腿部氣動按摩儀的設計畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　設計(論文)題目：腿部氣動按摩儀的設計</p><p>　　姓 名： **** </p><p>　　院 （系）： 公共衛(wèi)生學院 </p><p>　　專 業(yè)： 生物醫(yī)學工程 </p>

2、<p>　　年 級： 2008級 </p><p>　　指導教師： ***** </p><p>　　2012 年 6 月 8 日</p><p>　　腿部氣動按摩儀的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p&g

3、t;<p>　　本文設計一種以單片機STC89C52RD為核心器件組成的腿部氣動按摩儀, 由硬件電路設計部分、軟件程序設計部分和機械動作設計部分3個模塊組成。利用單片機I/O口輸出的高低電平對機械部分進行控制，氣囊模擬小腿腓腸肌功能。使用時將氣囊固定在腿部，系統(tǒng)供電后，氣囊會定時充氣、放氣，使靜脈瓣有節(jié)奏的開合，促進腿部血液循環(huán)，以達到緩解腿部疲勞的效果；同時對于有輕微靜脈曲張跡象的患者來說，目前對于下肢靜脈曲張的物理治療

4、，還僅限于傳統(tǒng)的彈性襪治療法和彈力繃帶療法，但治療的效果也不十分理想。腿部氣動按摩儀的研制填補了這項空白，使患者在不開刀的狀態(tài)下，能更有效地進行緩解和預防。</p><p>　　【關鍵詞】：STC89C52RD 氣動式 按摩儀 靜脈曲張</p><p>　　The Design of Leg ministry Pneumatic Massage Apparatus</p>

5、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper designs a single-chip STC89C52RD as the core parts of leg ministry pneumatic massage device, by power supply circuit, drive circuit and single-chi

6、p microcomputer control the mechanical action 3 modules. Use single chip computer I/O mouth the discretion of the output level to control the mechanical part. Balloons simulate Seated calf muscle function, when using, th

7、ey will be fixed in the leg air. As well as power supplies, balloons will put the aeration and timing gas, making the vein </p><p>　　【Key Words】: STC89C52RD Pneumatic type Massage instrument Varicose vein

8、</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)方案的設計1</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設計的功能簡介5</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的設計5</p><p&g

9、t;　　2 腿部氣動按摩儀的硬件設計7</p><p>　　2.1 硬件設計概述7</p><p>　　2.2 電源電路8</p><p>　　2.3 STC89C52RD單片機介紹8</p><p>　　2.4 STC89C52RD單片機最小系統(tǒng)10</p><p>　　2.5 氣泵驅動電路、電磁閥驅動電路

10、12</p><p>　　2.6 系統(tǒng)結構圖13</p><p>　　3 腿部氣動按摩儀的軟件設計15</p><p>　　3.1軟件設計概述15</p><p>　　3.2 系統(tǒng)程序流程圖15</p><p>　　3.3 系統(tǒng)程序設計16</p><p>　　4 腿部氣動按摩儀的機

11、械部分設計20</p><p>　　4.1 機械部分設計概述20</p><p>　　4.2 定時時間模型的建立20</p><p>　　4.3 二位三通電磁閥介紹23</p><p>　　4.4 氣路連接部分設計的工作原理24</p><p>　　4.5 實物說明26</p><p&g

12、t;　　5 總結及展望27</p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　附 錄29</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><

13、;p>　　1.1 系統(tǒng)方案的設計</p><p>　　1.1.1腿部氣動按摩儀的研究背景</p><p>　　在我國鄉(xiāng)村，有很多中年人長年累月的體力勞動；有些老年人整天坐在屋子里以打牌、打麻將為娛樂消遣；近年來隨著城市化進程的加快、房地產行業(yè)的火熱，農民棄農進城打工已經成為現(xiàn)在都市的一道風景；長途司機的長時間駕駛；教師講課時的長時間站立；青少年人群中的宅男、宅女……，以上這些長時間坐

14、臥或者是長時間站立的人群，都有可能產生腿部疲勞，甚至程度不同的靜脈曲張。</p><p>　　下肢靜脈曲張主要是指下肢淺靜脈系統(tǒng)處于伸長、蜿蜒和曲張狀態(tài)。長期站立工作、重體力勞動、妊娠、慢性咳嗽、習慣性便秘等因素，都可使瓣膜承受過度的應力，逐漸松弛，瓣膜正常關閉功能受到破壞，或者下肢作持久不規(guī)則即不是有節(jié)奏的運動，當循環(huán)血量經常超過回流的負荷，亦可釀成壓力升高、靜脈擴張，以致瓣葉游離緣在關閉時不能合攏，從而形成相

15、對性關閉不全，形成靜脈曲張。單純下肢靜脈所引起的臨床表現(xiàn)，一般并不嚴重，主要表現(xiàn)為下肢淺靜脈蜿蜒擴張迂曲，如病程繼續(xù)進展，到后期，尤其是當交通靜脈瓣膜破壞后，可出現(xiàn)輕度腫脹和足靴區(qū)皮膚營養(yǎng)性變化，包括皮膚萎縮、脫屑、瘙癢、色素沉著、皮膚和下皮組織硬結、甚至濕疹和潰瘍形成。</p><p>　　1.1.2 腿部氣動按摩儀的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，醫(yī)學上對下肢靜脈曲張的治療基本上還

16、是手術治療法，即通過作血管結扎手術，將某條曲張的血管封閉，使得流過該條血管的靜脈回血改從其余的淺表靜脈回流心臟，近期也出現(xiàn)了一些非手術療法，即通過藥物將該條曲張的血管硬化，達到治療靜脈曲張的目的。這些方法對于患靜脈曲張很嚴重的病人可能比較有效，但對于有輕微靜脈曲張跡象的患者來說，手術和藥物治療法并不是首選。手術治療必定會有傷疤，這對于一些愛美的年輕患者來講，就是致命的一個因素，不到萬不得已他們是不會選擇接受手術治療的。但目前對于下肢靜脈

17、曲張的物理治療，還僅限于傳統(tǒng)的彈性襪治療法和彈力繃帶療法，但治療的效果也不十分理想。因此患者迫切需要一種更好的預防和治療下肢靜脈曲張的儀器，在不開刀、無痛無疤的狀態(tài)下，能更有效地進行預防和治療。</p><p>　　1.1.3 腿部氣動按摩儀的設計依據</p><p>　　根據血流動力學理論，下肢靜脈血液能對抗重力而向心回流，受到多種因素影響，首先是小腿肌泵功能，小腿腓腸肌內含有大量靜脈竇

18、，內容血量可達140ml，且肌泵受筋膜所包裹，一次肌泵收縮可排出60—90ml血液，是靜脈回流的主要動力，所以又被稱為“第二心臟”。其次是胸腔吸氣期和心臟舒張期產生的負壓作用，使周圍靜脈與心臟之間形成壓力梯度，血液向心回流。還有就是靜脈瓣膜的單向關閉功能，能對抗近側血柱的重力作用，阻止血液向遠側倒流。綜合這三種因素才使得下肢靜脈血液能夠對抗重力向心回流，其中任何一個因素出問題，都有可能形成靜脈曲張。小腿腓腸肌的收縮功能是促使靜脈回血的主

19、要動力，一旦靜止不動，小腿肌泵功能消失，則踝部靜脈承受的壓力最高，淤血程度也最嚴重。下肢靜脈長時間承受很高的壓力，久而久之，靜脈瓣膜會松弛，失去單向關閉功能，便會形成靜脈曲張。</p><p>　　1.1.4 腿部氣動按摩儀的設計思路</p><p>　　若要修復失去支撐能力的瓣膜，需要很復雜的手術而且收效甚微，此方法并不可取。設想，如果能夠在人長時間站立不動時，外加一個類似小腿肌泵功能的

20、裝置，來代替小腿腓腸肌的收縮機制，能有節(jié)律地輔助靜脈血回流心臟，這樣就不會使靜脈瓣膜承受過重的壓力而變性導致靜脈曲張的形成了。初步設想一種充氣式按摩腿套能固定于患者下肢病患處，它由多條可封閉氣囊組成。各個氣囊的充氣均可由外電路控制，首先將其中兩個相間隔的氣囊迅速地充滿空氣，此時腿套逐漸擠壓小腿，在一定程度上起著促進靜脈血液流動的作用，阻止了靜脈回血倒流后瘀滯在腿部。當氣囊內的空氣達到一定的壓力后，使其中另外兩個相間隔的氣囊開始充氣，同時

21、將先前已經充氣到一定壓力的氣囊放氣，當氣囊內的氣體壓力在人體腿部感受不到后（此時便認為氣體已經放光），再次對剛剛放氣完畢的氣囊快速充氣，同時使已經充氣到一定壓力的氣囊開始放氣。重復上一過程。利用各氣囊充、放氣之間產生的負壓來促使腿部靜脈血流動，同時加速了血液循環(huán)，實現(xiàn)了靜脈血在人靜止不動時仍然可以對抗自身的重力作用而向心回流心臟的可能，此功能既緩解了腿部疲勞，也避免了因長久站立不動而導致的靜脈曲張。</p><p&g

22、t;　　1.1.5 腿部氣動按摩儀的設計方案</p><p>　　腿部氣動按摩儀便是在上述依據的基礎上研制的，它是由控制盒和充氣腿套這兩個主要部分構成的，其結構如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 腿部氣動按摩儀的外觀結構</p><p>　　充氣腿套是由4條密閉氣囊組成的，被固定在患者下肢。控制盒內則包含所有用來控制充氣腿套的控制電路，由使用者隨身攜帶。

23、治療時，打開控制盒上的開關，控制盒內的自動充氣泵向充氣腿套中的氣囊迅速充氣。并按照先1、3后2、4的次序進行充氣、放氣，循環(huán)往復，達到對下肢按摩并促使靜脈瘀滯血液回流心臟的目的，其中充氣腿套上各個氣囊的充放氣順序和作用時間均是由控制盒中的電路來控制實現(xiàn)的。</p><p>　　充氣腿套主要是由4條帶有電磁閥控制的氣囊構成，它的制作要求比較高，要符合密封、輕便、舒適、美觀這四項要求。氣囊的密封性要好，否則會影響充放

24、氣速度，治療的效果會大打折扣。充氣腿套應該可以由使用者按照個人的小腿粗細自行綁定，所以要選擇一些質地輕柔且較耐磨的材料制作，而且腿套的外形設計應符合人體解剖學，使患者穿著舒適、美觀，滿足使用者即使是在工作時也可以使用的要求。</p><p>　　控制盒主要用來控制充氣腿套內各氣囊的充、放氣順序，還可以通過盒內部的單片機來控制該氣動式按摩儀的工作時間。其內部主要設計大致如下：電源電路；單片機最小系統(tǒng)；氣泵驅動電路；

25、電磁閥驅動電路；快速自動充氣泵；電磁閥；氣路連接部分。</p><p>　　電源電路：為整個系統(tǒng)提供工作電壓及工作電流，因此在制作之前需先確定整個系統(tǒng)所需要的工作電壓和電流。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)：是整個系統(tǒng)的核心組成部分，包括復位電路和時鐘電路，單片機用來控制各個氣囊的充、放氣時間和充、放氣順序，是整個系統(tǒng)的控制核心。本系統(tǒng)選用的是STC89C52RD單片機，工作電壓為直流

26、電5V。</p><p>　　氣泵驅動電路：是由單片機輸出控制信號來控制繼電器開合的電路，繼電器類型的選擇很重要，本系統(tǒng)選擇常開五個引腳的繼電器，當繼電器閉合時，氣泵開始工作，在電磁閥的控制下為預定的氣囊開始充氣。本系統(tǒng)中驅動電路工作電壓設定為直流電12V。</p><p>　　電磁閥驅動電路：本質上與氣泵控制電路原理相同，單片機控制電磁閥的開合，使其在氣泵工作狀態(tài)下，控制氣囊的充、放氣順

27、序。本系統(tǒng)中驅動電路工作電壓設定為直流電12V。</p><p>　　快速充氣泵：氣泵的選擇很重要，需要考慮到工作電壓、工作電流、噪音的大小、耐壓情況和氣孔孔徑尺寸等，其中尤其需注意氣孔孔徑尺寸的選擇，因為這一因素同時也是氣路連接設計中的一項重要因素,利用快速自動充氣泵對充氣腿套內的氣囊進行快速充氣，由于速度比較快，可減少靜脈受到較長時間的擠壓可能出現(xiàn)的淤血現(xiàn)象，充氣泵是該裝置最主要的動力系統(tǒng)，直接影響到治療的效

28、果，因此選擇時應較慎重。本系統(tǒng)的氣泵選擇為直流12V工作電壓，250mA工作電流。</p><p>　　電磁閥：在選擇時，首先是在氣路連接部分設計好之后根據所需氣囊的控制順序以及充、放氣方式來選擇所需要的電磁閥的規(guī)格以及類型, 這也是該裝置一個比較有創(chuàng)意并且符合生命特征的一個設想。本系統(tǒng)選擇的電磁閥為二位三通電磁閥，工作電壓為直流12V，工作電流為270mA。</p><p>　　氣路連接

29、部分：是整個系統(tǒng)的第二大核心組成部分，其中氣路的密閉性，氣路的孔徑尺寸，氣路設計的連接以及氣流流向的控制等都在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的工作效率。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設計的功能簡介</p><p>　　1、智能控制：由單片機發(fā)出指令對整個系統(tǒng)中各相關器件進行控制。</p><p>　　2、循環(huán)按摩：通電后，氣泵自動向兩相隔氣囊內進行充氣，定時時間到之后

30、，氣泵自動向另外兩相隔氣囊進行充氣，同時已充氣氣袋自動放氣，促進腿部靜脈瓣開合，進而加速腿部血液循環(huán)。</p><p>　　3、方便實惠：攜帶方便，實現(xiàn)了醫(yī)療儀器的便攜式使用方式，適用于廣大普通人群。 </p><p>　　4、適應性強：因其便攜性，結構簡單，適用于不同行業(yè)，比如教師、司機；適用于不同人群，男女老少皆宜；適用于不同工薪階層，從白領到藍領皆宜。</p><

31、;p>　　5、適用范圍：旅游、醫(yī)療、服務等行業(yè)。</p><p><b>　　1.3 系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　系統(tǒng)設計的總框圖如圖1-2所示:</p><p>　　圖1-2 腿部氣動按摩儀的設計總框圖</p><p>　　電源電路將12V直流電降到直流5V為單片機供電，系統(tǒng)供電后，單片機輸出高電平或

32、低電平控制繼電器動作，繼電器的閉合或斷開可以控制氣泵和電磁閥的工作與否，氣泵和電磁閥1工作時，氣囊1、3充氣，達到設定充氣時間后，氣泵和電磁閥2工作，氣囊2、4充氣，同時氣囊1、3放氣，達到設定充氣時間后，氣泵和電磁閥1工作，系統(tǒng)按照這個順序重復使氣囊充氣和放氣。</p><p>　　2 腿部氣動按摩儀的硬件設計</p><p>　　2.1 硬件設計概述</p><p&

33、gt;　　系統(tǒng)組件原理圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)組件原理圖</p><p>　　為使硬件電路搭建與調試方便，本系統(tǒng)使用了單片機最小系統(tǒng)進行控制，硬件電路主要包括電源電路和工作電路，其中工作電路包括：單片機最小系統(tǒng)，氣泵驅動電路，電磁閥驅動電路。整個系統(tǒng)由12V的開關電源供電，電源電路是利用LM7805將12V電壓降為直流5V電壓為單片機供電，系統(tǒng)上電開始工作后，

34、單片機自動復位，采用內部時鐘電路產生時鐘，單片機的P2.0引腳輸出高電平使三極管Q1導通，繼電器閉合，P2接口通電，驅動氣泵開始充氣，與此同時，單片機的P2.1引腳也輸出高電平使三極管Q2導通，繼電器閉合，P3接口通電，驅動電磁閥1開始工作，為第1、3氣囊充氣。充氣定時時間到以后，P2.1引腳輸出低電平，Q2截止，繼電器斷開，電磁閥1停止工作，第1、3氣囊通過電磁閥1的排氣口自動放氣；此時P2.2引腳輸出高電平，Q3導通，P4接口通電，

35、驅動電磁閥2開始工作，為第2、4氣囊充氣，充氣定時時間到以后，P2.2引腳輸出低電平，Q3截止，繼電器斷開，電磁閥2停止工作，第2、4氣囊通過電磁閥2的排氣口自動放氣；同時，電磁閥1又開始工作。電磁閥1和電磁閥2依次循環(huán)工作，當?shù)竭_已設定的按摩循環(huán)次數(shù)后，P2.0引腳輸出低電</p><p><b>　　2.2 電源電路</b></p><p>　　電源電路設計時主要

36、考慮因素有系統(tǒng)工作所需電壓、系統(tǒng)工作所需電流，本系統(tǒng)使用的是12V直流電源供電，系統(tǒng)總電流為2A。</p><p>　　電源電路的電路圖如圖2-2：</p><p>　　圖2-2 腿部氣動按摩儀的電源電路</p><p>　　系統(tǒng)直接采用DC12V@2A的開關電源為系統(tǒng)供電，經7805降壓為直流5V為STC89C52RD單片機供電。</p><p

37、>　　2.3 STC89C52RD單片機介紹</p><p>　　2.3.1 STC89C52RD簡介</p><p>　　STC89C52RD是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和可編程Flash，使得STC89C52RD為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8K

38、字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89C52RD 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復

39、位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。</p><p>　　2.3.2 STC89C52RD 主要功能</p><p>　　STC89C52RD 主要功能如表2-1：</p><p>　　表2-1 STC89C52RD主要功能</p><p>　　2.3.3 STC89C52RD 引腳介紹</p><p>

40、　　① 主電源引腳（2根）</p><p>　　VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源</p><p>　　GND(Pin20)：接地線</p><p>　　②外接晶振引腳（2根）</p><p>　　XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端</p><p>　　XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出

41、端</p><p><b>　?、劭刂埔_（4根）</b></p><p>　　RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。</p><p>　　ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號</p><p>　　PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號</p>

42、<p>　　EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。</p><p>　?、芸删幊梯斎?輸出引腳（32根）</p><p>　　STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。</p><p>　　PO口

43、（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7</p><p>　　P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7 </p><p>　　P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7 </p><p>　　P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0

44、～P3.7</p><p>　　2.4 STC89C52RD單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)是整個電路的控制中心，它包括復位電路和時鐘電路。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)的電路圖如圖2-3：</p><p>　　圖2-3 單片機最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　其中P2.0、P2.1、P2.2

45、輸出的高低電平用來控制驅動電路中繼電器的開合，進而控制氣泵和電磁閥的工作狀態(tài)。</p><p>　　2.4.1 最小系統(tǒng)中的復位電路</p><p>　　復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。</p><p>　　上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2-4（a）所示。這佯，只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，

46、即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。</p><p>　　按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖2-4（b）所示；而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖2-4（c）所示：</p><p><b>　　圖2-4 復位電路</b></p><p>　

47、　上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。</p><p>　　本系統(tǒng)使用的是12MHz的晶振，復位電路采用圖2-4（a）所示的上電復位方式。</p><p>　　2.4.2 最小系統(tǒng)中的時鐘電路</p><p>　　STC89C52RD內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器

48、的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。內部方式的時鐘電路如圖2-5（a） 所示，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。</p><p>　　外部方式的時鐘電路如圖2-5（b）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對

49、外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機使用。</p><p><b>　　圖2-5 時鐘電路</b></p><p>　　2.5 氣泵驅動電路、電磁閥驅動電路</p><p>　　氣泵驅動電路、電磁閥驅動電路如圖2-6：</p&

50、gt;<p>　　圖2-6 氣泵驅動電路、電磁閥驅動電路電路圖</p><p>　　電路原理分析：當單片機輸出高電平時，三極管導通，此時電路導通，繼電器吸合，氣泵或電磁閥開始工作，即所選通氣囊開始充氣；當單片機輸出低電平時，三極管截止，此時電路也處于截止狀態(tài)，繼電器不能吸合，因此氣泵或電磁閥也不能夠工作，也即此時氣囊不充氣。</p><p><b>　　2.6 系統(tǒng)

51、結構圖</b></p><p>　　PCB結構圖如圖2-7：</p><p>　　圖2-7 PCB結構圖</p><p>　　3 腿部氣動按摩儀的軟件設計</p><p><b>　　3.1軟件設計概述</b></p><p>　　STC89C52RD單片機上程序的燒寫方法是將單片機插

52、到單片機開發(fā)板上，開發(fā)板上有集成USB轉串口芯片，所以在設計系統(tǒng)電路時省去了設計往單片機里下載程序的部分。因此只需將已經下載好程序的單片機插到已經設計好的電路中即可運行、調試。</p><p>　　程序的編寫主要是對充氣時間的控制，對氣囊充氣和放氣順序的控制以及充氣和放氣循環(huán)次數(shù)的控制。</p><p>　　因為模型計算出充氣時間為11.8s，忽略實際測量誤差，設定充氣時間為10s。<

53、;/p><p>　　3.2 系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如圖3-1：</p><p>　　圖3-1 主程序流程圖</p><p>　　延時程序流程圖如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 延時程序流程圖</p><p>　　3.3 系統(tǒng)程序設計</p><

54、p><b>　　系統(tǒng)的程序為：</b></p><p>　　/*-----------------------------------------------</p><p>　　名稱：IO口高低電平控制</p><p>　　內容：利用P1口控制氣泵和電磁閥工作</p><p>　　----------------

55、--------------------------------*/</p><p>　　#include<reg52.h> //包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義</p><p>　　sbit PUMP=P2^0;// 用sbit 關鍵字 定義 PUMP到P1.0端口</p><p>　　sbit VALVE1=P2^1;/

56、/ 用sbit 關鍵字 定義 VALVE1到P1.1端口</p><p>　　sbit VALVE2=P2^2;// 用sbit 關鍵字 定義 VALVE2到P1.2端口</p><p>　　/*------------------------------------------------</p><p><b>　　主函數(shù)</b></

57、p><p>　　------------------------------------------------*/</p><p>　　void main (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　void Delay1();//函數(shù)聲明</p><p>　　void

58、 Delay2(unsigned int d);</p><p>　　unsigned char i;//定義一個無符號字符型局部變量 i 取值范圍 0~255</p><p>　　while (1) //主循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<10;

59、i++) //加入 for循環(huán)，表明for循環(huán)大括號中</p><p>　　//的程序循環(huán)執(zhí)行10次</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PUMP=1; //將P1.0口賦值 0，對外輸出低電平</p><p><b>　　VALVE1=1;</b>

60、</p><p><b>　　VALVE2=0;</b></p><p>　　Delay1(); //調用延時程序；更改延時數(shù)字可以更改延時長度；</p><p>　　//用于改變閃爍頻率</p><p>　　PUMP=1; //將P1.0口賦值 1，對外輸出高電平</p>&

61、lt;p><b>　　VALVE1=0;</b></p><p>　　VALVE2=1; </p><p><b>　　Delay1();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//主循環(huán)中添加其他需要一直工作的

62、程序</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*------------------------------------------------</p><p>　　延時函數(shù)，延時10s。</p><p>　　--

63、----------------------------------------------*/</p><p>　　void Delay1()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int times1,times2;</p><p>　　for(times2=1;times2<=10;ti

64、mes2++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(times1=1;times1<=20;times1++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Delay2(50000);</p><p><b>

65、　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Delay2(unsigned int d)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while

66、(d--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4 腿部氣動按摩儀的機械部分設計</p><p>　　4.1 機械部分設計概述</p><p>　　本系統(tǒng)設計的目的是使一個自動快速充氣泵為多個預先設定的氣囊充氣,因此需要用到電磁閥進行氣路轉換。本系統(tǒng)選用氣泵的額定電壓是DC12V，額定電流為25

67、0mA，氣泵的詳細數(shù)據見附錄1；本系統(tǒng)所選用的電磁閥為二位三通電磁閥，其額定電壓是DC 12V，額定電流為270mA，二位三通電磁閥的詳細數(shù)據見附錄2。</p><p>　　4.2 定時時間模型的建立</p><p>　　4.2.1模型建立條件</p><p>　　在大氣壓下進行試驗，以大氣壓為起點；忽略氣路連接處漏氣因素；電磁閥孔徑與管路孔徑誤差可忽略；氣路中空氣

68、不可壓縮，密度相當于水的密度；氣泵擺放位置與氣路位置在同一水平線上，沒有壓差；忽略三通接頭的阻力；忽略沿程損失。</p><p>　　4.2.2 符號說明</p><p><b>　　：空氣動力粘度；</b></p><p><b>　　：空氣運動粘度；</b></p><p><b>　

69、?。簹夤荛L度；</b></p><p><b>　?。簹饴穳簭姴睿?lt;/b></p><p><b>　?。簹夤馨霃剑?lt;/b></p><p>　?。簹夤苤辛黧w的平均速度；</p><p><b>　　：氣管內徑；</b></p><p>&l

70、t;b>　?。簹夤芡鈴?；</b></p><p><b>　?。豪字Z數(shù)；</b></p><p><b>　?。簹饽议L度；</b></p><p><b>　?。簹饽覍挾?；</b></p><p>　?。簹饽页錃夂蟮母叨龋?lt;/p><p&g

71、t;　　：氣體流過的截面積；</p><p><b>　　：氣管截面積；</b></p><p><b>　?。菏湛s系數(shù)；</b></p><p><b>　?。鹤枇ο禂?shù)；</b></p><p><b>　?。毫魉傧禂?shù)；</b></p>&

72、lt;p><b>　?。毫髁肯禂?shù)；</b></p><p>　　4.2.3 已知數(shù)據說明</p><p>　　由附錄所提供的氣泵和電磁閥的數(shù)據可知，氣泵的最大壓強為>60Kpa，電磁閥所能承受的最大壓強為<46Kpa（<350 mmHg ），因此設定氣路中壓強差為30Kpa。在壓強為101.325Kpa，溫度為20oC條件下，空氣的動力粘度，空

73、氣的運動粘度，氣管長度=36.3cm，氣管內徑=5mm，氣管外徑=7mm，氣囊長度=28cm，氣囊寬度=8.6cm，氣囊充氣后的高度=5cm。</p><p>　　4.2.4 建立模型</p><p>　　模型一：氣管中流體狀態(tài)的確定</p><p>　　氣管中流體的平均速度為：</p><p><b>　　(4-1)</b&

74、gt;</p><p><b>　　因此雷諾數(shù)為：</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　因為雷諾數(shù)1220276>13800，因此管中流動狀態(tài)是湍流。</p><p>　　模型二：定時時間的確定</p><p>　　因為，所以此模

75、型屬于大孔口問題。</p><p>　　大孔口的收縮系數(shù)取決于孔口直徑與管道直徑之比：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　當時，，則大孔口的流速系數(shù)為：</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p><b>　　于

76、是流量系數(shù)為：</b></p><p><b>　　(4-5)</b></p><p><b>　　所以流量為：</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　因為一個氣囊的容積為：</p><p><b&

77、gt;　　(4-7)</b></p><p><b>　　所以充氣時間為：</b></p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　因此需設定充氣時間為11.8s。</p><p>　　4.2.5 可行性驗證</p><p>　　由模型建立條件

78、知，將氣囊內空氣密度設定為進行計算。</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　因為人體心臟得舒張壓為11Kpa，而2.74pa<11Kpa，說明氣囊充氣使腿部血液循環(huán)流動以及血液回流有了一定的壓力支撐，同時2.74pa<30Kpa，即氣囊內部壓強小于氣管中的壓強差，說明了計算結果的合理性。</p><p>

79、;　　實際上，氣囊內氣體的密度小于水的密度，因此保證了所求結果的正確性。</p><p>　　4.3 二位三通電磁閥介紹</p><p>　　4.3.1 電磁閥簡介</p><p>　　電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同

80、的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節(jié)閥等。</p><p>　　在氣動回路中，電磁控制換向閥的作用是控制氣流通道的通、斷或改變壓縮空氣的流動方向。主要工作原理是利用電磁線圈產生的電磁力的作用，推動閥芯切換，實現(xiàn)氣流的換向。按電磁控制部分對換向閥推動方式的不同，可以分為直動式電磁閥和先導式電磁閥。直動式電磁閥直接利用電磁力推動閥芯換向，而先導式換向閥則利用電磁先導閥輸

81、出的先導氣壓推動閥芯換向。</p><p>　　4.3.2 二位三通電磁閥的工作原理</p><p>　　二位三通電磁閥，此類電磁閥有三個外通口A、P、T，有兩種使用功能，①換向：當線圈通電時，動鐵芯吸合靜鐵芯氣體從P到A相通,當線圈斷電時，動鐵芯在彈簧力作用下關閉閥體上的閥口，氣體從A到T相通；②分流：當線圈通電時，動鐵芯吸合靜鐵芯氣體從A到P相通，當線圈斷電時，動鐵芯在彈簧力作用下關閉

82、閥體上的閥口，氣體從A到T相通。</p><p>　　二位三通電磁閥如圖4-1:</p><p>　　圖4-1 二位三通電磁閥</p><p>　　4.4 氣路連接部分設計的工作原理</p><p>　　機械部分的設計如圖4-2：</p><p>　　圖4-2 腿部氣動按摩儀氣路連接部分結構圖</p>&

83、lt;p>　　氣路連接部分的工作完全由單片機控制，當單片機的P2.O口輸出高電平時，氣泵開始工作，向氣路中充氣，此時若P2.1口輸出高電平，說明電磁閥1開始工作，即氣囊1、氣囊3開始充氣；若P2.2口輸出高電平，說明電磁閥2開始工作，即氣囊2、氣囊4開始充氣。其中P2.1口和P2.2口不同時輸出高電平或低電平，即在氣泵工作狀態(tài)下，電磁閥1與電磁閥2必有其中一個處于工作狀態(tài)，另一個處于不工作狀態(tài)。與處于工作的狀態(tài)的電磁閥相連接的氣囊

84、處于充氣狀態(tài)；與處于不工作狀態(tài)的電磁閥相連接的氣囊處于放氣狀態(tài)。</p><p><b>　　4.5 實物說明</b></p><p>　　畢業(yè)設計實物照片如圖4-3：</p><p>　　圖4-3 畢業(yè)設計實物照片</p><p>　　封裝盒內部為控制電路和氣路連接部分，外部為充氣套腿（氣囊）。使用時可以將氣囊套在腿上

85、，打開開關即可使用。</p><p><b>　　5 總結及展望</b></p><p>　　通過本次設計，腿部氣動按摩儀的基本功能得以實現(xiàn)。腿部氣動按摩儀利用單片機對電路以及氣路的控制對氣囊進行充氣，以達到緩解腿部疲勞和緩解腿部靜脈曲張的功效。</p><p>　　在本次設計中為使整個系統(tǒng)在低成本、低功耗的條件下實現(xiàn)預定目標，因此選用了直流1

86、2V，額定電流為2A的開關電源作為整個系統(tǒng)的供電電源。整個設計分為三個模塊：硬件電路設計、軟件程序設計、機械部分設計。其中難點在于單片機上程序的書寫以及機械部分的設計。整個系統(tǒng)設計的前期準備很重要，需要掌握靜脈曲張的常識，需要學習51單片機的工作模式，設計氣路，以及各部分器件的選擇和整個系統(tǒng)所需要的電壓、電流。</p><p>　　在電路調試過程中，因為對51單片機系統(tǒng)知識掌握的不夠全面，出現(xiàn)了問題，忽略了51單

87、片機通常是低電平驅動這一知識點。盡管機械部分最主要的是氣路的設計以及氣泵和電磁閥的選定，但是在制作過程中也是問題百出，因為沒有用來做腿套的氣囊，雖然有專門定做氣囊的公司，但是因為畢業(yè)設計需要的太少了，所以無法定做，為同時保證氣囊可承受氣壓以及對腿部的適用性，選購了PVC材質的充氣枕頭做改裝。</p><p>　　腿部氣動式按摩儀，結構簡單、攜帶方便、價格適中，既解決了普通家庭因為負擔不起昂貴的美腿機而承受病痛的折

88、磨，同時，又為緩解和預防腿部疲勞及靜脈曲張?zhí)峁┝诵碌姆椒?，填補了目前只有彈力襪和普通藥物對腿部疾病預防領域的空白。</p><p>　　本次設計還有許多有待改進之處：可以在系統(tǒng)中添加壓力傳感器，這樣一來就可以利用壓力傳感器反饋給單片機的信號對氣路的充、放氣進行控制；還可以在兩個三通接頭（共四個出口）處連接四個兩通電磁閥，即可實現(xiàn)對每一個氣囊的控制，可以利用單片機控制多方式地緩解腿部疲勞和腿部靜脈曲張。</p

89、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 侯玉芬, 劉明, 張玥. 下肢靜脈曲張防治答疑[M]. 北京:人民軍醫(yī)出版社,2010</p><p>　　[2] 趙東亮，李海婷，朱太詠，謝艷.舒筋活絡自控按摩儀的研制[J].中國醫(yī)療設備，2011,26(1):41-42.</p><p>　　[3]沈蘇

90、靜,湯黎明,郭芮兵. 治療下肢靜脈曲張氣動式按摩儀的研制及其臨床應用[J].醫(yī)療設備信息，2003,18（5）：14-15.</p><p>　　[4]牛映雪，呂君.保健按摩手冊[M].北京：科學出版社，2003,111-112,133,250.</p><p>　　[5]李海濤. 全成型醫(yī)用壓力繃帶的設計與研究[J]. 天津工業(yè)大學, 2007 .</p><p>

91、;　　[6] 沈蘇靜,湯黎明. 治療下肢靜脈曲張的新型氣動式按摩儀[M].中國醫(yī)療器械志,2003，27-6</p><p>　　[7] 吳愷紅. 生理學[M]. 西安:第四軍醫(yī)大學出版社,2010. </p><p>　　[8] 張毅剛,彭喜元,董繼成. 單片機原理及應用[M]. 高等教育出版社,2003. </p><p>　　[9] 譚浩強. C程序設計[M]

92、. 北京：清華大學出版社,2005.</p><p>　　[10] 張也影. 流體力學（第二版）[M]. 高等教育出版社,1998.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　氣泵的數(shù)據：</b></p><p>　　額定電壓：DC12V</p><

93、p>　　額定電流：250mA@12V</p><p>　　充氣時間： < 10 Second （From 0 to 300mmHg in a 500CC tank.）</p><p>　　最大壓力： > 450 mmHg （單位換算數(shù)值：>60Kpa >0.6KG)</p><p>　　氣密： < 3 mmHg/minute&l

94、t;/p><p>　　流量： > 2.0 L/min</p><p>　　噪音： < 65 dB</p><p>　　管徑： Φ 3 mm</p><p>　　尺寸： Φ27*58 mm</p><p>　　應用領域： 廣泛應用于電子血壓計、監(jiān)護儀等醫(yī)療器械；氣囊式眼睛按摩儀、按摩腰帶、精油擴香機等健康家居產品

95、上。</p><p>　　二位三通電磁閥的數(shù)據：</p><p>　　額定電壓： DC 12V</p><p>　　額定電流：270mA@12V</p><p>　　直流阻抗：45Ω±10%@12V</p><p>　　額定功率： 3.25 W</p><p>　　工作壓力： <

96、 350 mmHg</p><p>　　氣密： < 10 mmHg/minute</p><p>　　泄氣時間： < 3 Second（From 280mmHg to 15mmHg in a 500CC tank）</p><p>　　管徑： Φ 7 mm</p><p>　　尺寸： 26*24*65 mm</p>

97、<p>　　應用領域： 二位三通閥，廣泛應用于按摩保健器材、醫(yī)療儀器設備等領域。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，想要完成整個這個設計是很困難的。</p><p>　　在這里首先

98、要感謝我的指導老師王世英老師，老師平日里工作繁多，但在我畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計等各個設計階段都給予了我專業(yè)的指導，這使我在電子設計領域的理論知識更加鞏固。除了老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和講求學以致用的精神是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我的學習和工作。在做這個畢業(yè)設計之前我們雖然學習過51單片機課程，但掌握的并不全面，經過自我學習和同學的幫助，讓我更加深入了解了STC89C52單

99、片機,并且能進行基本的模塊應用。</p><p>　　還要感謝肖志偉老師對我的指導，可以說我的畢業(yè)設計是在兩個教研室完成的，我的硬件設計和軟件設計部分是在儀器教研室完成，而我的機械設計部分是在物理教研室完成，肖老師幫助我設計氣路，在黑板上畫草圖幫我分析需要注意的地方以及制作時可能出現(xiàn)問題需要小心的地方，肖老師和藹可親、待人大方、耐心指導的教學態(tài)度給了我很大的鼓勵。</p><p>　　最后

100、，劉海濤同學在我的畢業(yè)設計從初定題目、搜集資料、電路設計、操作制板、電路調試、機械制作整個過程中給予了我很多的指導和幫助，在這里也非常的感謝他。</p><p>　　四年來的所有的老師，為我們打下電信專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝我所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵，這次畢業(yè)設計才會順利完成。</p><p>　　感謝曾經給予我關心和幫助的所有老師、同學和朋友們！</p>