电荷平衡相开始时，通过电压反馈单元采样输出电压HV的值，根据对应时刻电荷采集单元106采样到的电流信号，感应并记录所述阴极和阳极之间的等效阻抗，结合所设定的刺激幅度，得出期望的HV值setvoltage，储存在微控制器和蓝牙模块中，系统在所述的刺激相、电荷平衡相外不断通过电压反馈单元采集所述输出电压HV，根据所采集的值所述PI控制器实时调节Q0的占空比duty以调节输出电压HV，
精准控制模式下，系统快速而精准地输出移动控制模块108设定的刺激参数并稳定，快速适应人体负载变化，
微控制器和蓝牙模块根据电荷采集单元采样到的刺激相产生的所述电荷量和电荷平衡相产生的所述电荷量的差值和比例，调节电荷平衡相的脉宽，微控制器和蓝牙模块在所述差值高于阈值50μC时或每经过50个刺激周期时,,在刺激相和电荷平衡相外107将数字信号输入Digital input值1，触发短路相，将阴阳极短路并保持一段时间，从而消除电荷的累积，并将电荷平衡相脉宽恢复为设定值，从而实现电荷平衡精准控制，
作为优选，当以下两种情况中任意一种情况出现时：第一种情况为：当电量监测电路202监测到便携电池电量低于预设阈值，
第二种情况为：移动控制模块108向微控制器和蓝牙模块107发送信号设定装置能源模式为节能模式，
在所述的刺激相、电荷平衡相结束前，电压反馈单元和电荷采集单元106采集流经阴阳两极的电流信号和输出电压HV，感应并记录所述阴极和阳极之间的等效阻抗，结合所设定的刺激幅度，得出期望的HV值setvoltage，储存在微控制器和蓝牙模块中，微控制器和蓝牙模块使用拓扑升压公式，根据感应到的等效阻抗，在每个刺激相和电荷平衡相内单次调节所述MOS管Q0的占空比duty以调节输出电压HV，
所述拓扑升压公式为：
Figure BDA0003943301150000071
公式中Vbattery为电池电压，N为耦合电感匝数比，duty为占空比，HV为输出电压；
在所述的刺激相、电荷平衡相开始前，开启电压反馈单元进行若干次采样，当采样发现高出预设期望值10％以上的输出电压HV时，停止输出电压以避免伤害；微控制器和蓝牙模块每10个刺激周期定期地触发短路相，相较精准控制模式，在保证基本刺激功能的前提下，节约了PID/PI控制过调和超高频ADC采样带来的能量损耗；
作为优选，所述的PID控制器，根据所述阴阳极之间等效阻抗的不同，所述微控制器和蓝牙模块107会选择对应的PID系数，所述PID系数包括：比例系数Kp1，积分系数Ki1和微分系数Kd1，所述PID系数根据以下不同阻抗范围，分为十二档：
0-500Ω，500-1000Ω，1000-2000Ω，2000-3000Ω，3000-4000Ω，4000-500Ω，5000-6000Ω，6000-7000Ω，7000-8000Ω，8000-9000Ω，9000-10000Ω，10000Ω及以上。
所述微控制器和蓝牙模块根据移动控制模块预设的电刺激幅度和所述阴阳极之间等效阻抗的乘积，调节所述驱动信号pwm5的开关周期以调节升压模块中的Q0的开关周期，
所述乘积为刺激相和电荷平衡相的输出功率Pout，在刺激相和电荷平衡相外采用固定的Q0的开关周期160μS,在刺激相和电荷平衡相内，Pout大于0W小于1W时Q0的开关周期为160μS，Pout大于1W小于3W时Q0的开关周期为80μS，Pout大于3W小于5W时Q0的开关周期为40μS,Pout大于5W小于8W时Q0的开关周期为20μS，Pout大于8W时Q0的开关周期为10μS，通过在不同负载功率下跳变开关频率，即保证了系统响应速度，也节约了高频开关所带来的开关损耗。
本发明的优点在于：
1.集成了一个CVS系统，相较于CCS系统，能耗更小，避免了使用大尺寸的储能元件和高顺从电压导致的大尺寸放大器或器件较多的放大电路，从而系统整体尺寸较小，有利于进一步制成可便携穿戴设备，从而能够穿戴于日常衣物下方或是贴装在裸露的肢体表面。
2.选用耦合电感结构的升压模块，使设备在带载的时候能提供更高的电压，此升压拓扑具备不错的能量效率，同时，根据输出功率的不同调节升压模块Q0的开关周期，适应进一步提升能量效率；在微控制器的控制逻辑中，升压模块以及微控制器会在电池电量不足或用户选择节能模式时，在保证系统正常性能的前提下，提供低功耗的运行模式，从而能使用更小容量的电池。
3.电荷平衡：
(1)使用双相电刺激，首先最简明科学地平衡了电荷累积。
(2)通过电荷采样动态调节双相波形的占空比，是第二道消除电荷累积的保障。
(3)动态周期触发短路相消除电荷，为最后一道保障。
能有效地避免电刺激使人体电荷累积引起的不良反应，增强了刺激的舒适性，提升使用者的可接受度。
4.精准控制模式下使用PI电压、PID电流闭环数字调节，实时适应人体负载的变化，以保证达到期望的刺激效果，同时避免电荷在人体的累积，以减少可能的不适感。
5.提供节能模式，使系统在电池电量不足时，保证基本刺激功能的情况下，延长设备使用的时间。
6.使用蓝牙无线通信的方式控制电刺激装置的工作，提供了一些参考医学实践论文中预设刺激参数，并提供自选参数模式，提高了使用的便利性和自主性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本发明一实施例的系统方框图；
图2为本发明一实施例的升压模块拓扑示意图；
图3为本发明一实施例的双相波形产生单元示意图；
图4为本发明一实施例的移动控制端APP示意图；
图5为本发明一实施例的程序流程图；
图6为本发明一实施例的双相脉冲波形图；
图7为本发明一实施例的能源管理PM(power management)示意图；
图8为本发明一实施例的精准模式控制流程图；
图9为本发明一实施例的节能模式控制流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下参照附图对本发明进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
以下参照附图对本发明进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
如图一所示，本发明具体实施包括电池供电模块101，电源管理模块102，升压模块103，刺激信号发生模块，微控制器和蓝牙模块107，移动控制模块108；
所述电池供电模块101包含一个标称电压为3.7V的聚合物锂电池和电量监测电路202，所述电池供电模块101用于给电源管理模块和升压模块供电；
所述电源管理模块102包含供电稳压源和驱动器稳压源，所述供电稳压源为微控制器和蓝牙模块107、双相波形产生单元104的H桥驱动单元提供稳压电源VCC1，所述VCC1为COMS传输门提供高电平，VCC1所用稳压芯片型号为MAX1674，固定输出3.3V电压；所述驱动器稳压源为升压模块103的驱动信号PWM5单元、双相波形产生单元104的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供能量VCC2，VCC2所用稳压芯片型号为TPS61096A，经107的en使能后固定输出12V电压；
电量监测电路202，将电池电压按13/25的比例分压后，接到稳压芯片MAX1674的LBI引脚，则当电池电量低于2.5V时，MAX1674的LBO引脚向微控制器和蓝牙模块输出低电平，107模块控制系统进入节能控制模式；
所述升压模块103包括驱动信号PWM5单元，基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构和电压反馈单元，所述驱动信号PWM5单元连接到拓扑结构中的MOS管Q0的基极,用于控制MOS管的开关，耦合电感升压模块为刺激信号发生模块提供输出电压HV，例如在3.7V电池输出时，可提供3.7V-200V的HV，在2.5V电池输出时，可提供2.5V-150V的HV，所提供HV的最大值因电池电量的不同处于120V-200V之间，最高不超过200V；
所述驱动信号PWM5由107的控制信号pwm5，经过一个开关驱动芯片UCC27512，产生，UCC27512由VCC2供电，PWM5峰峰值为12V；
基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构使用了一个匝数比为1：10的耦合电感以及一个boost电感L1，耦合电感的一次侧电感Lp与L1在Q0导通时储能，耦合电感的一次侧电感Lp，二次侧电感Ls和L1在Q0关断时串联输出，可以将电池电压抬升70倍以上，拓扑升压公式为：
Figure BDA0003943301150000101
公式中V_battery为电池电压，N为耦合电感匝数比，duty为占空比，HV为输出电压；
所述刺激信号发生模块包括双相波形产生单元104、电荷累积消除单元105、电荷采集单元106，
所述双相波形产生单元104包括H桥驱动单元、第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元；
所述H桥驱动单元，包括由4个N沟道MOSFET构成的H桥电路，在两个高侧管Q1/Q2的S极与两低侧管Q3/Q4的D极相接处分别引出一个电极为阳极和阴极，所述阴极和阳极用于外接负载以对所述外接负载输出双相波形的电流，
所述PWM1用于驱动Q1，PWM2用于驱动Q2，PWM3用于驱动Q3，PWM4用于驱动Q4，
所述PWM1/PWM3由107的控制信号pwm1/pwm3，经过一片半桥驱动芯片2EDF7275KXUMA1以及自举电路组成的半桥驱动电路产生，
所述PWM2/PWM4由107的控制信号pwm2/pwm4，经过一片半桥驱动芯片2EDF7275KXUMA1以及自举电路组成的半桥驱动电路产生，
半桥驱动芯片2EDF7275KXUMA1由VCC1和VCC2同时供电，PWM1和PWM2峰峰值为(HV+12)V，PWM3和PWM4的峰峰值为12V，
所述电荷累积消除单元105，包括一对增强型NMOS管和PMOS管组成的COMS传输门，
将所述增强型NMOS管的源极Sn和PMOS管的漏极Dp对接在DpSn节点即所述H桥电路中的阴极，
将所述增强型NMOS的漏极Dn和PMOS管的源极Sp对接在DnSp节点即所述H桥电路中的阳极，
所述NMOS管的衬底接地，所述PMOS管的衬底接高电平，
来自微控制器与蓝牙模块的数字信号输入Digital input直接接到所述增强型NMOS管的基极Gn，所述数字信号输入Digital input通过一个非门接到所述PMOS管的基极Gp，以控制传输门的通断，当所述COMS传输门导通时,累积在阴阳两极的电荷信号传输平衡；
所述电荷采集单元106包括电流传感器Rs1和Rs2、两组OP放大电路、ADC模数转换电路，两个电流传感器Rs1和Rs2一端分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，另一端接地，两组OP放大电路的放大器OP1和OP2的正相输入端口作为电流采样端Current Sample，分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，反向输入端接地，两组OP放大器的输出端口用于输出放大后的模拟电流信号到ADC模数转换电路的采样通道chnl1和chnl2，ADC模数转换电路将模拟电流信号转化为数字信号提供给微控制器和蓝牙模块107中的控制寄存器；
所述的微控制器和蓝牙模块107通过蓝牙与移动控制模块108通讯，并为所述升压模块103的所述驱动信号PWM5单元和所述双相波形产生单元104的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供电路控制信号pwm1/pwm2/pwm3/pwm4/pwm5，为所述电荷累积消除单元提供数字信号输入Digitalinput，为所述的电源管理模块提供使能控制信号en；
所述移动控制模块108通过蓝牙连接与所述微控制器和蓝牙模块107建立通讯，并发送控制参数；
所述微控制器和蓝牙模块107模块还包括PID/PI控制器，使用PID/PI算法，根据控制参数和ADC采集到的电流、电压信号，调节输出刺激的幅度；
一般的实施方式可简述为:
1.使用者通过手机APP即移动控制模块108连接微控制器与蓝牙模块，给刺激系统预先设置能源模式、刺激模式和参数；
2.使用蓝牙控制刺激系统开启，刺激系统会根据预设的模式参数，自适应调节地向电极输出电流脉冲；
3.在刺激系统工作的过程中，使用者可实时调节系统输出参数、模式或是关闭设备；
以下是详细描述。
首先，如图一所示，使用者开启设备：
使用者开启电刺激装置电源开关后，电源管理模块102中的供电稳压源VCC1会首先将101中供电电池的电压抬升至3.3V并稳定，从而给微控制器和蓝牙模块供电。
随后，使用者连接蓝牙：
使用移动控制模块108即手机APP与设备的微控制器和蓝牙模块进行连接，蓝牙连接流程和程式如图五所示，107开始广播后亮起绿灯，手机APP接收到107的广播信号，如未在150S时长内成功连接则红灯亮起，进入停止模式，等待系统硬件复位；如成功连接，则绿灯熄灭，微控制器和蓝牙模块首先处理堆栈事件，如无堆栈事件或已完成处理，则进入深度睡眠模式。
使用者依次设置能源模式，刺激模式和参数：
使用者通过108成功连接设备蓝牙后会首先进入401界面选择使用精准控制模式或节能模式；然后在402界面根据实际的需求选定按摩模式、对抗肌肉萎缩模式、局部阵痛模式或自选参数模式；而后进入403对应模式的界面；模式参数选定后，移动控制模块通过蓝牙将控制数据传输给微控制器和蓝牙模块；
需要说明的是：
1.在403的按摩模式中，我们预设定了十一个等级的刺激参数，其刺激特征为，较长的脉宽(150-400μS步进为25μS)，较低的幅度(5-15mA步进为1mA)以及较低的频率(1-11Hz步进为1Hz)，此模式下，三个参数同时步进；在一个实施例中，使用者选择了按摩模式，点击开始后，系统以150μS，5mA,1Hz的参数输出双相波形，在之后按下“+”键后，系统会调节为175μS，6mA，2Hz的参数继续刺激；
2.在403的对抗肌肉萎缩模式中，我们根据学界医学研究的数据，预设了五个有效预防和治疗肌肉萎缩的刺激参数，其参数分别为一级强度(250μS,30mA,50Hz)，二级强度(250μS,40mA,50Hz)，三级强度(250μS,40mA,75Hz)，四级强度(350μS,40mA,75Hz)，五级强度(400μS,45mA,75Hz)；
3.在403的局部阵痛模式中，我们根据医学研究的数据，选用了固定参数为(200μS,20mA,10Hz)；
4.在403的自选参数模式中，电刺激强度为0－50mA，电刺激强度的步进为1mA；频率范围为1-100Hz，频率的步进为1Hz；脉宽为50－500μs，脉宽的步进为25μs；持续时长0-30min，步进1min；间歇时长0-5min，步进1min，此模式下，各参数之间步进无关。
5.在此发明的蓝牙通信中，单次连接所传输的数据不超过八个字节，所以为兼顾响应速度和功耗，在模式参数设定之前，我们将连接间隔设定为50mS，在模式参数设定完成后，将连接间隔设定为1S。
使用者开启系统：
完成如图四所示的参数设定后，微控制器和蓝牙模块107会接收所设定参数(包含刺激幅度setcurrent，刺激频率frequency，刺激脉宽width)并先将其储存在各个控制寄存器中，在一个实施例中，使用者随后点击开始按键，系统会根据接收到的参数，依照图五所示的程序流程，向电极输出所期望的的双相脉冲波形。
在精准控制模式下，抬升HV到感应值：
在一个实施例中，系统接受到使用者设定的精准控制模式和相应的刺激模式参数，则微控制器和蓝牙模块更改控制寄存器的值，以能源管理模式1(图七的PM1)来控制设备工作，设备接收到来自移动控制模块108的开始指令后，开关状态寄存器置为开启值start，系统开始输出逐步刺激；
当开关寄存器置为开启值时，107首先调节开关控制信号pwm5，使升压模块将高电压HV抬升到5V左右，HV施加在双相波形产生模块的两高侧管Q1/Q2的D极。
在精准控制模式下，输出双相刺激波形：
在此实施例中，升压模块向双相波形产生模块提供了5V的感应电压HV后，微控制器107会使能电源管理模块102中的驱动器稳压源VCC2，与供电稳压源VCC1一起给双相波形产生单元中的半桥驱动电路供电，同时107唤醒内部脉冲宽度调制信号pwm1/pwm2/pwm3/pwm4，通过半桥驱动电路产生驱动信号PWM1/PWM2/PWM3/PWM4，控制四个开关管Q1和Q4为一组，Q2和Q3为一组交替导通，导通的时间和频率来自于控制寄存器中的设定值width和frequency，从而系统向阴(Cathode)阳(Anode)电极输出周期性的双相电压脉冲，如图三所示；
本发明所述双相脉冲由一正一负，相位差为180°，周期相同的两个脉冲组成(脉冲周期为两倍刺激周期)，其波形在实际工作中为不完全对称波形，即周期相同而脉宽不同，双相脉冲波形如图六所示；其中阴极相(Cathode Phase)正脉冲(Q1/Q4导通时)又称作刺激相，阳极相(Anode Phase)负脉冲(Q2/Q3导通时)又称作电荷平衡相，从一个刺激相的开始时刻，经过一个电荷平衡相，到下一个刺激相的开始时刻，为一个刺激周期period，刺激相和电荷平衡相每隔二分之一个刺激周期交替产生，两相中会不定地包含一个电极短路相(Short Phase)，一般状态下，因为体表负载的变化，阴极相和阳极相的幅度(Amplitude)动态稳定，刺激相的脉宽Width1和电荷平衡相的Width2则不一定相等；
在图三中，需要指出的是，PWM1即301，PWM2即302，PWM3即303，PWM4即304为四个不同的驱动波形，301和302的电压峰峰值要高于303和304的电压峰峰值，303和304的对地电压峰峰值为12V，而301和302为浮地驱动电压，对地峰峰值为(HV+12V)，即301对阳极Anode以及302对阴极Cathode的相对电压为12V；
在精准控制模式下，感应阻抗、记录电荷量、调整PID参数、调节开关周期(频率)：
系统开始输出双相脉冲的同时，电压反馈单元采样Rf2上的电压信号Vin，电荷采集单元接收流经Rs1或Rs2两端的电流信号，此电流信号通过放大器OP放大，输出给数模转换器ADC，ADC将模拟电荷(电流)信号转化为数字信号Iin反馈给107，储存在寄存器中，通过Iin计算出实际电流值actualcurrent，通过Vin计算出实际电压值actualvoltage，微控制器根据actualcurrent和actualvoltage，得出两电极间此刻的等效阻抗RL，进一步根据setcurrent得出输出设定电流幅度所需的HV值，根据所感应的等效阻抗RL，设定对应的PID控制参数，以达到刺激期间快速响应的效果；
根据感应到的阻抗范围，微控制器会选择对应的PID系数Kp1，Ki1和Kd1，阻抗范围对应的PID系数分为十二档：
0-500Ω，500-1000Ω，1000-2000Ω，2000-3000Ω，3000-4000Ω，4000-500Ω，5000-6000Ω，6000-7000Ω，7000-8000Ω，8000-9000Ω，9000-10000Ω，10000Ω及以上。
根据所感应的等效阻抗RL和预设的电刺激幅度setcurrent的乘积Pout，调节pwm5开关周期以调节升压模块中的Q0的开关周期，在刺激相和电荷平衡相内采用对应不同的开关周期为10μS-160μS，在刺激相和电荷平衡相外采用固定的开关周期160μS,在刺激相和电荷平衡相内，Pout大于0W小于1W时开关周期为160μS，Pout大于1W小于3W时开关周期为80μS，Pout大于3W小于5W时开关周期为40μS,Pout大于5W小于8W时开关周期为20μS，Pout大于8W时开关周期为10μS，所对应的开关周期为100/32kHz-100kHz。
在精准控制模式下，通过PI/PID控制抬升输出电压：
在一个实施例中，微控制器和蓝牙模块107中的PID控制器接受到了电荷采集单元传递的电流信号Iin和PID系数Kp1、Ki1、Kd1，结合setcurrent,系统开始实时进行PI/PID调节：
1.在一个刺激周期中，刺激相或电荷平衡相中，电荷采集单元106采集电流传感器Rs1或Rs2上的电流信号Iin，提供给微控制器和蓝牙模块107中的PID控制器，PID控制器根据采集到的电流信号Iin计算出实际电流值actualcurrent，与期望电流值setcurrent比较出的差值err1，使用此时等效阻抗RL对应的PID参数Kp1、Ki1、Kd1，通过比例、积分、微分计算，得出此刻要逼近期望电流值所应设定的Q0的开关占空比duty，从而输出控制信号pwm5使PWM5产生对应占空比的驱动信号驱动Q0，从而在带载时，快速响应并维持期望的HV值，提供给双相波形产生电路，PID调节公式为：
dutyPID(n)＝Kp1·err1(n)+Integrator2(n)+Dif(n)
Dif(n)＝Kd1·err1(n)-Fil(n-1)
Figure BDA0003943301150000151
Figure BDA0003943301150000152
2.在一个刺激周期中，刺激相和电荷平衡相外，电压反馈单元采集升压模块103中Rf2上的电压信号Vin，提供给微控制器和蓝牙模块107中的PI控制器，PI控制器根据setcurrent和RL计算出期望电压值setvoltage，根据Vin计算得出的此时刻的HV值actualvoltage，actualvoltage和期望电压值setvoltage比较出的差值err2，使用超轻载下固定的PI系数Kp2、Ki2，通过比例、积分计算，得出此刻要逼近期望电压值所应设定的Q0的开关占空比duty，从而输出控制信号pwm5使PWM5产生对应占空比的驱动信号驱动Q0，升压模块快速地达到所期望的HV值，提供给双相波形产生电路。PI调节公式为：
dutyPI(n)＝Kp2·err2(n)+Integrator2(n)
Figure BDA0003943301150000161
公式中：duty为输出占空比，err1为电流采样中实际电流值和期望值的差值，err2为电压采样中实际电压值和期望值的差值Kp1、Kd1、Ki1为电流PID调节的对应参数，Kp2、Ki2为电压PI调节的对应参数，Period为采样调节周期，等于所设Q0的开关周期。
在精准控制模式下，调节电荷平衡相的占空比(脉宽)：
电荷采集单元采集到的电流信号Iin会以电荷值的形式累加储存在变量chargecount1和chargecount2中，每隔10个刺激周期，微控制器会根据Rs1和Rs2上采集到的电荷量，计算出差值chargediff，根据chargediff/chargecount1的比值，改变控制寄存器中width2的值，自动调节电荷平衡相即负脉冲的脉宽，width1则保持不变。
在精准控制模式下，以动态的周期消除电荷累计：
此实施例中，上述动态消除并不能保证完全的电荷平衡，长时间的刺激下，采样的误差依然会引起电荷的累积，因此我们在两电极之间加入了一个电荷累积消除单元105，即图三中的305，传输门提供电荷的静态消除功能，每过50个刺激周期或chargediff>50μC时，在刺激相和电荷平衡相外将数字信号输入Digital input值1，触发短路相，将阴阳极短路并保持一段时间，从而消除电荷的累积，并将width1和width2恢复默认值width，我们把这段时间称作短路相，如图六所示。
在电刺激持续期间，动态调节刺激参数：
此实施例中，使用者随后设定了新的刺激模式参数(包含刺激幅度setcurrent，刺激频率frequency，刺激脉宽width中的一项或多项)，微控制器和蓝牙模块107实时通过蓝牙接收相应数据，更新控制寄存器的值，控制刺激波形到期望值。
节能控制模式下：
注：为方便比较，图七中用单相脉冲代替了双相脉冲；
另一个实施例中，系统接受到使用者输入的节能控制模式和相应的刺激模式参数，或电量监测电路202监测到电池电量低于阈值2.5V，系统会牺牲刺激器的精准度和动态电荷平衡，以能源管理策略2(PM2)来控制系统工作，下面根据图七、图八、图九阐述PM1和PM2的不同，总体来说，保证基本刺激信号产生的前提下，系统使用节能模式时会尽量久地关闭微控制器的高频主时钟(ADC时钟)，以降低芯片功耗；在升压模块中，使用固定占空比，低开关频率来调节HV的幅度，在刺激发生之时，只短暂采样：
1.一个实施例中，系统以节能模式启动电刺激系统后,以固定占空比抬升HV开始向电极输出双相脉冲波形，抬升HV到感应值5V，然后输出双相刺激波形；
另一个实施例中，系统已经开始输出刺激，使用者通过移动控制模块108设置能源模式为节能模式，或电量监测电路202监测到电池电量低于阈值2.5V，设备会继续以节能模式输出双相刺激波形；
2.每个周期刺激相、电荷平衡相内，脉冲即将结束时，短暂地启用微控制器和蓝牙模块的ADC子模块，数次采样Vin和Iin得出阴阳两极之间的等效阻抗，做平均值处理得到RL，计算出此RL达到期望电流值setcurrent所需的HV值setvoltage，随后关闭高频时钟HCLK启用低频外部时钟ECLK且停止采样，在节能模式中，不会记录电流信号并调节电荷平衡相的脉宽；
3.停止采样后，根据拓扑升压公式和setvoltage选定固定的占空比duty，使升压电路在超轻载下工作在DCM模式，无过调地抬升HV到期望值，相比精准控制模式，需经过更长的时间达到期望的电流幅度setcurrent；
所述拓扑升压公式：
Figure BDA0003943301150000171
公式中Vbattery为电池电压，N为耦合电感匝数比，duty为占空比，HV为输出电压；
4.在每个脉冲到来之前，唤醒主高频时钟和ADC采样，以识别此刻的HV值是否符合期望，在此硬件场景下，如产生高出预设期望值10％以上的输出电压HV时，则系统停止工作，否则继续进行下次调节。
5.每隔10个刺激周期，触发短路相一次。
在此对精准控制模式和节能控制模式进行比较
1.在使用者选择精准控制模式时，设备启动PM1控制策略，如图一、图二、图三、图八所示，微控制器和蓝牙模块中的ADC子模块保持开启，在每个周期的刺激脉冲之外对Rf2的电压进行采样，与期望的电压值作比较，并使用PI算法控制升压模块103，期望的电压值初始时为5V，而后期望电压由电荷采集单元阻抗感知得到；在刺激脉宽内对Rs1、Rs2采样并使用PID算法实时控制升压模块103，PM1策略中升压模块Q0的占空比可以在最大限度的范围内变化，以达到快速、准确抵达期望值的目的。其脉冲波形及控制策略如图七下半部分所示。
2.在使用者选择节能控制模式时，设备启动PM2控制策略，如图一、图二、图三、图九所示，在脉冲产生之前会启用低频采样，保证不会产生不期望的刺激电压值；波形发生时，电荷采集单元在脉冲的前段进行数次ADC采样，用来感知阻抗的变化与否，；在脉冲结束之后关闭采样，以固定的、较小的占空比，控制升压模块103工作在DCM模式下，以较为缓慢的速度达到系统所期望的幅值，而在接近刺激脉宽时恢复采样，PM2策略中Q0的占空比只能在较小的范围内变化；这样升压模块103最大程度限制了了PID控制中超调带来的能量损耗，微控制器和蓝牙模块107也通过适时地关闭ADC，减少主时钟的运作时间显著降低了功耗，其脉冲波形及控制策略如图七上半部分所示。
3.在不同的刺激幅度下，节能模式相比精准控制模式能减少约8％-20％的功耗，刺激幅度越低，则节约的百分比越高。
本发明具体实施例中所述的供电稳压源采用了MAX1678稳压芯片，其使用PFM为输出提供了超高效率；驱动器稳压源使用TPS61096A稳压芯片，其用PFM提供高效率的同时可提供低至1μA的静态电流；所述的双相波形产生单元，使用了两片半桥驱动芯片来驱动四个MOS管，芯片型号为2EDF7275KXUMA1，能够提供极低的上升时间；所述的微控制器和蓝牙模块选用了CY8C4248LQI-BL583芯片，其将蓝牙模块和微控制器集成在一个芯片封装中，有效地减小了设备的尺寸，同时能提供低功耗。
所述微控制器及其低功耗蓝牙模块采用
Figure BDA0003943301150000181
-M0系列芯片，采用蓝牙4.2通信协议，用于：
1.接受并储存来自移动控制模块的用户所设定参数。
2.在每个周期的刺激脉宽之外，精准控制模式下，根据用户设定的电刺激参数，通过输出电压采样，使用数字PI自适应电压调节，控制升压开关占空比，将输出电压抬升到对应值。
3.在每个周期的刺激脉宽内，精准控制模式下，根据用户设定的电刺激参数，通过对输出电流采样，使用数字PID自适应电流调节，控制升压开关占空比，将输出电流稳定在设定值。
4.在刺激脉宽内，精准控制模式下，将采样到的电流信号转化为电荷量，计算阴极相和阳极相之间的电荷差，控制阳极相的输出脉宽。
5.在刺激脉宽内，节能模式下，电荷采集单元短暂开启，实现超低功耗。
6.在刺激脉宽外，节能模式下，关闭ADC采样，固定pwm5占空比，暂停微控制器的高频时钟运行，在接近刺激脉宽时恢复ADC采样，实现超低功耗。
7.使用微控制芯片PWM模块，通过四组pwm(1/2/3/4)的调制输出相位差等价为180°的脉冲波形，以驱动双相波形产生电路工作；同时使用pwm5控制升压模块开关。
8.控制状态LED灯的亮灭。
9.通过en控制VCC2稳压源的使能，通过Digital input控制传输门的使能。
所述的电源管理模块采用商用稳压芯片，通过开关电源的PFM(脉冲频率调制)将电池电压分别高效地稳定在3.3V和12V，为微控制器、双相波形产生单元驱动和升压开关驱动提供稳压。
所述的电极采用四周扁平中间凸起的同心环结构，增强电刺激功效。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种体表神经肌肉电刺激装置，其特征在于，包括电池供电模块，电源管理模块，升压模块，刺激信号发生模块，微控制器和蓝牙模块，移动控制模块；
所述电池供电模块包含便携电池和电量监测电路，所述电池供电模块用于给电源管理模块和升压模块供电；
所述升压模块包括驱动信号PWM5单元，基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构和电压反馈单元，所述驱动信号PWM5单元连接到基于boost级联的耦合电感升压拓扑结构中的MOS管Q0,用于控制MOS管的开关，升压模块为刺激信号发生模块提供输出电压HV；
所述刺激信号发生模块包括双相波形产生单元、电荷累积消除单元、电荷采集单元，
所述双相波形产生单元包括H桥驱动单元、第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元；
所述H桥驱动单元，包括由4个N沟道MOSFET构成的H桥电路，在两个高侧管Q1/Q2的S极与两低侧管Q3/Q4的D极相接处分别引出一个电极为阳极和阴极，所述阴极和阳极用于外接负载以对所述外接负载输出双相波形的电流，
所述PWM1用于驱动高侧管Q1，PWM2用于驱动高侧管Q2，PWM3用于驱动低侧管Q3，PWM4用于驱动低侧管Q4；
所述电荷累积消除单元，包括一对增强型NMOS管和PMOS管组成的COMS传输门，
将所述增强型NMOS管的源极Sn和PMOS管的漏极Dp对接在DpSn节点即所述H桥电路中的阳极，
将所述增强型NMOS的漏极Dn和PMOS管的源极Sp对接在DnSp节点即所述H桥电路中的阴极，
所述NMOS管的衬底接地，所述PMOS管的衬底接高电平，
来自微控制器与蓝牙模块的数字信号输入Digital input直接接到所述增强型NMOS管的基极Gn，所述数字信号输入Digital input通过一个非门接到所述PMOS管的基极Gp，以控制传输门的通断，当所述COMS传输门导通时,累积在阴阳两极的电荷信号传输平衡；
所述电荷采集单元包括电流传感器Rs1和Rs2、两组OP放大电路、ADC模数转换电路，两个电流传感器Rs1和Rs2一端分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，另一端接地，两组OP放大电路的放大器OP1和OP2的正相输入端口作为电流采样端Current Sample，分别接到低侧管Q3和Q4的源极S，反向输入端接地，两组OP放大器的输出端口用于输出放大后的模拟电流信号到ADC模数转换电路的采样通道chnl1和chnl2，ADC模数转换电路将模拟电流信号转化为数字信号提供给微控制器和蓝牙模块；
所述电源管理模块包含供电稳压源和驱动器稳压源，所述供电稳压源为微控制器和蓝牙模块、双相波形产生单元的H桥驱动单元提供稳压电源VCC1，所述VCC1为COMS传输门提供所述高电平，所述驱动器稳压源为升压模块的驱动信号PWM5单元、双相波形产生单元的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供能量VCC2；
所述的微控制器和蓝牙模块通过蓝牙与移动控制模块通讯，并为所述升压模块的所述驱动信号PWM5单元和所述双相波形产生单元的第一驱动信号PWM1单元、第二驱动信号PWM2单元、第三驱动信号PWM3单元、第四驱动信号PWM4单元提供电路控制信号pwm1/pwm2/pwm3/pwm4/pwm5，为所述电荷累积消除单元提供数字信号输入Digital input，为所述的电源管理模块提供使能控制信号en；
所述移动控制模块通过蓝牙连接与所述微控制器和蓝牙模块建立通讯，并发送控制参数；所述微控制器和蓝牙模块还包括PID控制器和PI控制器，所述PID控制器和所述PI控制器分别使用PID和PI算法，根据所述控制参数和ADC模数转换电路采集到的数字信号，调节输出刺激的幅度。
2.如权利要求1所述的一种体表神经肌肉电刺激装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
装置开启后，所述电源管理模块中的所述供电稳压源VCC1会首先将电池供电模块中供电电池的电压抬升并稳定，给微控制器和蓝牙模块供电；
所述移动控制模块通过蓝牙连接，与所述微控制器和蓝牙模块建立通讯，设定刺激的模式，设定装置能源模式；所述能源模式包括：精准控制模式和节能模式；
移动控制模块控制刺激信号发生模块开始或停止电刺激；
当刺激信号发生模块开始电刺激时，微控制器和蓝牙模块调节所述输出电压HV向负载输出刺激；
所述的刺激的模式，包含从模式1到模式17共17个预设模式和自选参数模式；
所述的自选参数模式电刺激参数的具体范围为：
电刺激强度0－50mA，电刺激强度的步进为1mA；频率范围为1-100Hz，频率的步进为1Hz；脉宽50μS－1ms，脉宽的步进为25μs；
所述预设模式的电刺激参数如下：
脉宽μS 幅度mA 频率Hz 模式1 150 5 1 模式2 175 6 2 模式3 200 7 3 模式4 225 8 4 模式5 250 9 5 模式6 275 10 6 模式7 300 11 7 模式8 325 12 8 模式9 350 13 9 模式10 375 14 10 模式11 400 15 11 模式12 250 30 50 模式13 250 40 50 模式14 250 40 50 模式15 350 40 75 模式16 400 45 75 模式17 200 20 10
所述的刺激信号发生模块中，高侧管Q1与低侧管Q4导通时称为刺激相，用于产生刺激，刺激相脉宽保持为所述移动控制模块的设定值，高侧管Q2与低侧管Q3导通时称为电荷平衡相，用于产生刺激并平衡刺激相的电荷累积，CMOS传输门导通时称为短路相，用于消除不可控的电荷累积，从一个刺激相的开始时刻，经过一个电荷平衡相，到下一个刺激相的开始时刻，为一个刺激周期period，刺激相和电荷平衡相每隔二分之一个刺激周期period交替产生，短路相根据电荷采集单元所采集信号和刺激周期累计数触发。
3.如权利要求2所述的一种体表神经肌肉电刺激装置的控制方法，其特征在于，
当电刺激处于所述的刺激相、电荷平衡相内时，所述电荷采集单元不间断地采集、记录流经所述阴阳两电极的电流信号，记为电荷量，储存在微控制器和蓝牙模块中，电荷采集单元在刺激相开启所述ADC模数转换电路的采样通道chnl2，关闭采样通道chnl1，在电荷平衡相开启所述ADC模数转换电路的采样通道chnl1，关闭采样通道chnl2，根据采样到的电流信号，所述PID控制器实时调节所述MOS管Q0的占空比duty以调节输出电压HV，每个刺激相、电荷平衡相开始时，通过电压反馈单元采样输出电压HV的值，根据对应时刻电荷采集单元采样到的电流信号，感应并记录所述阴极和阳极之间的等效阻抗，结合所设定的刺激幅度，得出期望的HV值setvoltage，储存在微控制器和蓝牙模块中，系统在所述的刺激相、电荷平衡相外不断通过电压反馈单元采集所述输出电压HV，根据所采集的值所述PI控制器实时调节Q0的占空比duty以调节输出电压HV，实现脉冲宽度调制；
精准控制模式下，系统快速而精准地输出移动控制模块设定的刺激参数并稳定，快速适应人体负载变化，
微控制器和蓝牙模块根据电荷采集单元采样到的刺激相产生的所述电荷量和电荷平衡相产生的所述电荷量的差值和比例，调节电荷平衡相的脉宽，微控制器和蓝牙模块在所述差值高于阈值50μC时或每经过50个刺激周期时,在刺激相和电荷平衡相外将数字信号输入Digital input置1，触发短路相，将阴阳极短路并保持一段时间，从而消除电荷的累积，并将电荷平衡相脉宽恢复为设定值。
4.如权利要求2所述的一种体表神经肌肉电刺激装置的控制方法，其特征在于：
第一种情况为：当电量监测电路监测到便携电池电量低于预设阈值，
第二种情况为：移动控制模块向微控制器和蓝牙模块发送信号设定装置能源模式为节能模式，当以上两种情况中任意一种情况出现时，
在所述的刺激相、电荷平衡相结束前，电压反馈单元和电荷采集单元采集流经阴阳两极的电流信号和输出电压HV，感应并记录所述阴极和阳极之间的等效阻抗，结合所设定的刺激幅度，得出期望的HV值setvoltage，储存在微控制器和蓝牙模块中，微控制器和蓝牙模块使用拓扑升压公式，根据感应到的等效阻抗，在每个刺激相和电荷平衡相内单次调节所述MOS管Q0的占空比duty以调节输出电压HV，
所述拓扑升压公式为：
Figure FDA0003943301140000051
公式中Vbattery为电池电压，N为耦合电感匝数比，duty为占空比，HV为输出电压；
在所述的刺激相、电荷平衡相开始前，开启电压反馈单元进行采样，当采样发现高出预设期望值10％以上的输出电压HV时，双相波形产生模块停止工作以避免伤害；微控制器和蓝牙模块每10个刺激周期定期地触发短路相。
5.如权利要求3所述的一种体表神经肌肉电刺激装置的控制方法，其特征在于，所述的PID控制器，根据所述阴阳极之间等效阻抗的不同，会选择对应的PID系数，所述PID系数包括：比例系数Kp1，积分系数Ki1和微分系数Kd1，所述PID系数根据以下不同阻抗范围，分为十二档：
0-500Ω，500-1000Ω，1000-2000Ω，2000-3000Ω，3000-4000Ω，4000-500Ω，5000-6000Ω，6000-7000Ω，7000-8000Ω，8000-9000Ω，9000-10000Ω，10000Ω及以上，
所述微控制器和蓝牙模块根据移动控制模块预设的电刺激幅度和所述阴阳极之间等效阻抗的乘积，调节所述驱动信号pwm5的开关周期以调节升压模块中的所述MOS管Q0的开关周期，
所述乘积为刺激相和电荷平衡相的输出功率Pout，在刺激相和电荷平衡相外采用固定的所述MOS管Q0的开关周期160μS,在刺激相和电荷平衡相内，Pout大于0W小于1W时所述MOS管Q0的开关周期为160μS，Pout大于1W小于3W时所述MOS管Q0的开关周期为80μS，Pout大于3W小于5W时所述MOS管Q0的开关周期为40μS,Pout大于5W小于8W时所述MOS管Q0的开关周期为20μS，Pout大于8W时所述MOS管Q0的开关周期为10μS。
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