新型颈椎治疗仪气动控制系统设计

　　1　设计指导思想

　　随着社会的老龄化,老年人疾病不断增多,成为社会关注的问题。颈椎病就是老年人常患的一种疾病。颈椎病的治疗通常采用牵引治疗法。目前国内各医院使用的牵引治疗仪是机械的座式牵引,要求患者必须到医院的专门治疗室进行治疗。这给体弱多病及行动不便的患者带来很大的困难。为此我们设计了一种气动智能控制的家庭式小型颈椎治疗仪。将传统的牵引机构缩变成枕式牵引机构,并用气压传动代替电机拖动,且将气源系统微小化。这样患者可以躺在床上,将治疗仪象枕头一样放在患者的头颈下进行牵引,患者可以自行调节牵引力的大小、牵引时间,同时还可以配合辅助治疗,如热疗、磁疗等。该治疗仪既可用于家庭治疗,又可用于医院治疗。

　　2　组成及工作原理

　　治疗仪由3部分组成:治疗枕、气动控制系统、微机控制系统。

　　2·1　治疗枕

　　人的头部放在治疗枕上,用粘合拉链固定。气缸固定在治疗枕的底部,作为牵引的执行器,底座的内侧有矩形导轨,治疗枕在气缸的带动下可以在导轨上移动。根据人体头部位置的大小确定治疗枕的宽度,气缸的最大行程为80 mm,缸径为30 mm。治疗时最大牵引力可达260 N,为此本系统气源最高工作压力为0·4MPa。图1为治疗枕的结构示意图。

　　2·2　气动控制系统

　　图2为气动系统原理图。气源1采用微型空气压缩机,经稳压和减压后通过方向控制阀7,再经节流阀11进入牵引气缸10。这里储气罐6的作用是用来稳定气源的压力,其体积根据排气量由经验公式计算,约为1 L左右(○110×120)。减压阀3用来调节牵引力的大小。采用双出口节流调速回路,可分别调节牵引的速度和回程的速度。调整减压阀8可以使气缸回程(不做牵引)的力小于牵引时所需的力。为了方便地调整治疗时间,三位四通电磁换向阀7采用微机控制,改变微机的设定时间,可以改变总的治疗时间;改变电磁铁通、断时间,可以控制换向频率,从而改变牵引频率。同时还可以实现手动控制和自动控制。

　　2·3　微机控制系统

　　微机控制系统的核心部分为ATMEL公司生产的AT89C51单片机,其内部包含了控制器、寄存器、运算器、输入输出接口、时钟发生器、128字节的随机存储器(RAM)和4K字节的只读存储器(ROM),具备了计算机的全部功能。

　　图3为微机控制系统硬件结构框图。稳压电源将220 V交流电转换为5 V和24 V直流电,5 V直流用于微机系统供电,24 V直流用于电磁阀供电电压。电磁阀为电流驱动型器件,计算机输出的信号必须经过功率放大才能驱动电磁阀,在此采用IRF系列的MOSFET(功率场效应管),MOSFET为电压驱动型器件,可以直接用计算机输出的信号驱动,且输出功率大。为了实现治疗时间和电磁阀换向频率的连续调整,采用电位器输入模拟电压值经模数转换后存在单片机的内存中,并通过软件控制治疗时间和电磁阀换向频率的调整。由于对时间调整精度要求不高,故采用了8位的A/D转换芯片(0809CCN)。治疗仪开始按钮用来起动自动治疗循环,治疗仪停止按钮可以随时停止自动治疗循环,手动控制按钮用于患者手动控制治疗过程。控制软件由主程序,初始化子程序,A/D转换子程序,定时中断服务程序等组成。