技术领域
本发明涉及一种医疗辅助器械，具体地说，是一种适合家庭使用的便携式多功能颈椎 病治疗仪。
背景技术
颈椎病以其发病率高、危害性大、易导致高位截瘫并使患者年龄日趋年轻化的特点， 成为二十一世纪人类的一大病患。据统计，40岁左右的中年人中有47％的人不同程度地患 有颈椎病(即颈椎综合症)，50岁以上的人群中有58％的人有不同程度的颈椎病，并且颈 椎病患者有年轻化的趋势，甚至有一些中学生都隐含初期颈椎病。据有关资料报道：随着 人们对电脑的依赖性日益增加，青少年中发病率也由1997年的8.9％上升至1999年的12％。 因此，粗略估计，我国颈椎病的患者超过3亿。
颈椎病最根本的原因是颈椎正常生理弯曲改变，即骨骼走向变形损伤，从而压迫神经、 血管。颈椎病的治疗方法与颈椎患处有关。临床上将颈椎病分为神经根型，脊髓型，椎动 脉型，混合型和交感神经型。它们的治疗手段均不一样。在颈椎病患者中，神经根型占75％， 脊髓型占16％，椎动脉型占5％，其它比例更小。因此，本申请重点针对治疗神经根型颈椎 病，讨论多功能颈椎病治疗仪在的临床中的应用。
在临床上，多以颈椎牵引治疗为主，同时配合手法，理疗等手段，来治疗神经根型颈 椎病。而在我们的临床治疗中，发现：1)单一的牵引、中频治疗或负离子药物导入等均不 能获得理想的疗效；2)颈椎病是一种慢性病，患者需要长时间的治疗与康复，才可以取 得较好的治疗效果。医院治疗时，如果住院，则有经济的原因；不住院，则不能巩固治疗 效果。如果患者在医生的指导下，在家进行理疗，效果会更好；3)医院常用的颈椎牵引 仪以悬吊为主。在国内市场上的悬吊牵引仪，手动机械控制，操作不方便，角度亦不易控 制，仅能加载持续力，疗效差；而国外的牵引仪，由电脑控制，操作方便，处方可选，牵 引治疗效果较好，但疗效不易巩固。且仪器体积大，价格昂贵，仅大、中医院购买得起。 4)国内医疗市场上行销的家用颈椎牵引器，多是一些支撑式牵引器，充气式支架牵引器， 颈椎气圈等，此类牵引效果差，且存在较大副作用，不利于患者颈肩部软组织、颈椎和脊 椎系统的整体康复。 由此可以看出，目前市场上的颈椎病治疗仪不利于患者进行日常的 理疗与护理。现行的还未达到理想的程度，有很大的研究和改进空间。人们迫切需要一种 低价的、操作简单、疗效好、便携式、多功能颈椎病治疗仪，以满足人们在家治疗和外出 旅行不中断治疗的需要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适合家庭使用的便携式颈椎病治疗仪。该颈椎病治疗仪 具有多功能和智能化程序控制，牵引力和牵引角度完全可根据患者病情调节。牵引完后， 仪器自动跳入中频电治疗程序，以使变异的颈椎椎间关节，椎关节和颈椎曲度异常得到充 分调节，恢复到颈椎正常的生理曲度，解剖关系并改善椎动脉的供血状态。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是，一种便携式多功能颈椎病治疗仪，其 特征在于，该治疗仪包括：
一主机，主机内有中央处理器，中央处理器上连接有D/A转换模块、A/D转换模块、 光电耦合电路、二极管显示系统状态电路、数据存储电路；
主机通过光电耦合电路连接电机驱动器和过流、过压保护电路对步进电机进行控制；
该步进电机置放在一牵引支架上端，由步进电机控制牵引绳的伸缩，牵引绳上装有微 型压力传感器，微型压力传感器上的感受力通过主机中的A/D转换模块反馈到中央处理器， 中央处理器根据传感器的信号变化调整控制步进电机的工作状态；牵引绳与牵引支架上设 置的颈托相连，由步进电机自动完成对颈托的力度的牵引；
主机内设有理疗刺激信号输出电路和离子药物导入治疗单元输出电路；
主机通过通讯电缆与一控制器与相连，控制器含有显示屏、独立式键盘和LCD显示模 块；
主机内有康复处方、处方库，还配有与PC机相连接的RS232串口。
本发明的颈椎病治疗仪具有以下几个特点：
1)集牵引，中频治疗等多功能于一体；
2)患者可在医生的指导下，根据自己的个体病症调节牵引受力中心的角度，并通过 实时人机交流键盘和液晶屏幕指示，选择治疗处方、加载/减载的牵引模式、以及牵引力 大小，牵引持续时间，间歇时间、理疗和总治疗时间等参数，仪器显示屏可动态、实时显 示治疗进程；
3)整个系统由微机实行治疗全过程的智能程序化控制。压力传感器信息被用来对所 施加的牵引力实行反馈控制，自动调节患者配戴颈托的力度，达到理想的牵引效果。牵引 结束后，程序自动进入中频治疗或负离子导入治疗等辅助治疗程序，以放松病人颈肩部肌 肉，减轻病人患处的疼痛，增强其牵引治疗的疗效；
4)采用微处理控制技术和机械电子系统技术(MEMS)，使仪器体积小，方便携带；
5)牵引支架设计独特，可方便安装在门上，固定灵活，适用于居家旅行中的治疗。
6)采用三组压力传感器，保证系统正常，安全，实时工作，并设有安全预警系统， 确保患者在院外治疗的安全可靠性。
7)主机内设有康复处方、处方库、PC机通讯接口和数据写入/擦除功能，方便医生通 过计算机更新主机处方库中的康复处方。PC计算机亦可独立于治疗仪的键盘，通过自己内 部设置的程序，控制治疗仪的运行。
附图说明
图1-1系统总体结构示意图；
图1-2系统总体框图
图2-1AD7705，X25045与CPU连接的原理图；
图2-2步进电机及驱动器；
图2-3拉力传感器载体及转换的电原理图，其中图(a)为拉力传感器载体结构图， 图(b)为转换的电原理图；
图2-4液晶接口电路图；
图2-5液晶模块图；
图2-6键盘接口电路；
图2-7RS232接口电路图；
图3-1主程序流程图；
图3-2步进电机的工作流程图；
图3-3步进电机驱动器输入信号波形和时序图；
图3-4牵引模式图；
图3-5AD7705工作时序图；
图3-6LCD显示操作流程图；
图3-7建立CGRAM流程图；
图3-8键盘按键排列图；
图3-9外部中断程序流程图；
图3-10WINDOWS控制界面；
图3-11用户记录显示信息对话框；
图3-12数据传送流程图；
图3-13下位机流程图；
图4-1颈椎病治疗仪外观图片；
图4-2系统在体试验图片；
图5-1系统测试流程图；
图5-2牵引力校正结果。
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
1.系统构成
系统总体结构示意图和系统框图如图1-1、图1-2所示，该便携式多功能颈椎病治疗 仪，包括：一主机，主机内有中央处理器，中央处理器上连接有D/A转换模块、A/D转换 模块、光电耦合电路、二极管显示系统状态电路、数据存储电路；
主机通过光电耦合电路连接电机驱动器和过流、过压保护电路对步进电机进行控制；
该步进电机置放在一牵引支架上端，由步进电机控制牵引绳的伸缩，牵引绳上装有微 型压力传感器，微型压力传感器上的感受力通过主机中的A/D转换模块反馈到中央处理器， 中央处理器根据传感器的信号变化调整控制步进电机的工作状态；牵引绳与牵引支架上的 设置的颈托相连，由步进电机对自动完成对颈托的力度的牵引；
主机通过D/A转换模块和音频放大器连接有理疗电路和负离子药物导入治疗单元输出 电路；
主机通过通讯电缆与一控制器与相连，控制器含有显示屏、独立式键盘和LCD显示模 块；
主机内有康复处方、处方库，还配有与PC机相连接的RS232串口。
上述步进电机、牵引支架、颈托构成了牵引装置，可以灵活放置在家和旅馆房间中的 门上(见图1-1)。病人可根据医嘱和其与牵引装置的相对位置调整牵引角度，治疗仪的中 央处理器控制一个步进马达来实现牵引；且通过牵引绳上的压力传感器的反馈信息，自动 调节支撑病人下颈托的力度，达到理想的牵引效果。实时人机交流有键盘，LCD，发光二 极管等，可自己通过LCD上的提示，选择治疗仪的参数如牵引模式，牵引力大小，牵引持 续时间，间歇时间等。系统运行时，牵引装置上的传感器把牵引力大小通过A/D7705转换 成数字信号传给微处理器，微处理器将其与通过LCD预设置的牵引参数相比，进而调节当 前施加牵引力的量值等参数。同时在LCD上将各个施加参数实时，动态地显示出来。遇到 异常情况，如牵引力过大，牵引时间过长等时，系统会自动报警，并及时停止治疗。该治 疗仪的操作均可在键盘上实现。
牵引完成后，治疗仪根据预设置程序，自动进入中频治疗电路或负离子电路导入治疗 等辅助治疗，以放松病人颈肩部肌肉，减轻病人患处的疼痛，增强牵引治疗的疗效。
治疗仪配有RS232串口，可与电脑通讯，以便医生通过PC机将康复处方及疗程控制 参数写入颈椎病治疗仪，从而保证患者在医生的指导下，安全地在家从事治疗活动。康复 医生也可根据治疗经验的积累，升级计算机中的治疗软件资源库，增加新的功能。电脑控 制界面和键盘，LCD与计算机相互独立，可对治疗仪器进行控制操作。
2.硬件设计
采用51系列的89C52单片机来控制治疗仪(图2-1)。89C52具有三个定时器和两个 外部中断，8K的FLASH可以满足系统的需求。完成的硬件部分有：电机及其驱动单元，数 据检测与采集单元，数据存储单元，实时显示和控制单元，主机与PC机串口通讯单元和 理疗刺激信号输出单元。
2.1电机及其驱动单元
电机和驱动均选用深圳步进机电有限公司的产品。电机采用了4S560-06254型号，其 中的参数有：步进角1.8度，额定电流1.00A，保持转距为9Kg.cm。系统所需的功率大约 在20W，绝大部分都消耗在步进电机这部分，所以对这部分的散热性能，安全性能，耐久 性能都有很高的要求。图2-2为细分型高性能步进机驱动器2M412的外观图及接口连接图， 它的工作电压12～36伏，最大驱动电流1.2A，输出电流可调。它采用了超大规模集成电 路，使步进电机运转精度提高、并具有震动小，精度高，性能稳定、噪音低，功率高、体 积小，价格低廉等特点。
在设计中，CPU的P1.4，P1.6分别对应马达驱动的信号脚STEP+和方向脚DIR+，另外 的两个脚信号脚STEP-和方向脚DIR-接到系统的公共地。系统中考虑到便携的特点，V+脚 只用了12伏。步进电机驱动模块留有STEP+，STEP-，DIR+，DIR-四个接口给系统控制信号用， 在该系统中将STEP-，DIR-接地，STEP+，DIR+与89C52的P口相连，由程序控制P口输出 电平和脉冲控制信号。
2.2数据检测与采集单元
本发明采用微机械电子技术MEMS技术，实现三组压力传感器反馈控制，确保系统体 积小，并能实时、安全、可靠地工作。图2-3示出拉力传感器载体及电原理图。力传感器 载体的设计应保证该材料在最大外力作用下其形变量不能超过传感器的形变范围，以免损 坏力传感器。同时，其形变量也不能远小于传感器的最大形变，以保证传感器的测量精度。 这里，取传感器的微应变量ε＝500×10-6，则：
σ＝ε·E(E-材料的弹性模量，ε＝500×10-6-传感器的微应变量，σ-压强)
F s × h = 500 × 10 - 6 · E ]]>(其中：F-力，s×h＝A-横截面积)
这里取：s＝0.005m，E＝2×105N/M2(钢的弹性模量)，F＝25×9.8N(最大受力)
则：h＝0.5×10-3m。
采用45#钢做传感器形变材料，为了避免传感器达到最大形变，取h＝0.6×10-3m。
力反馈信息数据采集选用串行输出功能的模数转换器AD7705。AD7705本身带有增益 可编程放大器，可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号。电路如图2-1所 示，使用模数转换器AD7705时，它的输入端的电压范围较宽，即使微弱信号也可以直接 进行处理，不需另加放大电路。放大信号的功能包含在自身的模块之中，放大的增益值， 信号极性和更新速率都由软件编程来设定实现。
2.3数据存储单元
系统的存储部分包括EEPROMX25045和SRAM62256等(图2-1)。SRAM62256是一个32K*8 bits的高阻抗的CMOS Static RAM，主要用于理疗程序中大量波形数据的存储。
EEPROM X25045是512字节的串行输出的EEPROM，是低功耗CMOS电路，也是CPU的 监控器。一般EEPROM或是FLASH存储器中的数据在上电/掉电瞬间或是偶然干扰情况时会 被意外改写。X25045提供了多种数据保护功能(WP写保护引脚；通过对状态寄存器BL1，BL0 的设置，对不同存储区域写保护，如下表所示；(写使能开关的开闭)，从而有效地防止了 数据丢失和被破坏。 Status Register Bits Array Addresses Protected BL1 BL0 0 0 None 0 1 $180-$1FF 1 0 $100-$1FF 1 1 $000-$1FF
EEPROM X25045可直接与许多通用微控制器的IO口连接，使用极其方便。系统中它主 要用来存储医生所开的处方及其一些重要信息。程序中目前设计了最多可以存储10个处 方，当然这个数字可以改变，只要不超出X25045的范围即可。
X25045带有看门狗功能，将其复位脚RST与CPU的RST相连，允许看门狗定时器工作。 如果CS脚保持高电平或低电平的时间长于看门狗超时周期，或是在看门狗超时周期内CS 没有产生下跳沿，那么RESET脚将输出复位信号(高电平)，从而导致系统和看门狗定时 器同时复位。看门狗定时器的超时周期设置通过状态寄存器位WD1和WD0的值来确定。如 下表所示。 状态寄存器位 看门狗超时周期 (典型值) WD1 WD0 0 0 1.4s 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止
除了在软件设置看门狗复位外，系统也考虑到硬件复位的问题。在X25045的RST引 脚接了一个按键，与高电平相连。平时处于断开状态，当需要硬件复位时，按下按键，从 而使的RST引脚置高电平，同时引起系统复位。
2.4实时显示和键盘控制单元
系统的实时显示部分由大小为128*64的T6963C控制器的液晶模块来实现。T6963C的 最大特点是具有独特的硬件初始化设置功能，显示驱动所需的参数，如：占空比系数，驱 动传输的字节数/行及字符的字体选择均由引脚电平设置，这样T6963C的初始化在上电时 就已经基本设置完成。所以使得软件操作的指令功能主要精力集中于显示功能的设置上， 从而加强了T6963C的显示控制能力。
控制指令包括：读状态字，地址指针设置，显示区域设置，显示方式设置，光标形状 设置，位操作，数据写操作，数据读操作等。有的指令在使用的时候，需要参数的补充， 详细情况参看液晶模块资料。
液晶接口电路原理图如图2-4所示。CPU采用直接方式访问该液晶模块，也就是把内 置T6963C控制器的液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在CPU的总线上。模块的 数据线连接在CPU的数据总线上，片选及寄存器选择信号线由CPU的地址总线提供，读和 写操作由CPU的读写操作信号控制。
考虑到CPU数据总线直接与T6963C相连时的有限的驱动能力，增加了一块74HC245 做CPU数据总线的驱动器。图中模块的V0端所接的电位器是作为液晶驱动电源的调节器， 调节显示对比度。
图2-5给出了T6963C控制器的液晶显示模块图，使用时，只要考虑它的外部接口既 可。T6963C与CPU的接口信号意义如下表所示。
CE C/ D RD WR D7～D0 功能
0 0 1 0 数据 写数据
0 0 0 1 数据 读效据
0 1 1 0 命令 写命令
0 1 0 1 状态 读状态
系统的键盘接口电路如图2-6所示，控制部分采用中断方式下独立式键盘工作方式。 独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路，每根I/O口线上的按键工作状态不 会影响其它I/O口线的工作状态。该电路的特点是电路配置灵活，软件结构简单，每个按 键必须占用一根I/O口线，由于系统按键不多，所以采用了这种电路。占用P0口做I/O 口，节约P1，P3口资源，充分有效利用单片机的数据/地址线来完成人机对话功能，独立 式键盘的信号读取在74HC控制下有CPU的数据口P0完成。
图2-6中的4068为8输入与门，与键盘的7个键构成了中断方式下的独立式按键结 构，通常按键输入都采用低电平有效。当有按键按下时，4068的一个输入脚将变低，与门 输出置低，引起外部中断。图中的74HC245起增加CPU的I/O口驱动能力的作用，不影响 输入输出值。
2.5主机与PC机串口通讯单元
本发明中主机具有与计算机的通讯功能，它可方便医生更新主机内的康复处方库和疗 程控制参数，也可在以后的开发中能升级该主机内的软件库。
主机与PC机串口通讯接口电路如图2-7所示，主机通过RS232接口与PC机通讯，这 里，MAX202ACPE完成电平转换功能。功能：完成图形化菜单提示，对话式操作，具备有病 案库管理模块，通过PC机填写，管理理疗菜单。用户可以自己选择处方，调制度和持续 时间。只使用了RXD和TXD，进行最简单的对话协议。
2.6理疗刺激信号输出单元
主机内设有理疗刺激信号输出电路，包括中频治疗输出电路和离子药物导入治疗输出 电路。其可采用的电路有多种，目前国内外中频电子治疗仪的输出波形，多采用已调幅的 各种周期性函数形式，其治疗波形的频率范围为1K-10KHZ，其调制波形频率多为 10HZ-200HZ，大量的临床应用结果表明：治疗频率在2KHZ左右的周期性时间函数，在满 足一定的输出功率的情况下，具有镇痛，消炎，调节神经和增进局部血液循环的作用，对 于频率在6KHZ-8KHZ范围内的治疗波形，能使肌肉收缩并引起明显动感的阈值远低于治疗 中的疼痛阈值。
系统用中频(1HZ-10HZ)正弦波调制低频波，包括有：方波，三角波，正弦波等。调 制方式有连续调制，间歇调制等。采用数模转换方式，转换后的信号经过功率放大器件处 理。中频频值可以外部调节。范围在1HZ-10HZ之间。输出波形及其变化的实现均主要由 软件编程来实现。
3.软件部分
该便携式多功能颈椎病治疗仪采用MCS-51汇编语言和Visual C++6.0。采用模块化设 计系统程序，程序主要包括初始化程序(变量，液晶，AD7705等)，AD7705数据检测和采 集模块，液晶显示模块，中断处理程序，键盘处理程序模块，步进电机驱动程序模块，数 据存储模块，基于串口通讯的windows控制程序模块等。
系统主程序流程如图3-1所示，在按键处理程序模块里，实现该系统的三个主要功能： 牵引功能、中频理疗功能和离子导入治疗功能。具体的选择由用户通过键盘操纵，进入中 断处理程序。该中断处理程序的中断优先级最高。另外，该中断程序中还处理包括有STOP， PLAY，RESET，中频值选择和数字值选择功能。考虑到家用电脑的普及，该系统增加了电 脑控制部分，这些功能也可以通过操作电脑上的界面来完成。
3.1电机驱动程序
步进电机在整个系统中的作用非常重要，它的工作正常与否，工作状态直接影响系统 的正常运行。因为步进电机受输入脉冲控制，因此程序将显得非常重要。图3-2给出了步 进电机的详细工作流程图，可以看出，电机的工作状态与开始时的输入参数：持续牵引包 括最大力，持续时间；间歇牵引包括最大力，最小力，持续时间，治疗时间。通过步进电 机运转过程中，模数转换器AD7705实时采集的数值与输入参数的比较来改变步进电机的 工作状态。
步进电机驱动器输入信号波形和时序如图3-3所示。该步进电机采用单脉冲控制方式， 输入控制信号应提供至少6MA电流。由STEP脚控制脉冲信号，DIR脚控制电机运行方向。 均在程序中实现。为了可靠响应。在写软件时，要使占空比保持在10％～90％之间，否则容 易引入干扰。电平持续时间受程序控制，持续时间的长短决定电机转动频率。
仪器的牵引模式有两种：持续牵引和间歇牵引，具体情况如图3-4所示。牵引模式中 的参数由用户在LCD菜单上输入或是选择主机固化的已有处方，在康复医生的指导下进行。
3.2数据检测及采集部分
AD7705是一个完整的16位A/D转换器，用于测量低频模拟信号。这种器件带有增益 放大器，可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号，并且具有自校准的特点， 均由程序控制。系统中由于信号比较弱小，是毫伏极，所以程序中选取增益为128。参考 电压为2.5伏。所以输入可转换的最高电压V＝2.5/128＝20mV。该项目所用的S型传感器在 承载10公斤的拉力时，输出的最大电压大概为10Mv，所以系统在参考电压为2.5伏，增 益为128时，可以正常工作。
图3-5为AD7705读写数据时序图。在程序代码实现中，要保证CS脚，SCLK脚，DIN 和DOUT脚按照图中给出的状态严格同步。
AD7705可以直接与89C52进行接口。用到的数据线有片选CS，串行时钟输入SCLK， 指令或数据输入DIN及数据输出DOUT等。只有在状态信号DRDY指示为低电平，也就是CPU 可从AD7705的数据寄存器获取新的数据时，CPU才可以进行读取操作，获得AD7705的转 换结果。之后，DRDY引脚立即回到高电平，直到AD7705的数据寄存器中有新的转换数据 等待被读取。所以在程序中要在调用AD7705工作时，首先应判断DRDY脚的状态。
数据采集程序包括两个主要部分：
IN_AD7705： MOV A，#20H ；选择时钟寄存器
LCALL Write7705
MOV A，#08H ；50HZ的转换频率
LCALL Write7705
MOV A，#10H ；选择设置寄存器
LCALL Write7705
MOV A，#7CH ；自校准模式，增益为一
LCALL Write7705
RET
AD7705_PLAY： CLR C
JB P1.7，$
CALL Read7705
RET
由于AD7705_PLAY读取出的数据是二进制，所以与实际压力值之间应有个对应关系， 也就是应有量化程序。系统要求压力精确到0.5斤，所以量化程序应将实际压力数据和转 换16进制相匹配。考虑到程序中要实现绳子拉力与数字二进制码的转换，所以应尽量实 现数字二进制码的量化，也就是在程序中实现参数校正。
3.3数据存储部分
这部分包括EEPROM X25045和SDRAM 62256。SDRAM 62256主要用于理疗部分。X25045 是二进制串行快速擦写存储器。内部按512×8来组织，并且把看门狗定时器，电压监控 和EEPROM组合在单个封装之内，降低了系统成本。
X25045包括了一个8位指令寄存器。可通过SI输入来访问，数据在SCK的上升沿由 时钟同步输入。SO输出数据，在SCK的下降沿由时钟同步实现。工作期间，CS必须为低电 平。包括指令及其操作码的列表(参见表1)。所有的指令，地址与数据都以MSB(最高有效 位)在前的方式传送。读和写指令的位3包含了高地址A8。
X25045芯片内部共有6条指令，如下所示，对X25045的操作都要根据此操作码表来 完成。具体操作过程可以由下面的表1的x25045指令及操作码表各个时序图看出。
表1 x25045指令及操作码表 指令名 指令格式 操作 WREN 0000011006H 设置写使能锁存器(允许写操作) WRDI 0000010004H 复位写使能锁存器(禁止写操作) RDSR 0000010105H 读状态寄存器 WRSR 0000000101H 写状态寄存器(块锁定位) READ 0000A801103H 从开始于所选地址的寄存器阵列中读出数据 WRITE 0000A801002H 把数据写入开始于所选地址的寄存器阵列(1至4字节)
看门狗程序：
RST_WDOG： SETB P1.1
NOP
CLR P1.1 ；CS
NOP
SETB P1.1
系统中有两处调用RST_WDOG：
1)看门狗定时系统，软件中设置一种定时时间间隔T，让系统每隔一段时间访问 EEPROM程序，如果T时间内没有访问的话，则启动该程序RST_WDOG，RESET将变为高电平， 从而使系统复位；
2)另一种是RESET功能，当按下这个键时，系统将启动复位功能，进入一段延时程 序，直到超过T时间，从而激活看门狗功能，使系统复位。
3.4实时显示和键盘控制部分
实时显示包括：
1)一个为发光二极管显示，显示系统电源工作状态功能。
2)另一个为液晶显示功能：采用两种显示模式：汉显和英文显示。两个得区别主要 是显示方式和字库的不同。在系统运行过程中，用户通过液晶显示的菜单项，选择对应的 处方或是相关参数，控制系统的运行。
图3-6给出了LCD显示操作流程图。所显示内容从CGRAM或是CGROM中读取，下面将 给出CGRAM和CGROM的一些情况。
CGRAM是液晶中T6963C在显示存储器中划出的一块用于存放字符点阵信息的片外存储 区，最大容量为2KB。用户在显示字符前需要将所要显示字符的点阵状态信息写入该字符 代码所对应的CGRAM中。图3-7给出了建立CGRAM的流程图。
在T6963C片内有一个字模库CGROM，固化了数字，英文字母等128个字符的点阵状态 信息。当所显示的为0-127中的字符代码时，T6963C从片内CGROM取出点阵信息。如果代 码在128-255之间时，从CGRAM中读取点阵信息。
该系统键盘按键排列如图3-8所示。按键功能程序由外部中断0实现，中断优先级设 置为最高，图3-9所示外部中断程序流程图。
退出外部中断程序后，进入主程序的循环中，即KEY_PROCESS程序，在这里实现两个 主要的功能，也就是进入牵引菜单或是理疗菜单。通过选择键盘上的按键来控制牵引模式 或是理疗模式。
KEY_PROCESS： MOV A，KEYCODE
CJNE A，#01H，KEYP2
CALL TRACTION_MENU
JMP KEYEXIT
KEYP2： CJNE A，#02H，KEYEXIT
CALL MIDFRE_MENU
KEYEXIT： RET
3.5电脑和PC机串口通讯部分
为了方便患者使用，使用户在不使用颈椎病治疗仪本身的键盘和液晶显示屏的情况 下，也能对该颈椎病治疗仪进行操作，并且保存病人治疗记录。
因此，在该系统平台上开发了上位机通讯软件及其控制界面。软件主要在WINDOWS操 作系统下，用VC++6.0来完成的。形成了PC机为上位机而单片机为下位机的控制网络，两 者通过RS232串口实现实时通讯，由MAX202完成电平转换。在WindowsNT下，用VC++6.0 开发上位机的Windows监控软件，具有控制界面美观大方，使用简单方便等优点。软件采 用以下模式： 用户 输入缓冲区 输出缓冲区 Windows通讯驱动模块(Comm.drv) 串行口
窗口控制界面如图3-10所示。
界面主要完成两个功能：
1)串行通讯功能：向单片机发送数据。使用VC++6.0中的MSComm控件，该控件通过 串口RS232发送数据。数据传送流程如图3-12所示。
2)数据存储功能：存储用户治疗信息。运用Access数据库建立个人信息存储中心， 由MFCDao类访问数据库。
这里，用户治疗信息是界面自动完成的。用户可以打开用户使用记录显示对话框查看记录， 如图3-11所示。如果界面供多人使用，该对话框显示的是本次登陆用户的信息。
而单片机串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2就是为了满足这一要求而设置的。 且SM2控制位只在MCS51单片机的串行工作方式2与方式3才起作用。
在串行口以方式2或方式3接收时，若SM2＝1，表示置多机通信功能位，这时出现 两种可能情况：接收到第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置RI＝1向CPU发出中断 请求；如果接收到第9位数据为0时，则不发生中断，信息被丢失。若SM2＝0，则接收 到的第9位数据无论是0还是1都产生RI＝1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。根 据上述情况MCS51多机通信过程安排如下：
1)开始时设所有的从机SM2位为1，处于只接收地址帧的状态(串行帧的第9位为 1)，对数据帧(串行口的第9位为0)则不做响应。
2)当从机接收到主机发来的地址帧后，将所接收的地址与本机地址相比较，若地址 与本机地址相符，便使SM2清零以接收主机随后发来的数据，对于地址不相符合的从机， 仍保持SM2＝1状态，故不能接收主机随后发来的数据信息。
3)当主机改为与另外从机联系时，可再发出地址帧来寻找其它从机。而先前被寻址 过的从机在分析出主机是对其它从机寻址时，恢复其SM2＝1，等待主机的再一次寻址。
4)从机要呼叫主机时，可先发送握手信号，主机检测到有从机呼叫后，发出应答信 号，从机接收到主机应答后，便可发送数据给主机。主机通过该信号来判断从机所处的状 态，从而做出相应的反应。
下位机(主机)通讯流程图如图3-13所示。
3.6理疗部分
物理治疗如同颈椎牵引一样都是临床上应用最多的一种治疗颈椎病的非损伤性治疗 法。治疗时无痛苦，病人易于接受，对颈椎病有较好的治疗效果。系统内包含调制中频治 疗和离子导入的物理疗法。调制中频电流疗法对皮肤的刺激性较小，作用较深，具有止痛、 锻炼肌肉、消炎、改善局部血液循环、促进淋巴回流等功能。本系统用调制中频电流，其 中：中频载波1-10khz，低频调制波0.5-150hz，包括有：方波，三角波，正弦波、锯 齿波、尖波等。调制方式有连续调制，间歇调制等。输出波形及其变化的实现均主要由软 件编程来实现。
离子导入通过应用同性电荷相斥的原理，应用低电压，低电流的平稳直流电作用、半 波或全波，将电离的药物离子导入人体内以达到治疗的目的。药物一般经汗腺开口或毛囊 孔进入皮肤。本系统离子导入的输出方式为：直流、半波或全波。
4.外观设计
颈椎病治疗仪外观如图4-1所示。
4.1支架
该仪器的牵引支架如图4-2所示，它可灵活、稳定，牢固地固定在门上，具有较高的 安全性。主机挂在牵引支架背侧的挂钩上，有利于牵引时力的平衡。牵引支架上装有步进 电机，通过牵引绳，带动颈托，对人的颈部实施牵引操作。牵引支架的设计考虑到折叠， 以满足便携的需求。
4.2遥控键盘
仪器的遥控键盘及按键排列顺序见图4-1和图3-8，它的结构简单，重量较轻，体积 较小，带有串口接口，与治疗仪相连。
从图中可以看出，键盘上部分为液晶显示，下部分为7个按键。从上面第一排左起为： 播放键，复位键，停止键，空键(有待利用)，下面第一排左起：牵引键，理疗键，数字键。 整个键盘结构较为简单，不足之处就是液晶较宽，否则键盘的体积还可以更小。
5.系统校正与功能测试
5.1测试流程
键盘所示按键值如下所示： 键值 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 KEY6 KEY7 按键 牵引 理疗 数字 播放 复位 停止 暂无
系统测试流程图如图5-1所示，按照图中的流程走向，系统将完成以下功能：
1.在LCD菜单中，用户自己设定参数，并将之存储或是从系统已有的处方中选择参 数，实现持续牵引功能或是间歇牵引功能。
2.验证按键功能的正常功能与否，也可以在测试功能1中检测。例如在步进电机运 转过程中，按下STOP键，系统即退回原始菜单中。同时在测试功能1中，LCD菜单的操作 本身也是对按键的一种检测。步进电机只有在PLAY键按下时，才会正常运转。
5.2系统校正
测试所用仪器：电脑一台，伟福E6000/T仿真器一个，9个秤砣(1-4.5Kg)，颈椎 治疗仪一台，键盘一个，牵引支架一个，标准9帧串口线一条，测力计一个，万用表一台， 100M示波器一台。
系统校正方法：首先，多次测量取平均值，取出一定压力下对应的压力传感器的电压 值和AD7705的模数转换二进制码值，然后在程序中实现它们的对应关系。其次，根据实 际测出的拉力值与LCD菜单输入的拉力值之间的比较，获得误差修正曲线，在程序中进行 误差纠正。
结果校正结果如图5-2所示，修正公式为：
Y＝0.9503X+0.0076
从图中，我们可以看到：系统具有良好的线性度。
5.2.2功能测试
按照图5-1步骤，进行如下典型的实验：
1)自己设置参数
牵引方式1：持续牵引 用例 最大牵引力 持续时间(分 预期结果 测试结果 (斤) 种) 用例2 4 3 存入处方2 电机在规定时间内以一定频 率正常运转 其它按键如播放键，数字键， 牵引键均正常工作 以一定频率电机运转正 常，持续时间接近3分钟 其它按键如播放键，数字 键，牵引键均正常工作 用例3 6 1 存入处方1 电机在规定时间内以一定频 率正常运转 其它按键如播放键，数字键， 牵引键，停止键均正常工作 以一定频率电机运转正 常，持续时间接近1分钟 其它按键如播放键，数字 键，牵引键均正常工作
牵引方式2：间歇牵引 用例 最大牵引 力(斤) 持续时 间(分) 最小牵引 力(斤) 治疗时间 (分) 预期 结果 测试结果 用例1 2 1 1 4 存入处方4 电机在规定时间内 以一定频率正常运 转 其它按键如播放 键，数字键，牵引 键，停止键均正常 工作 以一定频率电 机运转正常， 持续时间接进 1分钟，治疗时 间接近4分钟 其它按键如播 放键，数字键， 牵引键，停止 键均正常工作 用例2 5 1 2 8 存入处方5 电机在规定时间内 以一定频率正常运 转 其它按键如播放 键，数字键，牵引 键，复位键均正常 工作 以一定频率电 机运转正常， 持续时间接进 1分钟，治疗时 间接近8分钟 其它按键如播 放键，数字键， 牵引键，复位 键均正常工作
2)选择处方
牵引方式1：持续牵引 用例 处方 预期结果 测试结果 用例1 处方1 最大牵引力：6 持续时间：1 系统运转正常 最大牵引力：6 持续时间：1 在已有条件下，系统工作正常 用例2 处方2 最大牵引力：4 持续时间：3 系统运转正常 最大牵引力：4 持续时间：3 在已有条件下，系统工作正常
牵引方式2：间歇牵引 用例 处方 预期结果 测试结果 用例2 处方5 最大牵引力：5 最小牵引力：2 持续时间：1 治疗时间：8 系统运转正常 最大牵引力：5 最小牵引力：2 持续时间：1 治疗时间：8 在已有条件下，系统工作正常 用例3 处方6 最大牵引力：4 最小牵引力：1 持续时间：2 治疗时间：5 系统运转正常 最大牵引力：4 最小牵引力：1 持续时间：2 治疗时间：5 在已有条件下，系统工作正常
5.2.3在体实验 拉力精度 拉力范围 角度范围 电机速度范围 (cm/sec) 电机运转档 0.25kg 0-15kg 0±30° 11.4-45.6 快，较快，一般，慢