低频共振生物电治疗仪.pdf

本发明公开了一种低频共振生物电治疗仪，涉及医疗器械技术领域、美容领域和保健领域，包括信号发生器、信号频率选择器、增益控制电路、功率放大器、电流取样及全波整流滤波电路和单片机控制电路，所述信号发生器、信号频率选择器、增益控制电路、功率放大器和电流取样及全波整流滤波电路顺序连接，且信号频率选择器和增益控制电路的控制端与单片机控制电路相连；该低频共振生物电治疗仪还包括：一过流和开路保护电路，用于实现该低频共振生物电治疗仪在异常情况下的断电保护，过流和开路保护电路的输入端连接于电流取样及全波整流滤波电路的输出端，并通过电压比较器与单片机控制电路的输入端连接。本发明输出为正弦波，能量分布均匀，深入病灶能力强，安全可靠，当输出电流大于设定值时可在瞬间关闭。

权利要求书
1.  一种低频共振生物电治疗仪，包括：信号发生器(1)、信号频率选择器(2)、增益控制电路(3)、功率放大器(4)、电流取样及全波整流滤波电路(5)和单片机控制电路(7)，所述信号发生器(1)、信号频率选择器(2)、增益控制电路(3)、功率放大器(4)和电流取样及全波整流滤波电路(5)顺序连接，且信号频率选择器(2)和增益控制电路(3)的控制端与单片机控制电路(7)连接；其特征在于，该低频共振生物电治疗仪还包括：
一过流和开路保护电路(6)，用于实现该低频共振生物电治疗仪在异常情况下的断电保护，所述过流和开路保护电路(6)的输入端连接于电流取样及全波整流滤波电路(5)的输出端，并通过电压比较器与单片机控制电路(7)的输入端连接。

2.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述过流和开路保护电路(6)包括过流保护电路和开路保护电路；
所述过流保护电路包括一电压比较器(或1-100个)和一数字电位器(或1-100个)，预先为数字电位器设定一个过流保护电压，当电流取样及全波整流滤波电路输出的电压大于所述过流保护电压时，电压比较器将向单片机控制电路输出一个低电平作为中断信号，使数字电位器输出为零；
所述开路保护电路包括一电压比较器(或1-100个)和一数字电位器(或1-100个)，当整个电路处于开路状态时，所述电压比较器将发出中断信号INT1给单片机控制电路(7)，单片机控制电路(7)将降低电流输出强度，如果在一定时间内，电路恢复正常，则单片机控制电路(7)将电流输出强度也调整为正常；否则，单片机控制电路(7)主通道将变为0模式，0输出，INT1此时将关中断。

3.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述信号发生器(1)为正弦波信号发生器，包括3个正弦波发生器(或1-300个)，分别产生150赫兹、100赫兹、50赫兹正弦波，经过各自的电位器调整为有效值等于3V的正弦波，然后送到信号频率选择器(2)的输入端，输出端连接治疗电极(2-100个治疗电极)。

4.  根据权利要求3所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述50赫兹正弦波发生器还产生一个与正弦波同步的方波，输出给信号频率选择器(2)。

5.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述信号频率选择器(2)包括八选一MOS开关(包括任何其他开关)、计数器及单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，用于在单片机控制电路(7)的控制下对接收自信号发生器(1)的3种频率的正弦波进行选择和切换。

6.  根据权利要求5所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，
所述八选一MOS开关为一CD4051芯片，其输出信号经过隔离放大器后输出给增益控制电路(3)；
所述计数器为一74HC161芯片，为十六进制可预置同步计数器；
所述单片机控制电路(7)为单片机AT89S51芯片。

7.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述增益控制电路(3)为X9313W芯片，用于调整输出电压的幅度，将接收自信号频率选择器(2)的信号进行调整后输出给功率放大器(4)。

8.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述功率放大器(4)为TDA2030芯片，工作电压为+16V，组成互补对称OCL功放直接推动输出变压器。

9.  根据权利要求1所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，该低频共振生物电治疗仪进一步包括电源(8)、LED数字显示电路(9)、键盘(10)和脚踏板开关(包括遥控、手控开关)(11)；
所述LED数字显示电路(9)连接于单片机控制电路(7)的显示板接口P4，所述键盘(10)连接于单片机控制电路(7)的按键板接口P6，所述脚踏板开关(11)连接于单片机控制电路(7)的脚踏板开关接口P5。

10.  根据权利要求9所述的低频共振生物电治疗仪，其特征在于，所述电源包括变压器、整流桥、滤波电容和7812、7912、7805芯片(任何其他芯片)，用于提供：
±16V非稳压电源，供功率放大器使用；
±12V稳压电源供运算放大器、电压比较器使用；
+5V稳压电源，供单片机和数字电路使用。

说明书低频共振生物电治疗仪
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域、美容领域和保健领域，尤其涉及一种低频共振生物电治疗仪，用于传统的中医按摩、按摩治疗、电疗和新兴的生物电康复按摩，用于生物电异常性疾病，包括各种疼痛性疾病(关节炎疼痛、脊柱病变引起的疼痛、腰腿痛、肩背痛、头疼、神经性疼痛等)、瘫痪、耳聋尤其是老年性耳聋、失眠、美容、亚健康、精神病、戒毒、糖尿病、高血压、癌症、艾滋病、乙型肝炎等疑难杂症。
背景技术
医疗器械、美容、保健市场上，所有电治疗仪都是以输出能量为治疗手段，将电极直接放在患者身上进行治疗。这些器材的理论基础是局部刺激。  临床实验证明：瞬间的高压脉冲会使患者有明显地麻痛感觉，而能量却难以深入病灶，很难沿集体经络传播，并且频率都在中频，无法让机体的固有生物电康复。同时，所有电疗仪，都未注明使用它时患者能承受的最大电流是多少，电流超过多少时，安全保护装置开始动作(关闭输出)，以保护患者的安全。有的低频共振生物电治疗仪是否有安全保护装置都未说明。
发明内容
本发明的目的是以生物电医学理论、完全刺激(非局部刺激)、王博士中医生物电理论和王博士经络假说为基础，以康复机体固有生物电为目标，提供一种低频共振生物电治疗仪，由低频共振生物电治疗仪的输出和患者身形成回路进行治疗，或由按摩师的部分肢体与患者串成回路进行治疗。治疗仪输出正弦波，能量分布均匀，深入病灶能力强，患者感觉舒适，并且在治疗仪中设有安全保护装置。本发明低频共振生物电治疗仪，是根据王玉玲博士中医生物电理论和生物电医学原理与中医经络学说相结合，对疼痛、瘫痪、等生物电异常性疾病产生了超过西医无法达到的治疗效果。由于个体的不同，所以输出电压有较大的调节范围。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供包括：信号发生器1、信号频率选择器2、增益控制电路3、功率放大器4、电流取样及全波整流滤波电路5和单片机控制电路7，所述信号发生器1、信号频率选择器2、增益控制电路3、功率放大器4和电流取样及全波整流滤波电路5顺序连接，且信号频率选择器2和增益控制电路3的控制端与单片机控制电路7连接；该低频共振生物电治疗仪还包括：
一过流和开路保护电路6，用于实现该低频共振生物电治疗仪在异常情况下的断电保护，所述过流和开路保护电路6的输入端连接于电流取样及全波整流滤波电路5的输出端，并通过电压比较器与单片机控制电路7连接。
所述过流和开路保护电路6包括过流保护电路和开路保护电路。所述过流保护电路包括一电压比较器(1-100个)和一数字电位器(1-100个)，预先为数字电位器设定一个过流保护电压，当电流取样及全波整流滤波电路输出的电压大于所述过流保护电压时，电压比较器将向单片机控制电路输出一个低电平作为中断信号，使数字电位器输出为零。
所述开路保护电路包括一电压比较器(1-100个)和一数字电位器(1-100个)，当整个电路处于开路状态时，所述电压比较器将发出中断信号INT1给单片机控制电路7，单片机控制电路7将降低电流输出强度，如果在一定时间内，电路恢复正常，则单片机控制电路7将电流输出强度也调整为正常；否则，单片机控制电路7主通道将变为0模式，0输出，INT1此时将关中断。
所述信号发生器1为正弦波信号发生器，包括3个正弦波发生器(1-100个)，分别产生150赫兹、100赫兹、50赫兹正弦波，经过各自的电位器调整为有效值等于3V的正弦波，然后送到信号频率选择器2的输入端。
所述50赫兹正弦波发生器还产生一个与正弦波同步的方波，输出给信号频率选择器2。
所述信号频率选择器2包括八选一MOS开关、计数器及单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，用于在单片机控制电路7的控制下对接收自信号发生器1的3种频率的正弦波进行选择和切换。
所述八选一MOS开关为一CD4051芯片，其输出信号经过隔离放大器后输出给增益控制电路3；所述计数器为一74HC161芯片，为十六进制可预置同步计数器；所述单片机控制电路7为单片机AT89S51芯片。
所述增益控制电路3为X9313W芯片，用于调整输出电压的幅度，将接收自信号频率选择器2的信号进行调整后输出给功率放大器4。
所述功率放大器4为TDA2030芯片，工作电压为+16V，组成互补对称OCL功放直接推动输出变压器。
该低频共振生物电治疗仪进一步包括电源8、LED数字显示电路9、键盘10和脚踏板开关11；所述LED数字显示电路9连接于单片机控制电路7的显示板接口P4，所述键盘10连接于单片机控制电路7的按键板接口P6，所述脚踏板开关11连接于单片机控制电路7的脚踏板开关接口P5。
所述电源包括变压器、整流桥、滤波电容和7812、7912、7805芯片，用于提供：
±16V非稳压电源，供功率放大器使用；
±12V稳压电源供运算放大器、电压比较器使用；
+5V稳压电源，供单片机和数字电路使用。
所述的低频共振生物电治疗仪，其使用时，接成串连回路，低频共振生物电治疗仪的一电极(变化范围1-100个)接触患者两脚部涌泉穴(及其它穴位上)，另一电极(1-100个电极)接触病人的其它穴位导通按摩治疗，或按摩师手部，按摩师以手接触患者身体，导通按摩治疗。
所述的低频共振生物电治疗仪，其所述过流保护电路，在头部按摩时，其电流小，在身体或四肢按摩时，其电流可以增大。
本发明低频共振生物电治疗仪与其它治疗仪相比较，其优点在于：
1、本仪器输出的电压电流波形为交流正弦波而不是一般仪器输出的方波脉冲；
2、本仪器有可靠的安全保护电路，当输出电流大于设定值时可在瞬间关闭。
3、低频共振生物电治疗仪可输出适当的仿生电流用于康复治疗。它可以方便的对输出电流的频率、强度和治疗时间等进行程序化控制，并设计了有效的过流安全保护电路和开路保护电路
附图说明
图1是本发明低频共振生物电治疗仪电路结构方框图；
图2是本发明低频共振生物电治疗仪LED数字显示电路、脚踏板开关和键盘的电路图；
图3是本发明低频共振生物电治疗仪操作面板的示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明低频共振生物电治疗仪电路结构方框图，该低频共振生物电治疗仪包括信号发生器1、信号频率选择器2、增益控制电路3、功率放大器4、电流取样及全波整流滤波电路5、过流和开路保护电路6、单片机控制电路7、电源8、LED数字显示电路9、键盘10和脚踏板开关11。其中，LED数字显示电路9、键盘10和脚踏板开关11的电路图如图2所示，图2是本发明低频共振生物电治疗仪LED数字显示电路、脚踏板开关和键盘的电路图。
以下分别对上述组成低频共振生物电治疗仪的各组成单元进行详细说明。
1、信号发生器
信号发生器1，是一正弦波信号发生器，包括3个正弦波发生器，分别产生150赫兹、100赫兹、50赫兹正弦波，其经过各自的电位器调整为有效值等于3V的正弦波，然后送到信号频率选择器2的输入端，即输出到“八选一MOS开关”的输入端。其中，50赫兹正弦波发生器还产生一个与正弦波同步的方波，输出给信号频率选择器2，经过信号频率选择器2中的第一电压比较器及输出电阻进行电平匹配后，作为计数脉冲送到计数器。
2、信号频率选择器
信号频率选择器2，包括八选一MOS开关、计数器及单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，用于在单片机控制电路7的控制下对接收自信号发生器1的3种频率的正弦波进行选择和切换。所述八选一MOS开关为一CD4051芯片，其输出信号经过隔离放大器后输出给增益控制电路3；所述计数器为一74HC161芯片，为十六进制可预置同步计数器；所述单片机控制电路7为单片机AT89S51芯片。
正弦波信号经过频率选择开关的选择后被送到第一放大器，然后又送到模拟开关的Y4输入端。当频率选择开关位于第2档或第3档时，正弦波信号在模拟开关中不作任何处理被直接送到com端然后输出到第2放大器，此时信号频率为50Hz或100Hz。当频率开关位于第1档时，计数器的复位信号被解除，并开始用50Hz方波作为计数脉冲开始计数。计数器的二进制输出信号用来控制模拟开关的输入端Y4，Y5，Y6，Y7之间的依次转换，每4个时钟转换一遍。其中只有Y4端是正弦波信号，而其余3个输入端均为0V。这样在com端会得到12.5Hz的间歇正弦波信号。
信号频率选择器2的作用是在单片机的控制下对各种频率的正弦波进行选择和切换。它由八选一MOS开关(CD4051)和计数器及单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口组成。计数器为74HC161芯片，它是十六进制可预置同步计数器。它们与单片机配合起来，按规定的模式对50Hz、100Hz、150Hz交流信号和0V进行转换，共有7种模式。
其中4种简单模式如下表：

注：P1.3口经过一个或非门后送到计数器的装入端。当P1.3＝1时，计数器的输出端等于输入端，即计数器的输出状态并未因为时钟的到来而发生变化(固定输出)。上述4个模式均属这种情况。
以下3种模式均为P1.3＝0，计时器进入计数状态。
模式3：

从上表看到第3个脉冲时，计时器又返回到初始状态，2个节拍循环一次。它的输出是以50赫兹正弦波为基波的间断波形，我们称它为25赫兹间断正弦波。
模式2：

模式2为3个节拍循环一次，我们称它为17赫兹间断正弦波。
模式1：

模式1为4个节拍循环一次，我们称它为12.5赫兹间断正弦波。
下表综合了上述7个模式：

“八选一MOS开关“输出的信号经过隔离放大器(第一放大器)后，送到增益控制部分。
3、增益控制电路
增益控制电路3为X9313W芯片，用于调整输出电压的幅度，将接收自信号频率选择器2的信号进行调整后输出给功率放大器4。
增益控制部分即第一数字电位器，它的作用是调整输出电压幅度。数字电位器的作用与传统电位器完全一样，我们采用X9313W芯片，内部32个抽头，10K欧姆。Vh端接受来自第一放大器的信号，VL接地，Vw端输出经过调整幅度的信号。开机上电后，Vw＝0V。在单片机的控制下，当U/D＝1时，每个INC脉冲将使Vw的输出电压上升一档，31档到达最大值。当U/D＝0时，每个INC脉冲将使Vw的输出电压下降一档，最多31档到达最小值。经过增益调控的信号被送到第二放大器。
4、功率放大器
功率放大器4为TDA2030芯片，工作电压为+16V，组成互补对称(OCL)功放直接推动输出变压器。
5、电流取样及全波整流滤波电路
在输出变压器的输出回路中串联一个电流取样电阻，该信号经整流后输出一个正比于输出电流值的支流电压信号。输出变压器的输出电流最大为30毫安。一个51欧姆电阻将电流信号转换为电压信号并送到全波整流滤波电路，它输出一个模拟电流的直流电压信号，0.1V＝1mA。然后这个信号被送到第二电压比较器和第三电压比较器。
6、过流和开路保护电路
过流和开路保护电路6用于实现该低频共振生物电治疗仪在异常情况下的断电保护，所述过流和开路保护电路6的输入端连接于电流取样及全波整流滤波电路5的输出端，电压比较器输出端与单片机控制电路7连接。
所述过流和开路保护电路6包括过流保护电路和开路保护电路。
所述过流保护电路包括一电压比较器和一数字电位器，预先为数字电位器设定一个过流保护电压，当电流取样及全波整流滤波电路输出的电压大于所述过流保护电压时，电压比较器将向单片机控制电路输出一个低电平作为中断信号，使数字电位器输出为零。
所述过流保护电路的作用是由单片机给第二数字电位器预定一个过流保护值(电压值)，当全波整流滤波电路输出的电压大于第二数字电位器的预定值时，第二电压比较器将发出一个低电平作为中断信号INT0给单片机，单片机再发出“0模式”指令给频率选择器，使主通道信号为0V，从而使输出为零，最终保护了患者的安全。此时仪器将发出报警声，以警告患者和按摩师。第二数字电位器也采用X9313W芯片，它的Vh端接+3.2V电压，每个INC脉冲将使Vw端送往第二电压比较器的电压变化0.1V。假设我们预定过流保护值为20毫安，单片机将Vw设为2.0V。治疗仪开始输出工作，当输出电流超过20毫安时，模拟输出电流的直流电压信号将大于2.0V，这时第二电压比较器将输出低电平作为INT0送到单片机，并最终将输出电压置为0V。
所述开路保护电路包括一电压比较器和一数字电位器，当整个电路处于开路状态时，所述电压比较器将发出中断信号INT1给单片机控制电路7，单片机控制电路7将降低电流输出强度，如果在一定时间内，电路恢复正常，则单片机控制电路7将电流输出强度也调整为正常；否则，单片机控制电路7主通道将变为0模式，0输出，INT1此时将关中断。
所述开路保护电路的作用是在治疗过程中如果治疗电极从患者身上意外脱落，仪器将使输出电压降到一个很小值，以防止发生意外。我们将电位器RT5调到0.1V，治疗仪开始输出工作后，而且输出强度达到一定值(假设为第一数字电位器位置大于5)以后，将允许INT1中断。在治疗过程中，当输出电流小于1毫安时，我们即认为它已开路。此时第三电压比较器将发出INT1中断信号给单片机，单片机将调整第一数字电位器(假设为6)，使输出强度降到一个较小值；在10秒钟内，如果电极又接好，则第一数字电位器又逐步恢复到原定值，继续治疗；如果10秒钟后电极还未接好，则主通道将变为0模式，0输出，INT1此时将关中断。
7、单片机控制电路
单片机控制电路7采用单片机AT89S51芯片，是整个低频共振生物电治疗仪的控制部分，其输入端分别与信号频率选择器2、增益控制电路3和过流和开路保护电路6的输出端连接，接收信号频率选择器2、增益控制电路3和过流和开路保护电路6输入的信号。
另外，单片机控制电路7还包括显示板接口P4、脚踏板开关接口P5和按键板接口P6，LED数字显示电路通过显示板接口P4与单片机控制电路7连接，脚踏板开关通过脚踏板开关接口P5与单片机控制电路7连接，键盘通过按键板接口P6与单片机控制电路7连接。
8、电源
电源8由变压器、整流桥、滤波电容和7812、7912、7805等芯片组成。输入电压为220V，输出如下：
±16V非稳压电源，供功率放大器使用；
±12V稳压电源，供运算放大器、电压比较器使用；
+5V稳压电源，供单片机和数字电路使用。
9、LED数字显示电路
LED数字显示电路9连接于单片机控制电路7的显示板接口P4，共6位数字显示器，单片机为串行输出，串并转换芯片为74HC595。串行数据为经过BCD译码的七段显示符。LED为共阴极，绿色，静态显示，数据＝1时点亮。
P0.0：串行数据，每串6×8＝48位；
P0.1：串行移位时钟，每位串行数据发出1个脉冲；
P0.2：并行输出时钟，每串数据(48位)输出1个脉冲。
1#显示器：显示模式，共6种模式，0、1、2、3、4、5、6。
2#显示器：显示过流保护值，分为6档，每档等于5毫安。
3#4#显示器：显示工作时间，单位分钟。
5#6#显示器：显示设置输出强度，共32档。
1#至5#显示器无小数点显示，#6显示器的小数点作为输出状态显示来使用。
10、键盘
键盘10连接于单片机控制电路7的按键板接口P6，按键板接口P6直接接到单片机I/O口上，共6个，查询工作方式。要求用软件延时50ms来消除抖动。按键定义如下：
1#键-模式选择键：预选模式。
2#键-保护值设定键：预定保护值。
3#键-时间设置键：预置治疗时间。
4#键-强度加键：增加输出强度。
5#键-强度减键：减小输出强度。
6#键-启动/停止键：按下一次，仪器开始输出；再按一次，仪器停止输出。
1#键、2#键、3#键在仪器开始输出工作前起作用，开始输出工作后不起作用。
4#、5#、6#键在任何时候都起作用。
脚踏开关的作用等同于4#和5#键。
11、脚踏板开关
脚踏板开关11连接于单片机控制电路7的脚踏板开关接口P5。
以上各部件连接后组成本发明低频共振生物电治疗仪电路，置于低频共振生物电治疗仪的外壳中。
见图3是本发明低频共振生物电治疗仪操作面板的示意图。
本发明的使用方法如下：
1、打开仪器箱盖，将两个电极线插入相应的插座上。在两个黑色电极板上各放一块喷过水的脱脂棉，并将其固定在患者脚底“涌泉穴”处；在红色电极板上也放上喷过水的脱脂棉并置于按摩师手部。
2、打开电源开关。
3、根据患者症状需要，通过“频率选择开关”选定工作频率。
4、根据患者患病部位情况，通过“保护值设定”旋钮选定过流保护值。过流保护值最大为30mA。
5、根据患者患病部位情况，通过“强度控制”旋钮预调输出电压强度。毫安表显示按摩时的实际电流值。
6、如果按摩师或患者皮肤过于干燥，可预先在按摩师手上喷水湿润后再开始按摩操作。按摩电流的大小取决于：
a输出电压的高低；
b患者和按摩师与电极板接触面积的大小和力度；
c按摩师与患者皮肤接触面积的大小和按压力度。
大范围的电流调整应使用“强度控制”旋钮完成。
7、对头部等敏感部位的按摩电流不易太大，一般不要超过5mA。这时为保险起见，可将保护值就设定在5mA。当按摩电流大于5mA时，保护电路会立即关闭输出，同时红色报警指示灯会亮，提示仪器处于保护状态。这时按摩师应立即与患者脱离接触，并将电源关闭。如需继续按摩，打开电源开关后即可继续按摩。同样的道理，对其他部位按摩时，可根据实际需要设定安全保护值。
以上所述的具体实施例，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。