点对多点式无线医疗刺激器系统的研制

论文摘要

电刺激是指将特定频率和形状的电流或电压施加于生物体兴奋组织后,使其产生各种生理性反应,从而达到人体功能恢复与重建的目的。由于适度控制电刺激的强度,即使重复多次也不会造成组织损坏。因此,电刺激已广泛地应用于医疗和生理学的研究中。针对传统电刺激医疗器可移动性差、只能对病人点对点治疗、不利于医护人员监控管理的缺陷,本文在对比研究了各种短距离无线通信技术后,提出了采用低功率短距离无线通信技术,使用数字信号单片射频收发芯片,加上微控制器和少量外围器件构成专用无线通信模块的技术方案,同时利用射频收发芯片具有多个不同频率收发信道的特点,搭建了一个上位机集中监控管理多个节点的点对多点式无线刺激器系统。本文选用低功耗射频收发一体芯片NRF2401、主控制器硬件芯片SST89V554RC和刺激器硬件芯片C8051F330,完成了无线通信及主控端和刺激端的硬件设计。系统主要由数据无线传输、主控模块、刺激模块和计算机监控几部分组成。本文分别论述了系统射频电路、主控模块控制电路、刺激模块电路、电脉冲产生电路的具体设计,并对系统的抗干扰性进行了研究设计。在软件开发中,设计了上位机监控程序,对多个治疗对象进行不同方案的治疗、监控和管理,并纪录其治疗历史。最后对系统进行了初步调试。实践表明,系统具有成本低、体积小、移动方便、可以同时进行多点治疗、监控方便等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 电刺激技术的发展及应用
• 1.3 课题的来源及研究意义
• 1.4 本文的主要工作和论文的安排
• 1.5 本章小结
• 2. 论文所用关键技术简介
• 2.1 各种短距离无线通信技术的应用分析与比较
• 2.1.1 IrDA 技术
• 2.1.2 蓝牙
• 2.1.3 802.11（Wi-Fi）
• 2.1.4 UWB
• 2.1.5 低功率短距离无线通信技术
• 2.2 跳频技术
• 2.2.1 跳频技术简介
• 2.2.2 跳频技术的应用
• 2.3 SOC 技术
• 2.4 本章小结
• 3 系统总体设计及关键器件的选择
• 3.1 系统功能
• 3.2 总体设计
• 3.3 关键器件的选择
• 3.3.1 无线通信方式的选择
• 3.3.2 射频收发芯片的选择
• 3.3.3 刺激模块单片机的选择
• 3.3.4 主控模块单片机的选择
• 3.4 本章小结
• 4 硬件电路具体实现
• 4.1 射频收发单元电路具体设计
• 4.1.1 无线收发芯片nRF2401
• 4.1.2 射频收发单元的电路原理图
• 4.2 刺激模块电路设计
• 4.2.1 电流脉冲输出单元
• 4.2.2 数据采集单元
• 4.2.3 单片机C8051F330 的控制部分
• 4.3 主控模块电路设计
• 4.3.1 单片机控制部分的设计
• 4.3.2 主控模块电源电路设计
• 4.3.3 单片机SST89V554RC 和计算机的接口电路
• 4.3.4 单片机SST89V554RC 和射频单元nRF2401 的接口电路
• 4.4 电路的PCB 设计与调试
• 4.4.1 电路的PCB 设计
• 4.4.2 电路板的调试
• 4.5 本章小结
• 5 系统功能的软件实现
• 5.1 软件开发环境
• 5.2 基于nRF2401 的无线收发模块的软件设计
• 5.3 刺激模块的软件设计
• 5.4 主控模块的软件设计
• 5.5 监控计算机主界面
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢