基于AT89C2051單片機的超聲波理療儀設計

摘要：給出了一種基于AT89C2051單片機控制的超聲波理療儀的設計方案。該方案采用高頻和低頻信號雙通道輸入電路，能產生波形峰值低、穿透力強的特定超聲波能量，因而可以更加深層地作用于肌肉骨骼上，起到加速愈合的作用。實踐證明，此方法經濟適用，且實現簡單。
關鍵詞：AT89C2051；MAX038；超聲波；理療儀

0 引言
目前國內外的多數超聲治療儀(理療型)普遍都是以連續正弦波(1～3 MHz)或脈沖正弦波(低頻調制100 kHz左右)的方式進行工作，其輸出聲強≤3．0 W／cm2，所存在的問題是超聲波主要作用于皮膚、肌肉和結締組織，發射波形峰值高、穿透力差等，對較深病灶點的治療效果不明顯。因此，治療和促進肌肉恢復和骨骼愈合需要很長的時間。本設計的理療儀能產生波形峰值低、穿透力強的特定超聲波能量，可以更加深層地作用于肌肉骨骼上，起到加速愈合的作用。本設計使用電路模塊化的設計思路，并結合實際電路設計了一種簡單適用的多參數超聲波治療儀。目前，該設計在國內外無類似的產品報道，產品設計原理涉及許多關于超聲波對骨傷治療的最前沿的研究成果和報道。

1 系統構成原理
該系統主要分為5個主要模塊。其中單片機控制模塊是系統核心，它控制著超聲波產生的強度。其他(如MAX038則)主要是產生高頻波，NE555構成多諧振蕩器，混頻后產生的超聲波經過放大輸出，即可作用于人體的受傷部位，其基本的系統構成如圖1所示。

本系統的基本工作原理是先由集成芯片MAX038輸出一個高頻信號，同時由NE555構成的多諧振蕩器通過7474組成的二分頻電路和MAX029以及外圍電路構成的低通濾波器得到低頻信號，再用低頻信號調制高頻信號，以得到適當頻率的超聲波。由于信號比較微弱，所以需要功率放大器來對信號進行放大。這里的功放電路采用三級放大電路，最后再經過換能器輸出，并由單片機控制超聲波的輸出強度。

2 高頻信號的產生
產生高頻信號可選用美信公司的MAX038高頻波形發生器芯片。該方法的各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠產生多種波形的函數信號。函數信號發生器也可以由晶體管、運放IC等通用器件制作，而美信公司的函數信號發生器MAX038的頻率高、精度好，因此，它被稱為高頻精密函數信號發生器IC。該芯片組成的高頻信號產生電路如圖2所示。

圖2中，第3腳和第4腳(即A0和A1腳)即是控制輸出的波形，而輸出的波形頻率則由外接電容C1和第8腳和第10腳共同確定。