低頻超聲透皮儀設計方案

引 言

　　研究表明不同頻率和強度超聲波對機體的作用是不同的，其次，溫度對于經(jīng)皮給藥也有一定的影響，如一定的溫度可以提高滲透率，但太高的溫度會(huì )引起皮膚的燙傷，因為超聲也有熱效應;因此，如何把各個(gè)因素綜合考慮以達到既保證較高的滲透率又避免對人體產(chǎn)生灼傷及生理機能的損傷是研究的難點(diǎn)之一。

　　單片機作為智能控制芯片，在電子信息、自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。醫療儀器的設計和研制也越來(lái)越多應用單片機技術(shù)，使其朝著(zhù)智能化，小型化方向發(fā)展。綜合考慮各種因素，在此介紹了一種采用高性能單片機C8051F340作為核心控制芯片的輸頻率、強度等可調，可控恒溫的低頻超聲波促透皮系統。

　　1 硬件設計

　　該系統包括：溫度測控模塊、功率超聲發(fā)生器、恒溫控制模塊、過(guò)流保護模塊、顯示模塊和掉電存儲模塊?？傮w結構如圖1所示。

　　系統各部分的工作是由高性能單片機C8051F340來(lái)進(jìn)行控制協(xié)調的。它是整個(gè)系統的核心。C8051F340單片機是集成在一塊芯片上的混合系統級單片機。具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內核，采用了流水線(xiàn)指令結構，其運行速度最高可達48 MIPS，與標準的8051相比，在相同時(shí)鐘下單周期指令運行速度為原來(lái)的12倍。并且，它在一個(gè)芯片內集成了構成一個(gè)單片機數據采集或控制系統所需要的功能部件;模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I2C、UART、SPI、USB可編程計數器/定時(shí)器陣列(PCA)、定時(shí)器、I/O端口、內部振蕩器、看門(mén)狗定時(shí)器及電源監視器等幾乎所有模擬和數字外設及其他功能部件。通過(guò)對C8051F340的編程，可以實(shí)現多種功能。

　　該系統利用鍵盤(pán)輸入電路獲得操作人員對各部分工作條件的要求，根據這些要求對加熱絲以及超聲發(fā)射進(jìn)行設置，同時(shí)在每次測控過(guò)程中將各部分的溫度值送LCD進(jìn)行顯示，并進(jìn)行越限判斷，在溫度越限時(shí)啟動(dòng)報警電路發(fā)出報警。對溫度的控制采用調功方式控制電爐絲加熱使得實(shí)驗過(guò)程中保持溫度恒定，包括溫度的讀取、溫度值的處理及輸出信號驅動(dòng)負載。

　　1.1 溫度測控模塊

　　該系統溫度傳感器采用PT100鉑電阻溫度傳感器，它具有線(xiàn)性度好，測量范圍寬，靈敏度高，無(wú)需參考點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。利用鉑電阻的溫度電阻特性，將溫度信號直接轉化為電信號。然后經(jīng)過(guò)前置放大后送入到單片機內12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近型A/D轉化器，完成模/數轉換。在電子測量系統中，需要檢測大量的電量或非電量信息，而且檢測的電信號又非常的微弱，極易受到干擾。因此，對前置級獲取信號的放大，提出如下要求：高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移、低噪聲、低輸出電阻等參數要求?；谝陨显瓌t前置放大器選用美國B(niǎo)URR-BROWN公司生產(chǎn)的低電壓通用型雙通道儀表放大器INA2128，它除了滿(mǎn)足以上要求外，并可用一個(gè)外部電阻方便地從1～100 000設定增益，使得INA2128能夠廣泛應用于信號采集放大。醫用儀器及多通道系統等很多領(lǐng)域，可以在低至的+2.25 V電源電壓下工作，并且靜態(tài)工作電流很少。它與Pt100構成的溫度檢測和前置放大如圖2所示。

　　INA2128內部是由過(guò)壓保護電路和三運放組成的性能優(yōu)越的測量放大器;A1和A2組成雙端輸入/雙端輸出的差動(dòng)放大器，由于信號從兩個(gè)同相端輸入，使輸入阻抗高大10 MΩ以上。第二級又采用差動(dòng)輸入，在運放參數和R5嚴格對稱(chēng)時(shí)，電路具有很高的共模抑制能力和低溫漂。

　　上式表明：該電路可以通過(guò)調節RG進(jìn)行增益的控制。