李镇洵，蔡有杰，迟 卓，王梓明，冯宇琛

（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

1 帕金森概述

帕金森（Idiopathic Parkinson’s Disease，PD）简称Parkinson病，也称为震颤麻痹，是一种中老年人常见的神经系统变性疾病，也是中老年人最常见的锥体外系疾病，慢性进展性病程。该病症状主要表现为：静止性震颤、动作迟缓及减少、姿势不稳、平衡障碍等，严重影响日常生活和工作[1-2]。

典型症状表现为“搓丸样”震颤，震颤频率在4～6 Hz左右，帕金森病病因尚不明确，无法根治，只能由药物治疗、运动疗法、手术治疗、心理疏导及照料护理等治疗手段尽量控制病情恶化[3-6]。

目前，帕金森症尚无有效治愈的办法，大多数患者只能采用药物或物理治疗延缓病症，本实验所设计的帕金森手部消颤电路，通过微小振动，可暂时性相对抵消手部颤动，使手部达到相对静止的状态而平稳地活动，与以往化学治疗的方式相比，它是通过物理治疗的方法解决了帕金森患者手抖的问题，因此成效比药物来得快而且极具安全性[7]。

2 系统总体设计

该系统采用嵌入式技术，系统自主检测患者手臂颤抖产生振动频率和幅度，从而来调节微型振动马达的频率。控制系统采用单片机89C52为核心，实时控制微型振动马达振动状态，使马达的振动频率与帕金森患者手抖频率基本保持一致，控制系统采用闭环控制设计，从而使得手部的颤抖与马达震动进行协颤运动，保持相对稳定状态。系统采用加速度传感器检测患者手部震颤频率；手部震颤频率属于低频信号，容易受外界干扰，设计低通滤波器对信号进行滤波；选用8位ADC实现信号的数模转换。系统整体设计如图1所示。

3 震颤信号检测电路设计

震颤信号频率、幅度的检测是该电路设计的关键，其频率、幅度直接影响振动电机工作状态。震颤信号可利用生物信号传感器、光电信号传感器和机械信号传感器进行检测[8]。

帕金森典型症状表现为“搓丸样”震颤，此震颤行为是较为复杂的运动过程，震颤信号是一个叠加式的信号，其频率一般在一定范围内变化，在 4～6 Hz 。本实验所采用的震颤信号采集电路为角速度传感器与陀螺仪组合的形式。加速度传感器可以测量X，Y，Z 3个轴方向的加速度；陀螺仪可以测得角速度的相应变化[9-10]。

为满足上述功能，检测电路采用JY901九轴陀螺仪模块，该模块集成了高精度的陀螺仪、角速度传感器，姿态测量精度0.05度；具有优越的数字滤波功能，起到低通滤波器的作用，有效降低检测时的噪声；具有4路扩展端口，两种输入、两种输出，可根据功能需求配置不同模式：模拟量输入、数字量输入、数字量输出、PWM输出。本电路设计采用数字量输出模式，与单片机采用I2C总线进行连接，如图2所示，I2C总线通过一个4.7 K的电阻上拉到VCC。

4 振动马达驱动电路设计

为减小整体设备体积与质量，采用微型振动马达实现振动功能，此微型振动马达属于直流有刷电机。在振动马达轴面上有一个偏心轮，当马达正常工作时，由于偏心轮圆心质点未在电机专心上，所以马达始终处于失衡状态，从而产生震动。控制系统不能直接驱动振动马达，需要功率电路来扩展输出电流，用以满足振动马达正常工作。本文中采用由三极管（NPN型8050、PNP型8550）和二极管（1N4007）组成的H型PWM驱动电路，此驱动电路响应时间短，调速范围较广，并且过载能力较强，如图3所示，M1-DC和M2-DC分别与单片机I/O引脚P1.0、P1.1相连接，图中“振动马达”处为连接电机两引脚。

图2 JY901模块与单片机连接图

图3 微型振动马达驱动电路

5 调速控制

本设计调速方案是通过控制三极管导通状态，从而调节驱动电压脉冲宽度的方式进行精确调整电动机转速。PWM调速采用单极性工作方式，其电流波动较小，当振动马达正常工作时，使单片机P1.0引脚或P1.1引脚置低电平，另一引脚输出PWM信号，通过控制两引脚的输出状态，即控制占空比状态，即可调节振动马达的转速。为提高精度，程序上采用定时器控制脉冲宽度，部分代码为：

6 结语

本实验通过查阅相关文献、资料，分析帕金森患者手部震颤频率等数据特点，结合嵌入式技术，设计了消颤电路，主要包括：震颤信号检测电路和振动马达驱动电路。电路设计结构紧凑，能够实现震颤信号的高精度采集，电路采用闭环控制，驱动电路可以实时完成振动马达的调速，用以对患者震颤的消除。