模糊控制湿热敷理疗仪

　　1引言

　　在祖国传统伤骨科医学中，当膝关节、肘关节、腰部、颈部等部位发生病痛或做伤骨科手术后，为加快疗效与功能恢复，常采用中草药进行湿热敷或熏蒸疗法:在进行湿热敷治疗时，要求能保持最佳的温湿度与人体病痛部位接触，使药力持续发挥作用，才有良好的疗效。传统疗法所采用的方法是把中药放在锅里烧上几个小时，再用毛巾浸湿绞干后敷在患处，这样烫、冷不均衡，时间长且十分麻烦，治疗的稳定性差，只能在医院的理疗室中进行，难于推广。

　　针对以大问题，运用单片机模糊控制技术研制的湿热敷理疗仪，具有温升快，精度高，温度波动小，节能，易携带的特点，更符合伤骨科医学中对湿热敷的要求，可方便病人在家，病房等各种场合使用。

　　2系统构成

　　系统使用BL2220SR3单片机作为湿热敷理疗仪的控制器，整个仪器的结构框图如图1所示。它由单片控制器，湿热敷理疗包(包括柔性电热板，传感器，药布，保温层)，加热控制接口电路(包括传感器接口，加热控制电路，过热保护电路等、和人机交互接口(包括数码显示器，指示灯，功能键等)组成。

　　3温度控制原理与实现

　　湿热敷理疗工作的主要任务是对湿热敷理疗包的恒温控制。当加热板加热时，产生的热量使药布变热，传到人体病痛部位。当传出的热量与通过人体及周围环境散发的热量达到平衡时，就可使与人体病痛部位接触的温度达到相对恒定，从而满足湿热敷理疗所需的条件。但由于不同的病人，或人体的各个部位的散热作用各不相同，同时还受到环境温度变化的影响，当加热温度恒定在设定温度值时，这些因素都会导致热平衡时所需的加热功率的不同，而这些变化是无法用精确的数学模型来描述的。

　　模糊控制是基于专家经验和知识推理的智能控制方法，具有强的鲁棒性、实用性，适用于难以建立精确模型的控制场合，宁尺适合在湿热敷理疗仪中使用。模糊控制的好坏主要决定于模糊控制规则的设定。在系统实现时，可利用专家直觉和经验来制定模糊控制规则，并根据调试结果来修正模糊控制规则。

　　3.1模糊控制内核的实现

　　在湿热敷理疗仪中，用BL2220SR3单片机来实现2输入，1输出的模糊控制内核。将用户要求达到的设定温度TSETLJP与通过传感器测得的温度TTEsT的差值E作为模糊控制的一个输入量，将E的变化率Ec=dE/dt作为模糊控制的另一个输入量，输出量OUT是用于控制PWM输出的值，PWM电路根据此值输出相应脉宽的脉冲来控制加热功率。在湿热敷理疗仪中，为了方便用单片机实现模糊控制，选用了三角形的隶属函数。为了减小模糊控制软件编制的复杂性，在不影响控制的前提下，将输入量的论域限制在系统工作时所关心的范围内，即将误差E限制在士N之间。当偏差大于等于N时，采用相当于开关量控制方法;当偏差Ee落在士N的论域范围内，改由模糊控制输出。同样，将Ec的论域也限制在士N。隶属函数选取如图2所示。根据选定的隶属函数，基于专家经验和知识推理，可得到湿热敷理疗仪的模糊控制的规则，如表l所示。综合考虑单片机的存储容量与处理速度，在本仪器中，由于处理的物理量是温度，反应并不要求十分迅速，因此，可选用激活规则推理的方法实现模糊控制的实时处理，化—规则计算—解模糊的实时处理过程。