新型低頻超聲透皮儀設計

上式表明：該電路可以通過(guò)調節RG進(jìn)行增益的控制。
1．2 超聲波產(chǎn)生控制模塊
超聲波產(chǎn)生模塊主要是由PWM驅動(dòng)電路、半橋式逆變電路和阻抗匹配電路三部分組成。電路的作用是將直流電流變成超生波振蕩電流，并通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )激勵換能器產(chǎn)生相同頻率的彈性振動(dòng)。該系統中驅動(dòng)電路采用芯片IR2112來(lái)實(shí)現。IR2112是IR公司生產(chǎn)的大功率MOSFET、和IGBT專(zhuān)用集成驅動(dòng)電路。該芯片具有兩個(gè)獨立的高低端通道，其中高端通道可采用自舉電路，最高可承受500 V電壓。兩通道輸出的電壓范圍為10～20 V，IR2112邏輯電源和功率電源即可以相互獨立也可以共用一個(gè)電源。其工作頻率最高可達500 kHz，關(guān)斷和延遲時(shí)間很短。IR2112輸出采用圖騰柱結構，最大輸出電流可達2 A。
如圖3所示，用功率MOSFET構成PWM逆變器，用單片機作為信號源，產(chǎn)生頻率為20～38 kHz的方波、2．5～3 W／cm2的功率；阻抗匹配使超聲電源向換能器負載實(shí)現最大功率傳輸。圖3中VD1，C1為自舉二極管和自舉電容，VD1必須使用與功率開(kāi)關(guān)管相同耐壓等級的快恢復二極管，自舉電容設計也至關(guān)重要，C1的耐壓比功率器件充分導通時(shí)所需的驅動(dòng)電壓(典型值為10 V)高。若在C1的充電路徑上有1．5 V的壓降，且假定有一半的柵壓因泄露而降低，則自舉電容C1可按式(4)來(lái)選?。?p>
式中：Qg為MOSFET的門(mén)極電荷。
工程應用上一般取C1>2Qg／(VCC-10-1．5)，且應選取容量穩定，耐脈沖電流的無(wú)感電容。

而控制電路主要由單片機系統和驅動(dòng)電路組成。單片機系統通過(guò)自身的PWM驅動(dòng)電路產(chǎn)生頻率為28 kHz的方波，并將該信號送入IR2112驅動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后推動(dòng)功率MOSFET工作。用半橋式逆變開(kāi)關(guān)電路作為超聲波發(fā)生器的功放電路，MOSFET1、MOSFET2輪流導通，在變壓器的副邊可以得到一個(gè)交變的激勵信號，從而實(shí)現逆變的功能。而由R3，C4，D1構成的吸收電路，吸收了功率開(kāi)關(guān)引入的尖峰脈沖，保護功率開(kāi)關(guān)管。
阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )的設計目的是經(jīng)過(guò)半橋逆變得到的功率最大限度的轉化為超聲波換能器的能量和確保電路工作穩定。同時(shí)為了防止系統發(fā)生故障時(shí)對人體造成危害和損壞功率MOSFET器件，在系統中加入了過(guò)流保護電路。

2 軟件設計
程序設計采用基于C語(yǔ)言的模塊化程序設計的方案，具有可維護性高、升級方便。整個(gè)程序分為：主程序、溫度閉環(huán)控制程序(PID)、PWM產(chǎn)生程序、鍵盤(pán)及LCD顯示程序、E2PROM讀寫(xiě)程序，軟件流程圖如圖4所示。

主要程序包括：數據處理，采樣溫度數據，并進(jìn)行上下限報警和處理；PID計算，對偏差進(jìn)行PID算法處理，并輸出控制脈沖信號，脈沖寬度由T0定時(shí)器決定；晶閘管導通控制，利用PID計算得出的控制脈沖信號來(lái)控制晶閘管的通斷比，從而實(shí)現對溫度的恒溫控制；液晶的顯示和鍵盤(pán)掃描和處理程序。

3 結 語(yǔ)
低頻超聲給藥的諸優(yōu)點(diǎn)，已成為經(jīng)皮給藥的一種極具潛力的方式。該系統通過(guò)控制溫度、頻率和強度等多種因素來(lái)促進(jìn)經(jīng)皮給藥的滲透性。同時(shí)，與單片機結合組成的嵌入式系統使醫療儀器智能化、多功能化、小型化。并且，這里介紹的基于高性能單片機C8051F340的透皮給藥系統還可實(shí)現過(guò)流保護、恒溫閉環(huán)控制、工作模式可選、輸出全調、LCD動(dòng)態(tài)顯示、掉電保護等功能。整個(gè)系統在醫學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗室標測中均表現出顯著(zhù)的效果和極好的實(shí)測值。