在經(jīng)濟(jì)與科技快速騰飛的現(xiàn)代化社會中,人們的生活水平與質(zhì)量得到了迅速的提升,人們的健康意識得到了逐漸的增強(qiáng),人們對康復(fù)理療的關(guān)注度越來越高。中頻干擾電療法是通過把兩路或者兩路以上的中頻電流交錯(cuò)地傳輸至人體,因兩路中頻電流的頻率不同,在人體體內(nèi)兩路中頻電流產(chǎn)生干擾形成低頻干擾電流并且利用這種干擾電流來達(dá)到治療疾病的效果。最近幾年,立體動態(tài)干擾電療法在臨床中應(yīng)用廣泛,立體動態(tài)干擾電療法是以傳統(tǒng)的干擾電療法為基礎(chǔ),結(jié)合了動態(tài)干擾電療法而產(chǎn)生的,它將三路頻率不同的中頻電流交錯(cuò)地傳輸至人體,三路中頻電流在人體體內(nèi)產(chǎn)生干擾,形成一個(gè)三維的電流干擾場。并且使用低頻幅度調(diào)制的方法對三路中頻電流進(jìn)行處理,進(jìn)而在人體病癥部位形成不同方向、角度或形狀的動態(tài)電刺激效應(yīng),從而達(dá)到緩解疼痛、促進(jìn)血液循環(huán)和引起局部神經(jīng)肌肉電刺激等效果。本課題以傳統(tǒng)的干擾電治療儀的技術(shù)原理為基礎(chǔ),結(jié)合了國外最新的科學(xué)研究成果,提出與設(shè)計(jì)了一種基于ARM和FPGA的中頻干擾電治療儀。醫(yī)護(hù)人員通過操作使用觸摸屏來進(jìn)行人機(jī)交互,選擇所需的治療方案;采用ST公司的STM32作為系統(tǒng)的主控制器,其作用是對接收到的指令進(jìn)行解析后向FPGA發(fā)送對應(yīng)相關(guān)的治療數(shù)據(jù)參數(shù);采用Altera公司的Cyclone Ⅳ系列的FPGA芯片作為系統(tǒng)的核心單元,并設(shè)計(jì)了波形發(fā)生模塊、掃頻模塊以及調(diào)制與幅度調(diào)節(jié)模塊等,從而實(shí)現(xiàn)了治療波形輸出的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制以及差頻頻率的可調(diào)節(jié)。本論文主要研究內(nèi)容有:(1)以分析與研究國內(nèi)外的中頻干擾電治療儀為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了基于ARM與FPGA的軟件系統(tǒng)框架,針對ARM平臺的應(yīng)用程序的開發(fā)特性,設(shè)計(jì)了層次化的系統(tǒng)架構(gòu),按照系統(tǒng)的功能劃分,設(shè)計(jì)了用戶端、處理端、輸出端的層次架構(gòu),讓系統(tǒng)的模塊化更加鮮明,具有更好的可擴(kuò)展性和可移植性。(2)由于DDS芯片的可擴(kuò)展性較差,為了保證系統(tǒng)未來的可擴(kuò)展性與可移植性,設(shè)計(jì)了基于FPGA的DDS波形發(fā)生技術(shù)以及數(shù)字幅度調(diào)制技術(shù),使其能夠通過更簡單的代碼架構(gòu),來更高效地實(shí)現(xiàn)DDS波形發(fā)生與數(shù)字幅度調(diào)制。(3)由于鍵盤式或按鍵式的操作體驗(yàn)差、使用壽命短等缺點(diǎn),本課題采用了觸摸屏設(shè)計(jì),充分結(jié)合觸摸屏的高清晰度、動態(tài)畫面顯示燈特點(diǎn),設(shè)計(jì)了完美的用戶操作界面,使得操作更加便利,操作體驗(yàn)更加人性化。(4)通過對整個(gè)系統(tǒng)所有的輸出波形進(jìn)行了全面的性能參數(shù)的測試,并且通過相關(guān)臨床驗(yàn)證的方式,采用中心分層隨機(jī)化的評價(jià)方法,以臨床驗(yàn)證中心的分層結(jié)果對比分析方法為基礎(chǔ),更加直觀有效地分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本論文的主要是設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)基于ARM與FPGA的中頻干擾電療儀的設(shè)計(jì)方案。通過采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,有效地利用FPGA的可編程性,將實(shí)現(xiàn)干擾電波形輸出所必需的掃頻功能、調(diào)制度控制功能和幅度調(diào)制功能集成至FPGA芯片內(nèi),再利用微控制器STM32的特性設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控功能、觸摸屏操作控制功能、驅(qū)動控制FPGA等功能,此方案實(shí)現(xiàn)了治療波形輸出的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制以及差頻頻率的可調(diào)節(jié),并且使用低頻幅度調(diào)制的方法對三路中頻電流進(jìn)行處理,進(jìn)而在人體病癥部位形成不同方向、角度或形狀的動態(tài)電刺激效應(yīng),從而達(dá)到緩解疼痛、促進(jìn)血液循環(huán)和引起局部神經(jīng)肌肉電刺激等效果。最終測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有緩解疼痛、促進(jìn)血液循環(huán)和引起局部神經(jīng)肌肉電刺激等功效,其治療效果較其他廠家有顯著提升。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH772.1
【部分圖文】：

擇使用滿足ＲＳ２３２串行通信標(biāo)準(zhǔn)以及單端進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入及輸出的ＭＡＸ２３２Ａ芯片作為逡逑串口通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片。ＭＡＸ２３２Ａ芯片在通過輸出較大擺幅的輸出電壓的方式逡逑來有效降低在數(shù)據(jù)傳輸通信的過程中存在噪聲干擾。如圖３－９所示是串口通信電路圖。逡逑１Ｃ３５邐３．３邋Ｖ逡逑ＩＩ邐＂邋ＧＮＤ邐ＲＩＮ１邐＾邐？逡逑邐Ｕ９邋０．１邋ｕＦ邐ＰＯＵＴ邋Ｉ邋］邋＾逡逑Ｍｎ邋Ｓ１＋邐Ｈｒ－１邋Ｔ邐ＧＫＤ，｜ＩＩ邐１３逡逑ＵＬＭ邐ｕ邋ｃｌ邋ｄｏｕｔｉ邋丨邋１４邋ｄｏｕｔ１逡逑邐邐Ｃ２＋邋ｍｈ邋ｉ邋１３邋ＲＩＮ１逡逑．５邐丨邋１２邋ＲＯＵＴ１邐ＲＩＮ２邐！，逡逑Ｚ±＝１Ｃ３２邐邐６＿邐Ｉ邋１１邋ＤｆＮｌ邐ＤＯＵＴ２邋，逡逑ＵＬｌｉｉＬＪ邋ｇ＾Ｔ２邋７邋ｄ0ＵＴ２邐ＧＮＤｉ｜｜ｌ＿＿ｊ邋３邐］逡逑啤ｇ．．邋８邋Ｒ１Ｎ２邋Ｒ＿」．ＲＱＵ．Ｔ２邐＇Ｉ邋邐＾逡逑邐１Ｃ；４邋ＭＡＸ２３２邐？逡逑０．１邋ｕＦ逡逑ＧＮＤ逡逑圖３－９串口通信電路圖逡逑３．２．４數(shù)模轉(zhuǎn)換電路逡逑２５逡逑

邐ＪＴＡＧ邐ｇ�。溴义蠄D３－８ＦＰＧＡ配置電路圖逡逑配置芯片ＥＰＣＳ１芯片有ＳＩ邋（數(shù)據(jù)輸入）、ＣＬＫ邋（時(shí)鐘輸入）、ＣＳ邋（片選）以及ＳＯ逡逑（數(shù)據(jù)輸出）共４個(gè)端口。其中，配置芯片捕獲到ＣＬＫ引腳輸入的時(shí)鐘脈沖信號的上逡逑升沿時(shí)鎖住控制信號以及輸入信號，然后在捕獲到ＣＬＫ引腳輸入的時(shí)鐘脈沖信號的下逡逑降沿通過ＳＯ端口將數(shù)據(jù)傳輸至ＦＰＧＡ；邋ＣＳ引腳直接與ＦＰＧＡ的配置引腳相連，在上電逡逑配置時(shí)ＦＰＧＡ根據(jù)ＣＳ端選擇配置器件，將控制信號數(shù)據(jù)以及地址數(shù)據(jù)通過串行地址、逡逑串行時(shí)鐘端口傳輸至需配置的器件；配置芯片傳輸完配置數(shù)據(jù)后，就停止捕獲時(shí)鐘脈沖逡逑信號輸入。若配置過程中發(fā)送錯(cuò)誤，則ＦＰＧＡ芯片控制ＣＳ端口重置配置芯片并拉低逡逑ｎＣｏｎｆｉｇ信號端口的電平并保持低電平信號５０ｕｓ以上即進(jìn)行重新配置。逡逑３．２．３串口通信電路逡逑本系統(tǒng)的串口通信電路實(shí)現(xiàn)主控ＭＣＵ與觸摸屏的指令數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋１鞠到y(tǒng)選逡逑擇使用滿足ＲＳ２３２串行通信標(biāo)準(zhǔn)以及單端進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入及輸出的ＭＡＸ２３２Ａ芯片作為逡逑串口通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片。ＭＡＸ２３２Ａ芯片在通過輸出較大擺幅的輸出電壓的方式逡逑來有效降低在數(shù)據(jù)傳輸通信的過程中存在噪聲干擾。如圖３－９所示是串口通信電路圖。逡逑１Ｃ３５邐３．３邋Ｖ逡逑ＩＩ邐＂邋ＧＮＤ邐ＲＩＮ１邐＾邐？逡逑邐Ｕ９邋０．１邋ｕＦ邐ＰＯＵＴ邋Ｉ邋］邋＾逡逑Ｍｎ邋Ｓ１＋邐Ｈｒ－１邋Ｔ邐ＧＫＤ，｜ＩＩ邐１３逡逑ＵＬＭ邐ｕ邋ｃｌ邋ｄｏｕｔｉ邋丨邋１４邋ｄｏｕｔ１逡逑邐邐Ｃ２＋邋ｍｈ邋ｉ邋１３邋ＲＩＮ１逡逑．５邐丨邋１２邋ＲＯＵＴ１邐ＲＩＮ２邐！

ｆｓ．ＦＳ邋１０２４逡逑式（３．２）與式（３．３）中，０９／）五是Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器的Ｄ０－Ｄ９的數(shù)據(jù)位的十進(jìn)制表達(dá)方逡逑式。其中，輸出電流／Ｏｔ／Ｔｌ與／ＯＬＴ２驅(qū)動負(fù)載電阻或者等效于負(fù)載電阻的變壓器。逡逑將輸出電流／ＯＬＴ１與／ＯＣ／Ｔ２轉(zhuǎn)換為單端型的輸出電壓ＦＯＬＴ１與ＷＬＴ２邋，其具體表示如逡逑下所示：逡逑ＶＯＵＴ＼邋＝邋ＩＯＵＴ＼ｘＲｌｏｒｄ邋＝＾＾ｘＩ0ＵＴｆｓｘＲｗｒｄ邐（３．４）逡逑ＶＯＵＴ２邋＝邋ＩＯＵＴｌｘＲｌ0ｒｄ邋＝邐ｘＩＯＵＴＰＳ邋ｘＲｗｒｄ邐（３．５）逡逑而微分輸出電壓的表亦如下所不：逡逑ＶＯＵＴｄｉｆｆ邋＝邋ＶＯＵＴＩ－ＶＯＵＴ２邋＝邋（２ＣＱ＾－１０２３）邋ｘＩＯＵＴｆｓ邋ｘＲｗｒｄ邐（３．６）逡逑Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片ＴＨＳ５６５１Ａ的ＩＯＵＴｌ與ＩＯＵＴ２端口的輸出電壓直接決定了它的輸出逡逑阻抗。在實(shí)際應(yīng)用中通過使用運(yùn)放的方式來達(dá)到效果最佳的直流積分非線性。為了提高逡逑運(yùn)放電路的轉(zhuǎn)換效率使用反饋電容對Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換芯片ＴＨＳ５６５１Ａ輸出電流的陡峭邊緣進(jìn)逡逑行過濾處理。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖如圖３－１０所示。逡逑９Ｕ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 程欽;潘玲佼;任艷玲;;一種偽隨機(jī)控制的2ASK調(diào)制解調(diào)電路實(shí)現(xiàn)[J];江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào);2014年06期

2 張科;蒲娟;;工程中AM調(diào)制方法分析與MATLAB仿真[J];科技資訊;2014年11期

3 毛勁松;葉海江;周灝;王健;來金梅;;一種高速FPGA配置電路設(shè)計(jì)[J];復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

4 劉明娟;姚明;黃兵;朱艷麗;倪華棟;過建國;肖純;周煦燕;;體感誘發(fā)電位刺激儀和視覺模擬量表用于術(shù)后疼痛評估的比較[J];實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志;2013年06期

5 周峰;朱宗玖;;電動汽車充電樁迪文DGUS觸摸屏的實(shí)現(xiàn)[J];科技視界;2013年03期

6 潘方;;RS 232串口通信在PC機(jī)與單片機(jī)通信中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年13期

7 江旭光;王世亮;許媛媛;儲成頂;;等效性/非劣性檢驗(yàn)在方法學(xué)研究中的應(yīng)用嘗試[J];安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年06期

8 梁九鵬;李永亮;鄭佳;;FPGA器件中PLL的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J];無線電工程;2007年09期

9 王家泉;毛春;;尼莫地平對高血壓腦出血治療的研究[J];腦與神經(jīng)疾病雜志;2006年06期

10 張建斌;頻率合成新技術(shù)及其應(yīng)用[J];江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào);2003年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 胡安燦;基于FPGA的DDS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];上海師范大學(xué);2014年

2 趙麗娜;基于FPGA的DDS信號發(fā)生器的研究與設(shè)計(jì)[D];河北大學(xué);2013年

3 彭偉娣;嵌入式低功耗上電復(fù)位與晶振電路設(shè)計(jì)[D];湘潭大學(xué);2013年

4 王彬;基于FPGA的直接數(shù)字式頻率合成器DDS的設(shè)計(jì)[D];安徽理工大學(xué);2012年

5 孟倩;基于MSP430F149的干擾電治療儀的研究[D];燕山大學(xué);2009年

6 雷立云;數(shù)字式頻率合成器的研究與設(shè)計(jì)[D];湖南大學(xué);2007年

7 閆世艷;臨床研究中常用隨機(jī)化方法的比較[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2006年

8 王文華;基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器研究[D];浙江大學(xué);2002年

本文編號：2808283