王云光，杨依华，程海凭

(1.上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093；2.上海健康医学院，上海 200093)



基于单片机的超短波理疗仪设计综述

王云光1,2，杨依华1，程海凭2

(1.上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093；2.上海健康医学院，上海 200093)

超短波理疗仪通过采用电子管振荡产生的超短波高频电场工作原理，实现对患者进行治疗。文中应用单片机作为控制系统的超短波理疗仪具有较好的治疗性能。文中介绍了超短波理疗仪的功能架构、系统构成，单片机的性能特点、分类和应用以及超短波理疗仪的软件流程等，对基于单片机的超短波理疗仪进行了较为系统的分析，并对超短波理疗仪未来的发展趋势进行了展望。

超短波；理疗仪；单片机；系统构成；软件流程

WANG Yunguang1,2, YANG Yihua1, CHENG Haiping2

(1. Medical Device and Food Sciences, University of Shanghai for Science &Technology, Shanghai 200093, China;2. Shanghai Health Medicine College, Shanghai 200093, China)

超短波理疗仪是一种较传统的治疗仪器，其是通过电子管振荡产生的超短波高频电场，实现对患者进行治疗的仪器设备[1]。所谓超短波电流，通常指波长为1～10 m，频率为30～300 MHz的射频电流，而在欧美国家，由于短波和超短波并未进行确切的划分，所以均统称为短波或射频[2]。

超短波理疗法是指超短波理疗仪通过电容电极输出能量，将患部置于各电极之间，通过给各电极施加高频电场的作用，促使患者病变部位的分子和离子在高频电场作用下在其平行位置振动，并互相摩擦从而产生热效应[3]。这种热效应使患部的表层和深层组织均匀受热，能增强血管通透性、改善微循环、调节内分泌、加强组织机体的新陈代谢，降低感觉神经的兴奋性，从而达到抑菌、消炎、止痛、解痉等作用，促进血液的循环和修复，实现增强机体免疫力的治疗目的[4]。

1 超短波理疗仪系统构成

如图1所示，单片机控制系统为其核心的控制部分，通过单片机控制系统控制超短波理疗仪强度控制模块，实现设定的理疗效果，同时通过实时反馈控制部分，对强度控制模块进行反馈控制，保持理疗系统的稳定性。对理疗仪系统电源电压进行实时数据采集，控制调压模块，使得电源电压保持在稳定的范围内[5]。利用单片机控制系统控制显示器、按键等外部输出接口模块，使治疗系统的实时数据可以输出到外部，工作人员也可通过外部输出接口对单片机控制系统发送控制命令，从而控制理疗仪系统的正常运行。通过调谐电路采样模块，将超短波发生电路的调谐性能实时输送到单片机控制系统，单片机控制系统通过调谐电路控制模块控制超短波发生电路，使治疗过程保持在预定的控制范围以内，从而达到稳定的控制性能[6]。

图1 基于单片机的超短波理疗仪系统

超短波理疗仪的系统设计需满足以下性能指标：

(1)频率响应性能稳定可靠。超短波是指频率为30～300 MHz的射频电流，设计超短波理疗仪首先需要选定特定频率的射频电流作为正常工作的超短波发生电流。同时，其频率参数需要保持稳定，由此既可保证电极间的超短波输出正常，也可减少理疗仪各个部件因射频电流频率震荡导致的系统寿命缩短问题；

(2)仪器工作功率控制稳定。当超短波理疗仪产生的射频电流频率和幅值稳定的情况下，仪器设备的供电电压也要保持相应的稳定。超短波理疗仪供电电源一般采用工频220 V电压，电源系统通过稳定的开关电源进行电源电压控制，使电源电压保持在稳定的控制范围内，从而保证仪器系统的工作功率保持稳定；

(3)自适应反馈控制。在单片机控制系统设定系统输出电路参数的同时，通过系统自适应反馈的良好功能，控制仪器检测电路的输出参数，使治疗系统的设定强度功能和电路阻抗参数能实时地相匹配，使整个疗程保持稳定，治疗达到预期效果；

(4)调谐电路稳定控制。单片机控制系统通过控制调谐电路使得超短波发生电路保持稳定，输出稳定的超短波。同时，通过调谐电路采样模块，将调谐电路的参数实时反馈到单片机控制系统，控制系统根据采样得到的电路参数，通过控制算法运算，控制调谐电路保持稳定，从而使超短波输出保持正常稳定值。

2 单片机控制系统

如图2所示，单片机系统是通过总线系统，将微处理器、计数器、存储器、定时器、并行接口和串行接口等功能模块集成在一块半导体硅片上，所以这种微型计算机被称为单片微型计算机或单片机。其具有速度快、体积较小、功能齐全、功耗较低、集成度较高等优点，且扩展功能模块较为简便[7-8]。

图2 单片机系统结构框架

如图3所示，用户可根据自身的需要，从产品功耗、运行速度、接口需求等方面选择满足需求的单片机型号。

图3 单片机分类情况

3 超短波理疗仪系统软件流程

应用单片机作为控制系统的超短波理疗仪软件运行方式，如图4所示。首先超短波理疗仪开始上电运行，理疗仪系统内部的电压、电流采集模块对理疗仪的电源电压，运行电流进行采集，计算运行功率，判断电压、电流、功率等电气指标是否满足要求，若满足要求，则等待外部人员发出的理疗仪设定命令；若不满足要求，则继续调整理疗仪的电源稳压电路，直至超短波理疗仪的电气特性保持稳定。当外部人员发出超短波设定命令时，系统通过单片机控制系统对超短波理疗仪各项工作指标进行设定，再触发超短波发生电路，产生所需的超短波，并判断超短波指标是否正常；若不正常，则继续调整超短波直至满足要求；若正常，则继续运行超短波发生电路，直至运行时间到，结束超短波理疗仪的运行。

图4 超短波理疗仪软件流程

4 结束语

超短波理疗仪可促使患者的病患部位均匀受热，增强血管通透性，加强组织细胞的新陈代谢，实现增强机体免疫力的功能。单片机具有速度快、体积较小、功能齐全、功耗较低等特点，应用单片机作为控制系统的超短波理疗仪，具有较好的治疗性能。本文介绍了超短波理疗仪的功能架构、系统构成，单片机的性能特点、分类和应用，以及软件流程等，对基于单片机的超短波理疗仪进行了较为系统的分析。

[1] 陈燕群.药物配合超短波治疗盆腔炎的疗效观察[J].国际医药卫生导报,2006(22):63-64.

[2] 杨平,林晓华.超短波配合肺康复治疗慢性阻塞性肺疾病的疗效观察及护理[J].现代临床护理,2006(3):27-29.

[3] 李巍巍,苑秀华,杨坚,等.超短波治疗对大鼠坐骨神经钳夹伤后运动功能、MCV及血管内皮生长因子表达的影响[J].中国康复,2010,25(6):423-425.

[4] 刘萍,赵清华,王黔燕,等.超短波治疗老年性骨质疏松症患者疼痛的疗效分析[J].现代预防医学,2011,38(1):127-128.

[5] 王云光,种晓晨,程海凭.超短波理疗仪控制系统抗干扰设计[J].生物医学工程学进展,2015,36(3):150-154.

[6] 王云光,范煦,程海凭,等.超短波理疗仪测控系统设计[J].生物医学工程学进展,2014,35(4):204-208.

[7] 吉建功.基于单片机的桥梁挠度测量系统[D].北京:北京交通大学,2015.

[8] 安艳伟.基于单片机的分布式液位控制系统设计[J].计算机测量与控制,2009(12):42-45.

Review of the Design of Ultrashort Wave Therapy Instruments Based on MCU

The working principles of ultrashort wave therapy apparatus are the use of electronic tube oscillation due to the ultrashort wave with high frequency electric field for the treatment of patients. The application of single chip microcomputer as the ultrashort wave therapy instrument control system has better performance of treatment. The functions and system structure of ultrashort wave therapy apparatus are introduced, the performance characteristics, classification, application of the single chip and the ultrashort wave therapy apparatus software flow are discussed, and a systematic analysis of ultrashort wave therapy instrument based on AVR microcontroller is made. The future development trend of ultrashort wave therapy instruments is outlined.

ultrashort wave; physiotherapy instrument; MCU; system composition; software flow

2016- 01- 18

王云光(1963-)，男，副教授。研究方向：康复理疗仪研发。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.10.042

TN911；R454

A

1007-7820(2016)10-147-03