家用电子脉冲理疗仪的设计与制作
摘 要家用电子脉冲理疗仪，是利用一定范围内波形、频率、幅度可以调整变化的低频电脉冲波，对经脉和穴位进行电刺激，达到舒活血脉、减轻和治疗疼痛不适症状，舒缓疲劳的效果的治疗和理疗保健仪器。论文介绍了目前国内理疗仪的广大市场现状和用户对理疗仪的需求。根据个人家用的使用环境，设计制作了线路简单，元件常见，价格低廉，便于携带，并且操作方便，非常适合家庭日常使用的应用线路，并具有脉冲强度可调，模拟敲打、按摩手法进行治疗的功能。线路由CD4060来振荡产生波形，并利用IC自身分频与外接电阻组成的网络来简单的处理波形变换，通过选择开关实现不同的波形对应不同的按摩方式。利用达林顿电路来实现脉冲小信号放大和变压器升压电路驱动。升压变压器、电位器来调节输出电压的范围。整个电路包含的功能模块有，振荡分频器、波形变换、脉冲选择小信号放大、功率驱动放大、升压电路、电源电路。本次毕业设计对线路进行硬件制作验证，通过示波器、数字电压表的测量显示，表明电路具有一定的功能特性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1电脉冲理疗仪的发展背景 1
1.2现有的理疗仪的研究成果 1
第二章 低频电子脉冲理疗仪的功能和作用 3
2.1低频电子脉冲理疗仪的镇痛机制 3
2.2低频电子脉冲理疗仪的特点 3
2.3低频电子脉冲理疗仪的应用及效果 4
第三章 方案论述 5
3.1主要设计内容和要求 5
3.2方案框图分析 5
3.3电路分析 6
3.3.1放大、驱动电路分析 7
3.4元器件的选择 8
3.4.1CD4060型时序分频器集成电路 9
3.4.2S9014型NPN三极管 10
3.4.32N5655型NPN三极管 11
3.4.4D880型NPN三极管 11
3.4.5IN4007型硅整流二极管 11
3.4.6其他元器件 12
第四章 测量和调试 13
4.1需要测量的参数 13
4.2测量的波形和参数 13
第五章 硬件的调试和问题的解决 16
5.1
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硬件电路的制作 16
5.2硬件成品的功能分析 16
结束语 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 元件清单 20
附录二 硬件图 21
第一章 绪论
1.1电脉冲理疗仪的发展背景
医学上利用脉冲电流治病的历史已有100多年。公元前420年的古希腊的医生希波克拉底和公园前46年的古罗马的医生是最早开始用“电”来治疗疾病的。一种可以放电的鱼被他们用来给病人服用或者放在患病的地方来治疗中风和头疼。自从1831年发明了感应电的装置后，人们便用脉冲电流来治疗瘫痪、头疼、坐骨神经的疼痛以及心脚疼等一些疾病。从19世纪的末期到20世纪的前期，用电治疗的这种方法便开始进入了一个“黄金的时代”，然后随着人们不断深入研究关于电生理学的知识，各种各样的电疗法被发明了出来并且广泛地应用在临床方面的治疗。间动的电疗法于1950年问世。随后，大规模集成电路和计算机技术的问世，人们开发了很多体积小的、功能多的、使用也很便捷的电疗设备和仪器，并且在功能性的电刺激疗法和研发和运用镇痛的这方面获得了比较大的进展，使得电疗法尤其是低频的脉冲电疗在临床上的应用更加的广泛。
1.2目前国内的理疗仪的研究成果
现在在国内的一些理疗的治疗方式主要在针灸和按摩的基础上的。因为传统的针灸和按摩的治疗，一个是疗程比较长，耗时间，第二个是对实施治疗的人的手法和专业知识要求比较高，所以基于广大患者的要求和一个市场的需求，研究和开发能够模拟针灸和按摩的治疗手法的理疗设备就具有非常重要的意义和价值了。
目前的理疗设备主要分成两种：一种为电子针灸的理疗仪，该理疗仪的特点是它的输出装置非常像针灸，通过针灸的治疗方式来刺激人的经络输穴来治疗一些疾病。另外一种就是用脉冲来模拟按摩手法的理疗仪，通过电脉冲作用在人体上，来刺激和按摩人体的皮肤、肌肉、关节神经等一些部位，使得血液更好的循环，改善人体的新城代谢，这样人体本身的自身抗病的能力就会被提高，炎症的渗出的吸收也会有很好的改善，同时肌肉的痉挛和疼痛也被缓解，这样就达到了一个治病的目的。该类型的理疗设备输出脉冲的地方多是比较大的片状电极，这样就可以增大与人体的接触面积，增大导电面积。
按照大小来分类，理疗仪可以分成三类：大型、中型、便携性。大型的理疗仪可以提供很多种治疗的模式，功率可以达到40w，但是时一些参数却不能自己调控，像时间和频率，或者只有两三个固定的档位可以来选择，比如时间只有10分钟、20分钟、30分钟这样的三个档位，治疗的强度就只有弱、中、强，尺寸很大，重量很重，像是华的康全功能型频谱理疗仪；一般医院使用的多为中型的理疗仪，该类型的理疗仪具备有10多种的治疗模式，功率不到20w，时间和频率的配置档位可以选择，尺寸和重量相比大型理疗设备轻一点，像是六合的多功能理疗仪；便携性的理疗仪，功能比较少，功率不大，但是轻巧，多可以手持。
大型治疗仪有一个非常明显的缺点就是在它的电源上，它的电源一般都是用交流的变压器将220V的高压交流电降为低压的交流电，然后再通过一个整流滤波的电路来获得所需要的直流电压，但是这样的大功率的交流变压器的磁芯非常大，铜线的直径很粗，匝数比也比较多，所以在重量和尺寸方面都非常大，十分vulgar利用人们的携带和运输；除此之外大功率的交流电的变压器的效率也非常低，但是换成高效率的变压器价格也相当的惊人。
中型和便携性的理疗仪多是针对一种或是几种特定的疾病设计的。这两种理疗仪的电源电路多是采用的电池来供电，为了减小设备的尺寸和重量，达到方便运输和便携的要求，用DC/DC的转换电路来将电压升为直流高压，但是由于电池的容量是有限的，所以该类型的理疗仪的输出功率比较小。一般便携式的理疗仪输出的功率都低于2W，并且为了有正负脉冲的双向输出，还要额外设计一个负电压的电路。
按照理疗仪的频率分类，常见的可以分为低频（工作频率为0.5—1000Hz）、中频（工作频率为1001100000Hz）和高频（大于100000Hz）。
综合以上理疗仪的特点和本课题要求的家用和小功率，低频、脉冲按摩的小型理疗仪是符合本次要求的，下一章着重介绍低频电子脉冲理疗仪。
第二章 低频电子脉冲理疗仪的功能和作用
2.1低频电子脉冲理疗仪的镇痛机制
关于低频的电脉冲的镇痛作用的机制，现有的两种学术说法得到了普遍的认可。
第一种是人们在1965年提出的闸门控制的学说，人们将可以传导疼痛感觉的神经纤维分为两类：一类是粗神经纤维，一类是细神经纤维。这两类神经纤维传导的疼痛是不一样的。粗神经纤维主要传导的是浅层的锐痛，细神经纤维主要传导的是深层的灼痛和钝痛。这两类的神经纤维可以将刺激的信号传送到脊椎的第二个神经的T细胞，同时又向能形成胶样质的SG细胞发出了突起。。SG细胞能够抑制住传入的T细胞的刺激，从粗纤维传送来的刺激可以加强SG细胞的抑制的作用，从西纤维传送来的的刺激可以减轻SG细胞的抑制的作用。经皮神经经过电的刺激的时候可以引起粗纤维的一种兴奋，来关闭了疼痛向T细胞传导的闸门，缓解了病人的疼痛。
目 录
第一章 绪论 1
1.1电脉冲理疗仪的发展背景 1
1.2现有的理疗仪的研究成果 1
第二章 低频电子脉冲理疗仪的功能和作用 3
2.1低频电子脉冲理疗仪的镇痛机制 3
2.2低频电子脉冲理疗仪的特点 3
2.3低频电子脉冲理疗仪的应用及效果 4
第三章 方案论述 5
3.1主要设计内容和要求 5
3.2方案框图分析 5
3.3电路分析 6
3.3.1放大、驱动电路分析 7
3.4元器件的选择 8
3.4.1CD4060型时序分频器集成电路 9
3.4.2S9014型NPN三极管 10
3.4.32N5655型NPN三极管 11
3.4.4D880型NPN三极管 11
3.4.5IN4007型硅整流二极管 11
3.4.6其他元器件 12
第四章 测量和调试 13
4.1需要测量的参数 13
4.2测量的波形和参数 13
第五章 硬件的调试和问题的解决 16
5.1
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硬件电路的制作 16
5.2硬件成品的功能分析 16
结束语 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 元件清单 20
附录二 硬件图 21
第一章 绪论
1.1电脉冲理疗仪的发展背景
医学上利用脉冲电流治病的历史已有100多年。公元前420年的古希腊的医生希波克拉底和公园前46年的古罗马的医生是最早开始用“电”来治疗疾病的。一种可以放电的鱼被他们用来给病人服用或者放在患病的地方来治疗中风和头疼。自从1831年发明了感应电的装置后，人们便用脉冲电流来治疗瘫痪、头疼、坐骨神经的疼痛以及心脚疼等一些疾病。从19世纪的末期到20世纪的前期，用电治疗的这种方法便开始进入了一个“黄金的时代”，然后随着人们不断深入研究关于电生理学的知识，各种各样的电疗法被发明了出来并且广泛地应用在临床方面的治疗。间动的电疗法于1950年问世。随后，大规模集成电路和计算机技术的问世，人们开发了很多体积小的、功能多的、使用也很便捷的电疗设备和仪器，并且在功能性的电刺激疗法和研发和运用镇痛的这方面获得了比较大的进展，使得电疗法尤其是低频的脉冲电疗在临床上的应用更加的广泛。
1.2目前国内的理疗仪的研究成果
现在在国内的一些理疗的治疗方式主要在针灸和按摩的基础上的。因为传统的针灸和按摩的治疗，一个是疗程比较长，耗时间，第二个是对实施治疗的人的手法和专业知识要求比较高，所以基于广大患者的要求和一个市场的需求，研究和开发能够模拟针灸和按摩的治疗手法的理疗设备就具有非常重要的意义和价值了。
目前的理疗设备主要分成两种：一种为电子针灸的理疗仪，该理疗仪的特点是它的输出装置非常像针灸，通过针灸的治疗方式来刺激人的经络输穴来治疗一些疾病。另外一种就是用脉冲来模拟按摩手法的理疗仪，通过电脉冲作用在人体上，来刺激和按摩人体的皮肤、肌肉、关节神经等一些部位，使得血液更好的循环，改善人体的新城代谢，这样人体本身的自身抗病的能力就会被提高，炎症的渗出的吸收也会有很好的改善，同时肌肉的痉挛和疼痛也被缓解，这样就达到了一个治病的目的。该类型的理疗设备输出脉冲的地方多是比较大的片状电极，这样就可以增大与人体的接触面积，增大导电面积。
按照大小来分类，理疗仪可以分成三类：大型、中型、便携性。大型的理疗仪可以提供很多种治疗的模式，功率可以达到40w，但是时一些参数却不能自己调控，像时间和频率，或者只有两三个固定的档位可以来选择，比如时间只有10分钟、20分钟、30分钟这样的三个档位，治疗的强度就只有弱、中、强，尺寸很大，重量很重，像是华的康全功能型频谱理疗仪；一般医院使用的多为中型的理疗仪，该类型的理疗仪具备有10多种的治疗模式，功率不到20w，时间和频率的配置档位可以选择，尺寸和重量相比大型理疗设备轻一点，像是六合的多功能理疗仪；便携性的理疗仪，功能比较少，功率不大，但是轻巧，多可以手持。
大型治疗仪有一个非常明显的缺点就是在它的电源上，它的电源一般都是用交流的变压器将220V的高压交流电降为低压的交流电，然后再通过一个整流滤波的电路来获得所需要的直流电压，但是这样的大功率的交流变压器的磁芯非常大，铜线的直径很粗，匝数比也比较多，所以在重量和尺寸方面都非常大，十分vulgar利用人们的携带和运输；除此之外大功率的交流电的变压器的效率也非常低，但是换成高效率的变压器价格也相当的惊人。
中型和便携性的理疗仪多是针对一种或是几种特定的疾病设计的。这两种理疗仪的电源电路多是采用的电池来供电，为了减小设备的尺寸和重量，达到方便运输和便携的要求，用DC/DC的转换电路来将电压升为直流高压，但是由于电池的容量是有限的，所以该类型的理疗仪的输出功率比较小。一般便携式的理疗仪输出的功率都低于2W，并且为了有正负脉冲的双向输出，还要额外设计一个负电压的电路。
按照理疗仪的频率分类，常见的可以分为低频（工作频率为0.5—1000Hz）、中频（工作频率为1001100000Hz）和高频（大于100000Hz）。
综合以上理疗仪的特点和本课题要求的家用和小功率，低频、脉冲按摩的小型理疗仪是符合本次要求的，下一章着重介绍低频电子脉冲理疗仪。
第二章 低频电子脉冲理疗仪的功能和作用
2.1低频电子脉冲理疗仪的镇痛机制
关于低频的电脉冲的镇痛作用的机制，现有的两种学术说法得到了普遍的认可。
第一种是人们在1965年提出的闸门控制的学说，人们将可以传导疼痛感觉的神经纤维分为两类：一类是粗神经纤维，一类是细神经纤维。这两类神经纤维传导的疼痛是不一样的。粗神经纤维主要传导的是浅层的锐痛，细神经纤维主要传导的是深层的灼痛和钝痛。这两类的神经纤维可以将刺激的信号传送到脊椎的第二个神经的T细胞，同时又向能形成胶样质的SG细胞发出了突起。。SG细胞能够抑制住传入的T细胞的刺激，从粗纤维传送来的刺激可以加强SG细胞的抑制的作用，从西纤维传送来的的刺激可以减轻SG细胞的抑制的作用。经皮神经经过电的刺激的时候可以引起粗纤维的一种兴奋，来关闭了疼痛向T细胞传导的闸门，缓解了病人的疼痛。
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