基于单片机控制艾灸器设计
摘 要
电子模拟艾灸，就是利用电子技术模拟艾灸的进针、出针、停针和捻针的全过程。然而，单纯的电针仪和灸疗仪功能单一，不适用于传统艾灸疗法所涵盖的各种病症，从而限制了其在临床上的广泛应用，因此，发展一种既可以进行针刺激又可进行灸疗的多功能艾灸治疗仪成为迫切的临床需求。本文设计一个基于单片机控制的艾灸器，确定方案，画出原理图和PCB版图，购买元器件完成产品制作，确定具体电路、制作、调试、作品验收。温度传感器对人体表面温度进行采集，再反馈到单片机，然后单片机对伺服机进行控制，从而控制艾棒和人体的距离，达到良好的艾灸效果。 本课题主要研究的是51单片机程序的编写以及硬件的连接。系统以51单片机为控制核心，再加上测温电路，模数转换电路，伺服控制电路等组成。先利用温度传感器完成人体表面温度的测量，并转换成模拟电压信号，经由模数转换器转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机中处理、变换，从而控制伺服电机的运动
关键词：艾灸，电针，灸疗，脉冲电路，单片机
ABSTRACT
Electronic moxibustion is the use of electronic technology to simulate the whole process of moxibustion's needles, needles, stopping needles and twisting needles. However, the simple electroacupuncture apparatus and moxibustion apparatus have a single function and are not suitable for the various diseases covered by traditional moxibustion therapy, thus limiting its wide application in clinical practice. Therefore, it is an urgent clinical requirement to develop a multifunctional moxibustion therapy instrument, which can be stimulated by needles and can be used for moxibustion. In this paper, a moxibustion device based on single chip microcomputer is designed to determine the scheme, draw the schematic diagram and PCB layout, purchase the components to complete the product production, and determine the specific circuit, production, debugging, and work acceptance. The temperature sensor is used to collect the surface temperature of the human body, then feed back to the MCU, and then the MCU controls the servo machine to control the distance between the rod and the human body, so as to achieve a good moxibustion effect. This topic mainly studies the programming of 51 single chip microcomputer and the connection of hardware. The system takes 51 single chip microcomputer as the control core, plus temperature measurement circuit, analog to digital conversion circuit, servo control circuit and so on. First, the temperature sensor is used to measure the surface temperature of the human body, and the analog voltage signal is converted to the digital signal which can be processed by the analog to digital converter. Then it is sent to the single chip computer to process and transform, so as to control the motion of the servo motor.
Key words: moxibustion, electroacupuncture, moxibustion, pulse circuit, single chip microcomputer
目录
前 言 4
第一章 软件介绍 8
§1.1 Proteus简介 8
§1.2 Keil简介 10
第二章 方案的选择 12
§2.1 仪器结构 12
§2.1.1 仪器整体结构框图 12
§2.1.2 治疗电路结构框图 12
§2.2 设计参数及主要性能 13
§2.2.1 基本波形要求 13
§2.2.2 脉冲序列模式 13
第三章 治疗单元设计 15
§3.1 治疗电路的原理框图 15
§3.2 555时基电路的选择 15
§3.2.1 LM555/LM555C系列简介 15
§3.2.2 LM555/LM555C系列的特性 15
§3.2.3 LM555/LM555C系列的封装及引脚 16
§3.2.4 LM555/LM555C系列替换器件 17
§3.3 连续脉冲发生电路 17
§3.4 间断波调制发生电路 18
§3.5 幅度调制脉冲发生电路 20
§3.5.1锯齿波发生电路 20
§3.5.2 幅度调制脉冲发生电路 21
§3.6 疏密波发生电路 23
§3.6.1 脉冲宽度调制电路 23
§3.7 波形输出电路 26
第四章 控制单元及软件设计 28
§4.1 控制单元简介 28
§4.2 单片机的选择 28
§4.2.1 STC89C52单片机简介 28
§4.2.2 STC89C52单片机管脚及功能 28
§4.2.3 软件编程 31
结 论 35
参考文献 36
前 言
艾灸的一种传统的中医疗法，因为它的确有很多不同凡响之处。首先，艾灸疗法的适应范围十分广泛，在中国古代是主要治疗疾病的手段。中医认为，艾灸有温阳补气、温经通络、消瘀散结,补中溢气的作用。可以广泛用于内科、外科、妇科、儿科、五官科疾病，犹其对乳腺炎、前列腺炎、肩周炎、盆腔炎、颈椎病、糖尿病等有特效。 其次，艾灸具有奇特养生保健的作用。用灸法预防疾病，延年益寿，在我国已有数千年的历史。《黄帝内经》“大风汗出，灸意喜穴”，说的就是一种保健灸法。《庄子》记载圣人孔子“无病而自灸”，也是指用艾灸养生保健。日本人须藤作等做过的灸法抗癌研究，还表明艾灸可以使皮肤组织中潜在的抗癌作用得到活化，起到治癌抗癌的作用。 而且，关于艾灸的历史源远流长。据研究表明，灸的发明应是原始人用火时，某一部位的病痛受到火的烘烤而感到舒适，便主动用火烧灼治疗更多的病痛。艾草古时候又叫冰台，古人在占卦之前，制冰取火，以艾为引，就在这种引天火的仪式氛围中，巫者把龟甲兆纹与人体的血脉取得模拟想象，思索中医的火论与气论，进而产生了艾灸这种神奇的治疗手段。
一、艾灸在美国的发展及现状
艾灸早在17世纪便由中国传入欧洲，再由欧洲传入美国。最早在美国出版英文版本艾灸专书的是名叫F Bache的美国医师翻译由S Morant所著的《法文艾灸书》，该书于1825年在费城出版（S Morant: Me moir on acupuncturation）。次年即1826年F Bache又在《北美内科与外科杂志》发表他本人用艾灸治疗的病例报告（Bache: North American Medical and Surgical Journal,1:311～321，1826），此后便陆续有一些有关艾灸论文在美国发表。经过一百余年后，1942年EA Brav与H Sigmond在美国《军医杂志》上报告艾灸的疗效，特别强调针刺止痛的疗效（EA Brav: Military Surgeon,90:545～549,1942）。美国国立卫生研究院NIH于1972年7月成立了“针刺疗法特别委员会”，在马里兰州比塞大（英文地名）召开了第一次学术会议，会上有40余项有关艾灸方面的初步研究成果进行交流。
现在艾灸在美国的地位逐步改变和提高。早在1987年全美国已有2500余名有执照的艾灸师，从事艾灸医疗工作的达万余人；1989年全美与艾灸有关的人数增2万人，仅加州有执照艾灸师已达8600人，诊所800多家；1996年9月第四届世界艾灸大会在纽约召开，与会者为来自46个国家和地区的专家学者，1200余人聚首一堂进行学术交流；到2001年，全美持有中医艾灸执照的医师更是达14000多人。
二、艾灸在日本的发展及现状
钦明天皇十三年552年，中国梁朝的简文帝赠日本政府《针经》一部；永观二年984年，针博士丹波康赖（912～955年）集隋、唐医学之大成，著成日本现存最古的医学著作《医心方》三十卷，其中卷二全部为艾灸内容。《医心方》的成书，奠定了日本艾灸医学的基础。嘉元二年1304年，原性全以日文撰成《顿医抄》五十卷，嘉历元年1326年又用汉文撰成《万安方》六十二卷。《顿医抄》为大型综合性医学全书，其中卷四十记载了灸治期间的禁食和宜食，卷四十二汇集了全身127个常用孔穴的取穴、主治等。《万安方》共收载95个常用孔穴，主要论述孔穴的取穴及主治。永禄十年1567年，曲直濑道三著《艾灸集要》一书，集中、日两国艾灸之大成。此期还有曲直濑道三《秘灸》《指南艾灸集》《启迪庵日用灸法》《仰伏同身寸法》以及樵青斋洞丹《烟萝子艾灸法》等艾灸专门著作问世。庆长年间的艾灸著作以吉田意休《刺针家鉴》《虫书》《经络考义》《大明针家琢周传》等著称。
目前，在互联网NCBI网站上，日本约有20多种杂志发表了有关艾灸的论文，其中6种杂志发表的艾灸论文数在5篇以上，最高达58篇。
三、艾灸文献在欧洲的发展
艾灸在欧洲传入较早、发展较快的国家是法国、英国和德国，尤其是法国和英国的艾灸在欧洲处于领先地位。14世纪时欧洲人通过马可波罗的记载首次了解艾灸疗法；耶稣传教士PP Harviell于1681年最早在法国撰文介绍艾灸；1735年传教士Duherder在巴黎刊印《中华帝国志》其中设有专卷介绍中医和艾灸；1821年英国医生John Churchill发表针刺治疗风湿性关节炎的报告；1951年德国医生Gerhart Bachmann和Heribert Schmidt创办了德国艾灸学会，第2年发行了德国艾灸杂志。
目前在德国有许多艾灸协会，主要是德国医生艾灸协会（DAEGfA）、艾灸和中医研究小组（FATCM）、Societas Medicinae Siinensis（SMS）、传统艾灸和中医的工作集体，这些协会都有自己的网页，定期发表艾灸文章，而且还有自己的杂志发行。英国、法国、意大利、俄罗斯和荷兰等国家也都有自己的艾灸杂志。仅在互联网NCBI网站上，英国就有50多种杂志发表了有关艾灸的论文，俄罗斯约有40多种杂志发表了有关艾灸的论文，德国约有30多种杂志发表了有关艾灸的论文，法国和意大利也都有20多种杂志发表了有关艾灸的论文。
四、艾灸器械的发展及现状
随着社会地发展，现代科技地运用，艾灸器械的种类也日益繁多。总的来说，艾灸器械大至可分为以下几类：针刺针类器械、电针类器械、电火针类、微波电针类、电兴奋类器械、电离子穴位类器械、穴位磁疗器械、激光照射类器械、电子穴位按摩类器械等[6]。艾灸器械的发展过程展示了人类科技发展的历程，其发展变化也促进了艾灸学术理论及治疗方法的不断发展，开拓创新了艾灸医学的研究和应用领域，对艾灸学术理论的发展产生了积极的影响。然而由于仪器本身的局限性，使得上述各种仪器很难在临床中有更广泛的应用，更不可能推广至成千上万的家庭，因此研制一种新型的、便携式的、集针疗仪和灸疗仪的功能于一体的多功能电子艾灸治疗仪成为临床的迫切需要。
五、本次设计的目的及意义
中医经络理论阐述：经络者，人之元气，伏于气血之中。周身流行，昼夜无间。又云：经络能够通行气血，沟通上下内外，联络脏腑形体官窍，感应传导信息，协调阴阳，阻止外邪入侵。因此，利用经络的这些特性，用艾灸、减肥及低频脉冲等物理方法刺激腧穴，达到调理经络气血及脏腑功能，是一种既可纠正异常的功能状态，又不会干扰正常的生理机能的治疗方式。本文所讲的电子艾灸治疗仪与过往的艾灸器械的不同之处在于电子艾灸治疗仪是在针刺入穴位得气后，在针上通以接近人体生理电的微量电流，利用针和电两种刺激相结合来达到治疗疾病的目的。电针疗法的优点是疗效高，效果好，利用单片机控制可以灵活的选择刺激波形，准确地控制和调整刺激量，以适应不同种类的疾病和不同体质的患者。现代医学证明，经络是一条具有传感和低电阻的传导体，在传统的针刺疗法中，每捻转或拉扦一次，其实质就是产生一个物理的电脉冲。在人体生命的机体里，时刻都在发生某种特殊的电流，这些微弱的电流从心脏、脑、肌肉、神经等部位发出，对身体的正常运行起着不可缺少的作用，这些微弱的电流就是人们所说的“生物电”。从中医经络学角度解析，当身体的某些器官或部位出现异常时，其正常的生物电也就出现异常，从而引起人体各种不适或疼痛，而外部的电刺激脉冲可以转化为生物电而影响组织器官。综合国外艾灸治疗疗效较好的病症包括:卡他性鼻炎(花粉过敏) 等过敏性疾病,忧郁症、失眠等精神心理疾病,偏头痛、面瘫、面肌痉挛、多发性神经炎、椎间盘综合征、震颤麻痹、癫痫、瘫痪等神经科疾病,各种痛证,月经失调、痛经、不孕症、更年期综合征等妇科疾病,遗精、阳萎等男性性功能障碍,腹痛、腹泻、眩晕、感冒、咳嗽、哮喘、耳鸣、耳聋、咽喉肿痛、呃逆、风湿性关节炎、类风湿关节炎、甲状腺机能减退等内科疾病,白癜风、牛皮癣、湿疹、带状疱疹等皮肤科疾病,颈肩腰腿痛等骨伤科疾病,老年性白内障、视神经炎、视神经萎缩、眼疲劳、屈光不正等眼科疾病,以及艾灸戒烟、戒毒、减肥、美容等。荷兰艾灸学会会长安特烈•哥伦特认为:艾灸对各种疼痛、心理疾病疗效较西医更理想,对脑血栓引起的中风偏瘫这类病症,治愈率25 % ,总有效率达75 %[11 ] 。但是,由于经过严格的临床试验报道太少,对艾灸治疗疾病范围的认定远远小于临床实际应用的情况。因为这需要大量的资金,现在不少国家如美国、德国已开始重视这方面的研究。
