高压功能性电刺激器设计.doc

摘要:功能性电刺激（FES）是近年来兴起的一种新的医疗手段，它是一种利用经皮电流使肌肉收缩的矫正和治疗技术，可用于治疗患有脊髓损伤、中风以及相关神经损伤的瘫痪患者。本论文设计一种能够实现脉宽与输入信号相同、刺激强度可调、高压、恒流与恒压双功能以及正负双极性脉冲输出的刺激电路。输入脉冲信号通过光耦隔离器电路实现输入与输出端隔离，利用高精度旋转电位器调整刺激强度大小，经过电压跟随器电路之后使用一个单刀双掷开关实现恒压与恒流输出功能的切换，同时利用一个经改造的六脚二档双联开关控制刺激脉冲极性输出。刺激器电源分为低压和高压供电两部分，其中低电压部分采用单节9V层叠电池供电，高压电源部分可采用多个9V层叠电池串联构成。电路整体架构精巧并且制作成本低。利用Arduino编程产生脉宽调制（PWM）脉冲信号经过高压隔离功能电刺激器后经过水凝胶刺激电极连接人体皮肤表面，激活患侧肌肉及其神经肌肉接头，从而完成肢体动作康复训练。

关键词：功能性电刺激（FES）；恒流刺激；恒压刺激；正负极性脉冲；Arduino

目录

摘要

Abstract

第一章  绪论-1

1.1引言-1

1.2研究的意义-1

1.3国内外的现状与发展前景-1

1.4本文研究目标和主要内容-2

第二章  Arduino的介绍-4

2.1 引言-4

2.2 Arduino简介-4

2.3 Arduino的种类-5

2.4小结-6

第三章  高压功能性电刺激器的系统设计与器件选择-7

3.1电路系统的结构-7

3.2各模块的器件选择-7

3.2.1选用Arduino作为信号发生器-7

3.2.2选用6N136作为光电耦合器-7

3.2.3选用CA3140作为运算放大器芯片-8

3.2.4刺激输出端的滤波电容选择-9

第四章  电路的具体设计-10

4.1信号发生模块电路-10

4.2光耦隔离器模块电路-11

4.3运算放大模块电路-12

4.4恒流恒压控制与输出反相控制模块电路-13

4.5电路集成-15

4.6 PCB板设计-15

4.7小结-16

第五章  高压功能性电刺激器电路的调装与实验验证-17

5.1引言-17

5.2电路的调装-17

5.2.1电路的调装设备-17

5.2.2电路的调装过程-18

5.3电路的调试结果-18

5.4实验验证-19

5.5小结-20

结束语-21

致  谢-22

参考文献-23

附录A  电路原理图-24

附录B  PCB布线图-25

附录C  PCB版图-26