CN207663308U - 基于单片机控制的电热疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机控制的电热疗仪，主要解决现有技术中存在的热疗调整温度线性度较差，增加设备投入成本等问题。该电热疗仪包括第一碳纤维加热丝P1，第二碳纤维加热丝P2，分别与第一碳纤维加热丝P1和第二碳纤维加热丝P2连接的8位增强型8051系列的单片机，分别与单片机连接的时钟振荡电路、温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路、温度显示电路、碳纤维加热丝驱动电路和电源模块电路。通过上述方案，本实用新型具有结构简单、温度线性升降、降低设备投入成本、降低热疗能耗等优点，在医疗器械技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

Description

基于单片机控制的电热疗仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是基于单片机控制的电热疗仪。

背景技术

热疗仪是通过加热人体组织来实现临床疗效的仪器，其主要有微波治疗仪、红外线治疗仪、短波治疗仪和超短波治疗仪等常见设备。热疗仪主要是利用能产生热效应的电磁波，使人体组织温度上升来扩张血管，改善血液循环，促进炎症吸收和改善细胞的营养关系和新陈代谢。与导热物质如热水袋、热毛巾等热敷相比，其效果明显，并且能缩短热疗时间。

目前，市面在售的热疗仪主要包括电源线、定时开关、电源指示灯、调温旋钮、变压器、稳压和调压电路、热敷片，其中，热敷片采用碳纤维材质。如专利申请号为：201020575634.7，名称为：无辐射通络电热疗仪。该专利的稳压调压电路通过切换开关K2切换串联电阻的数量，改变输出直流电的电压，从而达到调压调温的目的，虽然其电路连接较为简单，但在调压切换过程中，将产生冲击电压。另外，切换电阻只能阶梯性地改变输出直流电压，输出的直流电压线性度较差。如此一来，使得热敷片的温度变化不均匀，存在时间延迟，影响热疗效果。为了克服热疗仪输出直流电压线性度差的问题，热疗仪也有采用DSP平台实现恒温控制，如专利申请号为：201310428234.1，名称为：基于DSP平台的微波热疗仪，设置有微波源、单片机、数模转换、脚踏开关、信号放大器、温度传感器和DSP芯片。通过温度传感器采集皮肤温度，并将该模拟信号的温度放大，数模转换将模拟信号转换成单片机可读的数字信号，单片机将采集的数字信号通过串口发送至嵌入式系统DSP芯片中。DSP芯片将控制信号下发至单片机，由单片机转发至微波源，用于控制热疗温度。虽然该热疗仪可以实现温度线性调整，但是采用嵌入式系统的热疗仪也增加设备投入成本。

因此，需要对热疗仪进行改进，在保证热疗温度线性调整的同时，也能降低设备投入成本。

实用新型内容

针对上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于单片机控制的电热疗仪，主要解决现有技术中存在的热疗调整温度线性度较差，增加设备投入成本等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

基于单片机控制的电热疗仪，包括第一碳纤维加热丝P1，第二碳纤维加热丝P2，分别与第一碳纤维加热丝P1和第二碳纤维加热丝P2连接的8位增强型8051系列的单片机，分别与单片机连接的时钟振荡电路、温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路、温度显示电路、碳纤维加热丝驱动电路和电源模块电路。

具体地，所述电源模块电路包括交直流整流电路，与交直流整流电路连接的直流稳压电路，以及与直流稳压电路连接的直流电压转换电路。所述直流稳压电路分别与第一碳纤维加热丝P1、第二碳纤维加热丝P2和单片机的电源输入端VCC连接。所述直流电压转换电路分别与温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路和温度显示电路连接。

进一步地，所述碳纤维加热丝驱动电路包括分别与单片机的双向I/O口P1.3和第一碳纤维加热丝P1连接的第一碳纤维加热丝驱动电路，以及分别与单片机的双向I/O口P1.4和第二碳纤维加热丝P2连接的第二碳纤维加热丝驱动电路。所述第一碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.3连接并且漏极接地的场效应晶体管U4，以及连接在场效应晶体管U4栅极与漏极之间的电阻R7，所述场效应晶体管U4的源极与第一碳纤维加热丝P1连接。所述第二碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.4连接并且漏极接地的场效应晶体管U2，以及连接在场效应晶体管U2栅极与漏极之间的电阻R4，所述场效应晶体管U2的源极与第二碳纤维加热丝P2连接。

更进一步地，所述温度采集电路包括输出端DQ与单片机的双向I/O口P3.5连接并且电源输入端VDD与直流电压转换电路连接的数字式温度传感器U3，以及连接在数字式温度传感器U3的电源输入端VDD与输出端DQ之间的电阻R3。

进一步地，所述蜂鸣器报警电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.6连接的电阻R5，基极与电阻R5另一端连接并且发射极接地的三极管VT，以及一端与三极管VT的集电极连接并且另一端与直流电压转换电路连接的蜂鸣器LS1。

优选地，所述温度显示电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.7连接的电阻R6，以及与电阻R6另一端连接的LCD显示屏U6。

进一步地，所述时钟振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1与反向振荡输出XTAL2之间的晶振Y1，以及一端分别与晶振Y1连接且另一端接地的电容C10和电容C11；所述电容C10的一端与反向振荡输出XTAL2连接，并且电容C11的一端与反向振荡放大输入XTAL1连接。

进一步地，所述交直流整流电路包括与交流输入连接的全桥整流器D1，并联后一端与全桥整流器D1一输出连接并且另一端接地的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，以及与电容C4一端连接的接线端子排A1。所述全桥整流器D1另一输出接地。

优选地，所述直流稳压电路包括分别与接线端子排A1连接的电容C6、电容C9和电源转换芯片U1，串联在电源转换芯片U1的升压电容BOOT脚与高偏功率源极PH脚之间的电容C5，一端分别与电容C5和电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接并另一端接地的二极管VD2，一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接的电感L1，一端与电感L1的另一端连接并且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压VSEN脚连接的电阻R1，一端与电阻R1的另一端连接并且另一端接地的可变电阻R2，一端与电感L1的另一端连接并且另一端接地的电容C7，以及与电感L1的另一端连接的接线端子排A2。所述电容C6与电容C9并联后一端与电源转换芯片U1的输入电源VIN脚连接并且另一端与电源转换芯片U1的接地引脚GND连接。所述电源转换芯片U1的接地引脚GND和电源转换芯片U1的使能接地EPAD脚均接地。

进一步地，所述直流电压转换电路包括输入端IN与接线端子排A2连接的电源转换芯片U2，以及串联在电源转换芯片U2的接地引脚GND与电源转换芯片U2的输入端OUT之间的电容C8，所述电源转换芯片U2的接地引脚GND接地。

进一步地，所述按键电路包括一端与电源转换芯片U2的输入端OUT连接的电阻R8，以及一端分别与电阻R8的另一端连接的加热关闭按钮SB1、升温按钮SB2和降温按钮SB3，所述加热关闭按钮SB1的另一端与单片机的双向I/O口P3.2连接，所述升温按钮SB2的另一端与单片机的双向I/O口P3.3连接，所述降温按钮SB3的另一端与单片机的双向I/O口P3.4连接。

优选地，所述单片机为STC12C5A60S2。

优选地，所述电源转换芯片U1为TPS5430，电源转换芯片U5为AMS1117，所述场效应晶体管U2为IRF3205S，所述场效应晶体管U4为IRF3205S，所述数字式温度传感器U3为DS18B20，所述LCD显示屏U6为NOKIA5110。

优选地，所述电容C1为1kuF，电容C2为1kuF，电容C3为10kuF，电容C4为10kuF，电容C5为10nF，电容C6为10kuF，电容C7为10uF，电容C8为1uF，电容C9为10kuF，电容C10为10uF，电容C11为10uF；所述电感L1为22uH；所述电阻R1为10kΩ，电阻R2为10kΩ，电阻R3为10kΩ，电阻R4为5.1kΩ，电阻R5为5.1kΩ，电阻R6为1kΩ，电阻R7为5.1kΩ。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用两组碳纤维加热丝加热，并采集加热温度，实时跟踪调整加热温度，实现线性温度调整，有效避免温度升降过快对皮肤造成刺痛。其中，碳纤维加热丝采用场效应晶体管驱动控制，该场效应晶体管开断延时均为纳秒级别，其动作延时极短，如此一来，使碳纤维加热丝加热温度控制更可靠，并且其驱动能力较强。另外，本实用新型采用碳纤维加热丝加热，其具有抗氧化性能优良，发热效率转换较强。在相同加热温度条件下，碳纤维加热丝能耗更低，节能性能更为优良。

(2)本实用新型巧妙地采用数字式温度传感，其测量精度较高，测量温度范围满足热疗温度需求，并且测温分辨率较高。另外，由于单片机数据处理为数字信号类型，传统的温度传感器采集数据为模拟信号，在输入至单片机之前需要将所采集的模拟信号转换成数字信号。而本实用新型采用的数字式温度传感无需传统的数模转换过程，不仅缩短了数据转换时间，而且还能提高温度反馈的效率，保证温度升降更线性。与此同时，也能减少数模转换设备投入成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的原理框图。

图3为本实用新型的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图3所示，本实施提供了基于单片机控制的电热疗仪，包括第一碳纤维加热丝P1，第二碳纤维加热丝P2，分别与第一碳纤维加热丝P1和第二碳纤维加热丝P2连接的STC12C5A60S2单片机，分别与单片机连接的时钟振荡电路、温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路、温度显示电路、碳纤维加热丝驱动电路和电源模块电路。通过按键电路控制第一碳纤维加热丝P1和第二碳纤维加热丝P2的温度升降，并由温度采集电路实时采集加热温度变化情况，实现热疗闭环温度控制。

其中，所述电源模块电路包括交直流整流电路，与交直流整流电路连接的直流稳压电路，以及与直流稳压电路连接的直流电压转换电路。所述直流稳压电路分别与第一碳纤维加热丝P1、第二碳纤维加热丝P2和单片机的电源输入端VCC连接。所述直流电压转换电路分别与温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路和温度显示电路连接。为了保证热疗效率，采用第一碳纤维加热丝驱动电路驱动第一碳纤维加热丝P1，第二碳纤维加热丝驱动电路驱动第二碳纤维加热丝P2，并且第一碳纤维加热丝P1与单片机的双向I/O口P1.3连接，第二碳纤维加热丝P2与单片机的双向I/O口P1.4连接。所述第一碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.3连接并且漏极接地的场效应晶体管U4，以及连接在场效应晶体管U4栅极与漏极之间的电阻R7，所述场效应晶体管U4的源极与第一碳纤维加热丝P1连接。所述第二碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.4连接并且漏极接地的场效应晶体管U2，以及连接在场效应晶体管U2栅极与漏极之间的电阻R4，所述场效应晶体管U2的源极与第二碳纤维加热丝P2连接。当单片机采集到温度控制的按键时，驱动一组或2组IRF3205S场效应晶体管导通，碳纤维加热丝驱动电路回路接通，电热疗仪加热工作。

为了保证热疗温度升降线性变化，温度采集电路包括输出端DQ与单片机的双向I/O口P3.5连接并且电源输入端VDD与直流电压转换电路连接的数字式温度传感器U3，以及连接在数字式温度传感器U3的电源输入端VDD与输出端DQ之间的电阻R3。如此一来，便能节省数模转换设备，缩短采集输入时间，提高采集效率。

另外，本实用新型还提供了可视化的监视和智能报警提醒，其中，蜂鸣器报警电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.6连接的电阻R5，基极与电阻R5另一端连接并且发射极接地的三极管VT，以及一端与三极管VT的集电极连接并且另一端与直流电压转换电路连接的蜂鸣器LS1。当热疗故障时，通过蜂鸣器进行提醒，使热疗更安全可靠。温度显示电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.7连接的电阻R6，以及与电阻R6另一端连接的LCD显示屏U6。用户通过LCD显示屏实时检测当前加热温度。

该电热疗仪的时钟振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1与反向振荡输出XTAL2之间的晶振Y1，以及一端分别与晶振Y1连接且另一端接地的电容C10和电容C11。其中，电容C10的一端与反向振荡输出XTAL2连接，并且电容C11的一端与反向振荡放大输入XTAL1连接。

在电热疗仪的供电电源中，交直流整流电路包括与交流输入连接的全桥整流器D1，并联后一端与全桥整流器D1一输出连接并且另一端接地的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，以及与电容C4一端连接的接线端子排A1。所述全桥整流器D1另一输出接地。另外，直流稳压电路包括分别与接线端子排A1连接的电容C6、电容C9和电源转换芯片U1，串联在电源转换芯片U1的升压电容BOOT脚与高偏功率源极PH脚之间的电容C5，一端分别与电容C5和电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接并另一端接地的二极管VD2，一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接的电感L1，一端与电感L1的另一端连接并且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压VSEN脚连接的电阻R1，一端与电阻R1的另一端连接并且另一端接地的可变电阻R2，一端与电感L1的另一端连接并且另一端接地的电容C7，以及与电感L1的另一端连接的接线端子排A2。电容C6与电容C9并联后一端与电源转换芯片U1的输入电源VIN脚连接并且另一端与电源转换芯片U1的接地引脚GND连接。所述电源转换芯片U1的接地引脚GND和电源转换芯片U1的使能接地EPAD脚均接地。为了提供不同直流电源，直流电压转换电路包括输入端IN与接线端子排A2连接的电源转换芯片U2，以及串联在电源转换芯片U2的接地引脚GND与电源转换芯片U2的输入端OUT之间的电容C8，所述电源转换芯片U2的接地引脚GND接地。

该电热疗仪的按键电路包括一端与电源转换芯片U2的输入端OUT连接的电阻R8，以及一端分别与电阻R8的另一端连接的加热关闭按钮SB1、升温按钮SB2和降温按钮SB3，所述加热关闭按钮SB1的另一端与单片机的双向I/O口P3.2连接，所述升温按钮SB2的另一端与单片机的双向I/O口P3.3连接，所述降温按钮SB3的另一端与单片机的双向I/O口P3.4连接。

在本实施例中，电源转换芯片U1为TPS5430，电源转换芯片U5为AMS1117，所述场效应晶体管U2为IRF3205S，所述场效应晶体管U4为IRF3205S，所述数字式温度传感器U3为DS18B20，所述LCD显示屏U6为NOKIA5110，电容C1为1kuF，电容C2为1kuF，电容C3为10kuF，电容C4为10kuF，电容C5为10nF，电容C6为10kuF，电容C7为10uF，电容C8为1uF，电容C9为10kuF，电容C10为10uF，电容C11为10uF；所述电感L1为22uH；所述电阻R1为10kΩ，电阻R2为10kΩ，电阻R3为10kΩ，电阻R4为5.1kΩ，电阻R5为5.1kΩ，电阻R6为1kΩ，电阻R7为5.1kΩ。

本实用新型通过按键电路进行温度升降控制，以满足不同热疗温度需求，按键电路输入设定温度，在单片机的作用下，驱动场效应晶体管导通，并由数字式温度传感器采集当前加热温度，一方面，为LCD显示屏提供温度显示，另一方面，在单片机内实现设定温度与采集温度的温度温差比对，为单片机的温度调整提供依据，实现线性闭环的温度控制，保证热疗温度线性稳定，有效解决热疗加热温度突变的问题。综上所述，本实用新型具有结构简单、温度线性升降、降低设备投入成本、降低热疗能耗等优点，在医疗器械技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于单片机控制的电热疗仪，包括第一碳纤维加热丝P1，第二碳纤维加热丝P2，分别与第一碳纤维加热丝P1和第二碳纤维加热丝P2连接的8位增强型8051系列的单片机，其特征在于，还包括分别与单片机连接的时钟振荡电路、温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路、温度显示电路、碳纤维加热丝驱动电路和电源模块电路；

所述电源模块电路包括交直流整流电路，与交直流整流电路连接的直流稳压电路，以及与直流稳压电路连接的直流电压转换电路；所述直流稳压电路分别与第一碳纤维加热丝P1、第二碳纤维加热丝P2和单片机的电源输入端VCC连接；所述直流电压转换电路分别与温度采集电路、按键电路、蜂鸣器报警电路和温度显示电路连接；

所述碳纤维加热丝驱动电路包括分别与单片机的双向I/O口P1.3和第一碳纤维加热丝P1连接的第一碳纤维加热丝驱动电路，以及分别与单片机的双向I/O口P1.4和第二碳纤维加热丝P2连接的第二碳纤维加热丝驱动电路；所述第一碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.3连接并且漏极接地的场效应晶体管U4，以及连接在场效应晶体管U4栅极与漏极之间的电阻R7，所述场效应晶体管U4的源极与第一碳纤维加热丝P1连接；所述第二碳纤维加热丝驱动电路包括栅极与单片机的双向I/O口P1.4连接并且漏极接地的场效应晶体管U2，以及连接在场效应晶体管U2栅极与漏极之间的电阻R4，所述场效应晶体管U2的源极与第二碳纤维加热丝P2连接；

所述温度采集电路包括输出端DQ与单片机的双向I/O口P3.5连接并且电源输入端VDD与直流电压转换电路连接的数字式温度传感器U3，以及连接在数字式温度传感器U3的电源输入端VDD与输出端DQ之间的电阻R3；

所述蜂鸣器报警电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.6连接的电阻R5，基极与电阻R5另一端连接并且发射极接地的三极管VT，以及一端与三极管VT的集电极连接并且另一端与直流电压转换电路连接的蜂鸣器LS1；

所述温度显示电路包括一端与单片机的双向I/O口P0.7连接的电阻R6，以及与电阻R6另一端连接的LCD显示屏U6。

2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述时钟振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1与反向振荡输出XTAL2之间的晶振Y1，以及一端分别与晶振Y1连接且另一端接地的电容C10和电容C11；所述电容C10的一端与反向振荡输出XTAL2连接，并且电容C11的一端与反向振荡放大输入XTAL1连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述交直流整流电路包括与交流输入连接的全桥整流器D1，并联后一端与全桥整流器D1一输出连接并且另一端接地的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，以及与电容C4一端连接的接线端子排A1；所述全桥整流器D1另一输出接地。

4.根据权利要求3所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述直流稳压电路包括分别与接线端子排A1连接的电容C6、电容C9和电源转换芯片U1，串联在电源转换芯片U1的升压电容BOOT脚与高偏功率源极PH脚之间的电容C5，一端分别与电容C5和电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接并另一端接地的二极管VD2，一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH脚连接的电感L1，一端与电感L1的另一端连接并且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压VSEN脚连接的电阻R1，一端与电阻R1另一端连接并且另一端接地的可变电阻R2，一端与电感L1另一端连接并且另一端接地的电容C7，以及与电感L1另一端连接的接线端子排A2；所述电容C6与电容C9并联后一端与电源转换芯片U1的输入电源VIN脚连接并且另一端与电源转换芯片U1的接地引脚GND连接；所述电源转换芯片U1的接地引脚GND和电源转换芯片U1的使能接地EPAD脚均接地。

5.根据权利要求4所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述直流电压转换电路包括输入端IN与接线端子排A2连接的电源转换芯片U2，以及串联在电源转换芯片U2的接地引脚GND与电源转换芯片U2的输入端OUT之间的电容C8，所述电源转换芯片U2的接地引脚GND接地。

6.根据权利要求5所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述按键电路包括一端与电源转换芯片U2的输入端OUT连接的电阻R8，以及一端分别与电阻R8的另一端连接的加热关闭按钮SB1、升温按钮SB2和降温按钮SB3，所述加热关闭按钮SB1的另一端与单片机的双向I/O口P3.2连接，所述升温按钮SB2的另一端与单片机的双向I/O口P3.3连接，所述降温按钮SB3的另一端与单片机的双向I/O口P3.4连接。

7.根据权利要求6所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述单片机为STC12C5A60S2。

8.根据权利要求6所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述电源转换芯片U1为TPS5430，电源转换芯片U5为AMS1117，所述场效应晶体管U2为IRF3205S，所述场效应晶体管U4为IRF3205S，所述数字式温度传感器U3为DS18B20，所述LCD显示屏U6为NOKIA5110。

9.根据权利要求6所述的基于单片机控制的电热疗仪，其特征在于，所述电容C1为1kuF，电容C2为1kuF，电容C3为10kuF，电容C4为10kuF，电容C5为10nF，电容C6为10kuF，电容C7为10uF，电容C8为1uF，电容C9为10kuF，电容C10为10uF，电容C11为10uF；所述电感L1为22uH；所述电阻R1为10kΩ，电阻R2为10kΩ，电阻R3为10kΩ，电阻R4为5.1kΩ，电阻R5为5.1kΩ，电阻R6为1kΩ，电阻R7为5.1kΩ。