基于ARM的智能电针治疗仪的研究与设计

摘要

针灸是中国的传统医学,其原理是运用银针刺入人体的穴位,以调节人体内各个不协调的部分,使血气流通而重新获得平衡。电针疗法是用电针治疗仪输出接近人体生物电的微量电流,通过毫针作用于人体经络穴位治疗疾病的一种方法。该法采用针刺与电刺激于一体,可根据患者的不同情况调节幅度、频率、时间等刺激量,并能代替手法运针,使针感得以保留,加强了针灸的治疗效果。
　　本文论述了电针治疗仪在针灸临床的积极作用,指出现有电针治疗仪在使用过程中存在的问题,特别是刺激参数不合理、电压输出不科学、保护措施不到位和难于实现大规模监控等。提供了电针安全性问题的改进对策,比如电流输出、提高电针的智能化水平、增强网络扩展等。
　　本文进行了大量的市场调研,比较了目前市场上的各类电针治疗仪的特点。鉴于现有的电针治疗仪大都是以8位单片机为控制器且难以满足高智能化和易扩展的现状,本文提出了一款以S3C2440为微处理器和Linux操作系统的电针治疗仪。根据硬件平台和应用的特点,设计了电针治疗仪的硬件电路、驱动程序和应用程序。在硬件方面,以具有ARM920T内核的S3C2440处理器其为核心详细阐述了各个接口电路的设计。硬件电路主要有最小系统电路、外围接口电路和信号调理电路组成。系统通过配置PWM定时器调制出不同参数的脉冲波形,再由信号调理电路实现电流输出;同时在外围电路部分设计了网络接口以便实现大规模监控和治疗。在软件平台的实现部分,首先对VIVI进行了分析并详细描述了VIVI在S3C2440平台上的移植方法;对嵌入式操作系统Linux进行了研究,给出了嵌入式Linux内核移植的具体步骤并在此基础上完成了设备驱动程序的开发;通过编写应用程序完成不同波形的产生与管理;为了增强系统的人机交换性能,系统移植开发了人机界面GUI,可以通过触摸屏和彩色LCD实现灵活、便捷的人机交互。这些为研制智能电针仪、拓展针灸的应用范围进行了有益的尝试。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题意义

1.2 嵌入式系统概述

1.2.1 嵌入式系统定义

1.2.2 嵌入式系统组成与应用领域

1.2.3 嵌入式系统特点与发展状况

1.2.4 ARM处理器S3C2440的特点

1.3 电针治疗仪

1.3.1 电针治疗仪研究现状及安全性问题

1.3.2 本文提出的电针安全性对策及实现方案

1.4 本文研究内容及章节安排

2 针灸及电针参数研究

2.1 针灸的原理

2.2 循经线的理化现象与皮肤电阻建模

2.2.1 循经线的理化现象

2.2.2 人体皮肤电阻分布建模

2.3 电针参数的临床意义

2.3.1 频率与波形

2.3.2 刺激强度与时间

2.3.3 穴位与体位选择

2.3.4 本文的针灸治疗仪设计指标及特性

2.4 本章小结

3 电针治疗仪硬件系统设计

3.1 硬件体系整体设计

3.2 最小系统电路设计

3.2.1 电源与复位电路设计

3.2.2 存储器电路设计

3.2.3 JTAG调试接口电路设计

3.3 外围接口电路

3.3.1 LCD电路设计

3.3.2 USB接口电路设计

3.3.3 按键电路设计

3.3.4 串口和网络接口设计

3.4 信号调理与反馈电路

3.4.1 滤波与电平调整电路

3.4.2 电压放大电路

3.4.3 电压电流转换电路

3.4.4 反馈电路

3.5 本章小结

4 Linux操作系统构建

4.1 嵌入式操作系统

4.1.1 嵌入式操作系统选择

4.1.2 嵌入式Linux操作系统的特点

4.2 嵌入式开发环境的搭建

4.2.1 嵌入式交叉编译环境的搭建

4.2.2 Linux内核配置与编译

4.3 BootLoader移植

4.3.1 BootLoader简介

4.3.2 VIVI的配置与编译

4.5 本章小结

5 电针治疗仪软件系统设计与测试

5.1 软件总体设计方案

5.2 设备驱动程序设计

5.2.1 Linux设备驱动程序简介

5.2.2 LCD驱动程序

5.2.3 以太网接口驱动程序

5.3 GUI图形界面设计

5.3.1 GUI简介

5.3.2 基于Qt/Embedded的GUI开发

5.4 应用程序设计

5.4.1 PWM基本原理

5.4.2 波形产生程序

5.4.3 电流反馈程序设计

5.6 系统调试与结果分析

5.6.1 系统的调试过程

5.6.2 PWM输出信号的调试及结果分析

5.6.3 GUI调试及结果分析

5.7 本章小结

6 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果