趙東亮，馮坤，陳寶龍

河南省正骨研究院，河南 洛陽 471002

骨傷科常見慢性疾患有頸椎病、腰椎間盤突出癥、骨性關(guān)節(jié)炎等，其共同的病理機制為局部軟組織微循環(huán)障礙。代謝產(chǎn)物積聚，局部發(fā)生無菌性炎癥反應(yīng)，軟組織粘連水腫，刺激或擠壓神經(jīng)纖維，臨床表現(xiàn)為疼痛、腫脹、活動障礙等。中藥熱敷可促進炎性因子的吸收，減輕關(guān)節(jié)腫脹，促進關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)和細(xì)胞增殖，具有改善局部血液循環(huán)、促進局部代謝、軟化組織粘連、緩解肌肉痙攣及鎮(zhèn)痛的作用[1-2]。中藥熱敷具有藥療和熱療的雙重作用，藥物通過局部吸收，避免了肝臟的首過效應(yīng)，達到直達病灶的目的，使治療更直接、更有效，同時降低了藥物的副作用。中藥熱敷是傳統(tǒng)的中藥外治法，臨床療效明顯，且經(jīng)濟方便，無任何副作用，患者易于接受，在治療骨傷科慢性疾患方面有獨特優(yōu)勢[3]。然而，縱觀市場上的熱敷器具幾乎沒有可以同時對治療溫度和治療時間同時實現(xiàn)精確控制的熱敷儀。基于現(xiàn)有熱敷器具存在的不足之處，我們結(jié)合本院的實際臨床需求，研制出一種可以對人體四肢關(guān)節(jié)及頸肩腰等部位進行熱敷治療的、具有自動恒溫和自動定時功能的智能控溫遠(yuǎn)紅外熱敷治療儀。

1 總體方案設(shè)計

根據(jù)目前我院熱敷治療的使用情況和控制要求，我們采取的總體技術(shù)方案：主要由透熱藥墊、溫度傳感器、遠(yuǎn)紅外加熱器、連接電纜線、控制箱等部件構(gòu)成[4]。透熱藥墊采用高分子透熱材料制成，吸附性好。熱敷治療時，先將透熱藥墊上蘸取適量的熬制好的對癥配方的溫?zé)崴幰海笤谛枰委煹牟⊥床课?，遠(yuǎn)紅外加熱器緊貼藥墊上方，并固定好；溫度傳感器固定在藥墊和遠(yuǎn)紅外加熱器夾層處；控制箱中的控制系統(tǒng)保證為遠(yuǎn)紅外加熱器輸出36V安全電壓，并將溫度控制在預(yù)設(shè)值附近，保持恒溫，保證患者治療時感覺舒適；遠(yuǎn)紅外加熱器加熱速度快，且具有獨特的穿透力，其能量可作用到皮下組織一定深度，再通過血液循環(huán)，將能量達到深層組織及器官中，增強了中藥分子的滲透吸收，提高了治療效果。

傳感器和加熱器與控制箱之間采用電纜線及航空插頭連接固定，既安全又方便。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

智能控溫遠(yuǎn)紅外熱敷治療儀的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，見圖1。系統(tǒng)主要由信號采集元件（智能集成溫度傳感器DS18B20）、中心控制單元（AT89S52單片機）、輸入設(shè)備（按鍵開關(guān)）、信號輸出設(shè)備（數(shù)碼管）以及輸出負(fù)載（遠(yuǎn)紅外加熱器）組成[5]。DS18B20（美國DALLAS半導(dǎo)體公司）用于測量熱敷藥墊的溫度，具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。AT89S52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，可靠性高，性價比高。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)運行過程：用戶根據(jù)自己的耐熱程度和治療需求通過按鍵開關(guān)設(shè)置治療溫度和治療時間，設(shè)置完畢后，智能控溫 遠(yuǎn)紅外熱敷治療儀便進入全自動運行狀態(tài)，工作指示燈亮。通過DS18B20溫度傳感器對熱敷藥墊的溫度進行測量，測量值與設(shè)定值做比較，當(dāng)（設(shè)定值-測量值）<5℃時進入模糊控制狀態(tài)，通過AT89S52控制可控硅的導(dǎo)通或截止來控制遠(yuǎn)紅外加熱器的開啟或關(guān)閉以達到恒溫控制的目的，同時開始治療并自動計時。數(shù)碼管用于顯示治療溫度和治療時間，當(dāng)有設(shè)置按鍵按下時顯示治療溫度和治療時間的設(shè)定值，沒有設(shè)置鍵按下時，顯示治療實測溫度和剩余治療時間。達到設(shè)定的治療時間后，工作指示燈熄滅，蜂鳴器報警提醒，同時自動關(guān)閉電源。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計理念，便于程序的維護和移植。系統(tǒng)主要由主程序、中斷服務(wù)程序和控制子程序等組成。主程序?qū)ο到y(tǒng)初始化，實現(xiàn)設(shè)置參數(shù)輸入并進行各種數(shù)據(jù)處理和子程序的調(diào)用等，其程序流程，見圖2。中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)定時功能及子程序所需要的延時功能以及輸出控制。子程序?qū)崿F(xiàn)各自的控制要求[6]。當(dāng)設(shè)定溫度值和測量溫度值的溫度偏差＜5℃時，進入模糊控制加溫狀態(tài)，模糊控制器采用單輸入單輸出型，輸入量為溫度偏差，輸出直接控制可控硅。模糊控制在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確的數(shù)學(xué)模型，使得控制機理和策略易于接受與理解，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性，被控溫度達到調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量小且穩(wěn)態(tài)誤差達到（±1）℃的技術(shù)要求。 當(dāng)儀器進入模糊控制加溫狀態(tài)時才開始自動倒計時，這樣設(shè)計更人性化，便于收費管理。

圖2 主程序流程圖

4 結(jié)束語

該智能控溫遠(yuǎn)紅外熱敷治療儀制作成功后，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和修改程序，恒溫控制和自動定時報警燈等各項功能都達到了預(yù)期設(shè)計要求，控溫精度可達（±1）℃，最小計時單位1 min。用戶可以根據(jù)治療需求任意設(shè)置治療溫度和治療時間，治療實際溫度能夠恒定在設(shè)置溫度值附近，輸出負(fù)載電壓為36 V，具備智能化儀器的特征，使患者使用更安全、更方便。遠(yuǎn)紅外加熱器的穿透作用使得中藥成分更容易被病痛部位所吸收，從而增強了治療效果。

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