【摘要】：如今全球依靠植入式醫(yī)療裝置維持正常生活的人群比較龐大,而像心臟起搏器此類相對(duì)較大的植入式有源裝置,大多采用一次性電池或者有線方式進(jìn)行供電。針對(duì)這些方式面臨電池電量耗盡及有線皮膚感染等問題出現(xiàn)的弊端,本文旨在設(shè)計(jì)一套透過人體組織進(jìn)行能量耦合時(shí)傳輸效率良好、體內(nèi)外信息交互、小型化且滿足人體組織輻射安全性要求的無線充電系統(tǒng)。本文首先通過查閱各大品牌起搏器了解其供電需求,并選擇符合起搏器充放電特性的鋰電池用作系統(tǒng)充電對(duì)象。然后根據(jù)實(shí)際供電需求分別搭建體內(nèi)外諧振耦合式無線供電模塊、體內(nèi)外CC1101無線通信模塊、低電量自動(dòng)報(bào)警模塊等系統(tǒng)層面上的功能框圖以完成其總體框架設(shè)計(jì)。其次,根據(jù)體外模塊功能框圖采用兩級(jí)功放結(jié)構(gòu)放大信號(hào)源28.2MHz正弦信號(hào),輸入到平面螺旋型體外電能發(fā)送線圈以搭建體外無線充電平臺(tái)。并根據(jù)體外通信功能需求設(shè)計(jì)STM32主控制電路,顯示電路及低電量報(bào)警電路等,并將可充電的體外通信模塊集成到一塊7.5cm×6.6cm的二層PCB板上。根據(jù)體內(nèi)模塊功能框圖分別設(shè)計(jì)STM32主控制電路、體內(nèi)Buck-Boost電壓轉(zhuǎn)換模塊、以CW2015芯片為核心的電池信息采集電路,通過比較分析各濾波器直流電壓輸出,確定CLC型濾波器作為體內(nèi)小型印刷螺旋接收線圈的整流電路濾波器。最后將平面螺旋線圈和各體內(nèi)硬件模塊集成到一塊4cm×5cm的四層PCB板上。然后,在搭建好硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上,以CC1101無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為核心,在保證體內(nèi)外數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)那疤嵯聦?duì)體內(nèi)通信模塊進(jìn)行低功耗軟件設(shè)計(jì),包括采用中斷方式喚醒STM32,CC1101進(jìn)行WOR(無線喚醒)功能配置等。起搏器電池低電量時(shí),體外模塊STM32中斷產(chǎn)生并驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。最后,選用環(huán)氧樹脂作為本系統(tǒng)新型起搏器外殼材料制作出尺寸為68.83mm×65.53mm×21mm的兩層起搏器外殼對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安裝。通過搭建系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái),用豬肉模擬人體胸腔測(cè)得大對(duì)小平面螺旋線圈在90mm以內(nèi)傳輸效率為7%以上,并結(jié)合無線通信模塊,測(cè)試發(fā)射線圈距離豬肉表層50mm時(shí)的電池充電效果。利用HFSS軟件建立皮膚層、脂肪層和肌肉層三層模型模擬人體胸腔結(jié)構(gòu),對(duì)通信天線和供電線圈進(jìn)行電磁輻射安全性分析。結(jié)果表明在建議的供電距離內(nèi)最大平均SAR值滿足國(guó)際電磁輻射安全標(biāo)準(zhǔn)ANSI/IEEE規(guī)定或醫(yī)用射頻場(chǎng)安全標(biāo)準(zhǔn),并且在測(cè)試距離內(nèi)符合國(guó)際認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)TCO99規(guī)定的人體電磁場(chǎng)照射限值。
【圖文】：

第一章 緒論據(jù)。1968 年，Peter Glaser 首次提出了太空太陽能發(fā)電廠的概念[31]，總的想法個(gè)能夠?qū)⑻柲苁占降陌l(fā)電衛(wèi)星。通過利用微波或激光將能量傳送到裝置，然后將能量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電能供人類使用。 自從 20 世紀(jì) 80 年代、美國(guó)等國(guó)家陸續(xù)研究太空中的空間太陽能電站[32-33]。如圖 1-1 所示，，程度上促進(jìn)了無線供電技術(shù)的發(fā)展。

圖 1-1 太空中的空間太陽能電站示意圖J.T.Boys 領(lǐng)導(dǎo)的課題組開始展開對(duì)無線供電技術(shù)式無線供電的相關(guān)概念，并通過實(shí)驗(yàn)取得了許多技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，MIT 以 Marin Soljacic 為首的研究團(tuán)隊(duì)演示了線供電技術(shù)，他們以無線的方式點(diǎn)亮了一米外功是電能傳輸效率會(huì)隨著線圈之間距離的增大急劇電動(dòng)牙刷就是利用這種原理來進(jìn)行無線供電的。驗(yàn)宣布了磁耦合諧振無線供電技術(shù)的誕生，如圖個(gè) 2 米外功率為 60W 的燈泡。與電磁感應(yīng)方法相距離，此外，可以一對(duì)多地進(jìn)行無線供電。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM910.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 溫志浩;陳海軍;;體外充電植入式人工心臟起搏器的設(shè)計(jì)[J];中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù);2011年22期

2 許少波;;起搏器用植入材料的細(xì)胞毒性研究[J];中國(guó)醫(yī)療器械信息;2011年02期

3 劉磊;高中;;淺析國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)心臟起搏器電磁兼容測(cè)試的要求[J];中國(guó)醫(yī)療器械雜志;2010年05期

4 周煜;于歆杰;程錦閩;王崇慧;王琳;;用于心臟起搏器的經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2010年03期

5 鄭曉晨;汪木蘭;Hung T.Nguyen;;心臟起搏器用無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2009年05期

6 鄧重一;也談電磁干擾及其判斷標(biāo)準(zhǔn)[J];自動(dòng)化與儀表;2003年05期

7 王方正 ,華偉 ,張澍 ,胡大一 ,陳新;全國(guó)心臟起搏器2000～2001年臨床應(yīng)用調(diào)查[J];中華心律失常學(xué)雜志;2003年03期

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1 顏青;植入式醫(yī)療設(shè)備無線能量傳輸系統(tǒng)電磁環(huán)境下的人體安全性研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

2 鐘建;植入式喉起搏器的研究與設(shè)計(jì)[D];華南理工大學(xué);2012年

3 韓文娟;采用電磁耦合的無線經(jīng)皮充電電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2011年

4 郭佳;基于FDTD算法的手機(jī)天線對(duì)人體頭部電磁輻射的仿真研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2710670