Sơ đồ khối và hoạt động

Chương III. Máy trị liệu đa năng CME 1.0

3.2. Sơ đồ khối và hoạt động

3.2.1. Sơ đồ khối máy CME 1.0

Sơ đồ khối máy trị liệu đa năng CME1.0 như hình sau:

(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.thiet.ke.va.che.tao.may.tri.lieu.da.nang

Hình 3. 2. Sơ dồ khối máy trị liệu CME1.0

3.2.2. Khối nguồn

Khối nguồn có chức năng tạo ra các điện áp một chiều từ điện xoay chiều cấp cho các mạch khác. Điện áp xoay chiều 220V được đưa vào sơ cấp biến áp nguồn. Tại đầu ra thứ cấp, điện áp xoay chiều 12V và 24V được đưa vào 2 mạch điện, một mạch điện tạo ra điện áp 15V, 12V, 5V cấp cho vi điều khiển và các mạch khuếch đại, một mạch tạo ra điện áp 30V thay đổi được cấp cho mạch siêu âm.

3.2.2.1. Mạch nguồn 15V, 12V và 5V

A B C D 6

5 4

3 2

Title

Nu mber Rev isio n

Size 1

2 J 1

1 2V Su p p ly

1 Vin

GND 2

Vo ut 3

LM7 81 2 +12

C2 1 00 0 u F 25 v

AC 1 V+ 2

AC 3 V- 4

D1 BRIDGE2 +15

C3 1 00 u F

C5 0 .1 u F 1 Vin

GND 2

Vo ut 3

U3 LM7 80 5

C4 1 00 u F

C7 0 .1 u F +5

TP7 +5V

Hình 3. 3. Sơ đồ mạch nguồn 15V, 12V và 5V

Mạch nguồn này tạo điện áp +15V, +12V và +5V cấp cho vi điều khiển và các mạch khuếch đại.

Khối nguồn

Khối vi điều khiển

Khối ra điện châm

Khối ra siêu âm

Đầu phát siêu âm.

Điện cực bệnh nhân Khối hiển thị

LCD

Bàn phím

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Điện áp vào mạch được lấy từ cuộn thứ cấp 12V xoay chiều của biến áp nguồn. Điện áp này được nắn qua cầu chỉnh lưu D1 và được lọc bởi tụ C2. Điện áp sau khi lọc có giá trị +15V được cấp cho IC khuyếch đại vi sai lối vào ở mạch ổn áp 30V.

Điện áp +15V được đưa tới IC ổn áp U1, LM7812 là IC ổn áp 12V, điện áp +12V này được lọc bởi tụ C3 và C5. Điện áp +12V tạo ra bởi U1 được sử dụng cho mạch điện châm.

Điện áp +12V được đưa tới IC ổn áp U3, LM7805 là IC ổn áp 5V. Lối ra của U3 được lọc bởi tụ lọc nguồn C4 và tụ lọc nhiễu C7. Điện áp +5V được sử dụng cho mạch vi điều khiển.

3.2.2.2. Mạch nguồn 30V

Mạch nguồn này tạo điện áp một chiều thay đổi được từ 10-30V cấp cho mạch công suất siêu âm.

Điện áp xoay chiều 24V từ thứ cấp biến áp được nắn qua cầu và lọc bởi tụ C1. Điện áp một chiều ra được đưa tới Q7, một phần đưa tới lối vào của IC khuếch đại so sánh LM 358. Điện áp ra trên Q7 được phản hồi về thông qua R1 và P1, đưa tới chân âm của LM358. Lối ra của LM358 được đưa vào chân base của Q8 để điều khiển đóng mở Q8. Khi điều chỉnh P1, điện áp phản hồi về sẽ được khuếch đại qua LM358, điện áp này làm Q8 mở ít hoặc nhiều, dẫn đến điện áp trên Colector của Q8 cao hoặc thấp hơn, hay điệp áp đặt trên Base của Q7 cao hoặc thấp đi. Do đó điện áp colector của Q7 hay điện áp ra thay đổi khi thay đổi P1.

Điện áp ra của nguồn 30V được đưa về ADC của vi điều khiển thông qua điện trở R17 và R18.

A B C D D

Titl e

Nu mber Rev i sio n

Size C

Dat e: 1 7-Feb -2 0 09 Sheet o f

1 2 J 2

2 4V Su p p ly

AC 1 V+ 2

AC 3 V- 4

D2 BRIDGE2

C1 1 00 0 u F 10 0 v

C6 0 .1 u F

R1 4 k7

P1 Bien do Sieu am R5

1 0K

+30

D8 ZENER2

C1 3 1 0u F

C1 2 0 .1 u F

R1 6 1 K

R1 7 1 50 K

R1 8 1 0K

A D C 1

3 2

1 + 8 - 4 U2 A

LM3 58 +15

Q7 TIP4 2C

Q8 C1 81 5 R2 1

1 0k

TP1 +30 V

Hình 3. 4. Mạch nguồn 30V

3.2.2. Khối vi điều khiển

Khối vi điều khiển có chức năng chính là:

- Nhận các tín hiệu điều khiển từ bàn phím và từ biến trở.

- Nhận tín hiệu điện áp từ các nguồn cấp cho mạch siêu âm và biên độ tín xung điện châm đưa vào ADC

- Điều khiển LCD để hiển thị các chế độ hoạt động, các thông số hoạt động.

- Tạo ra xung điện châm và xung siêu âm.

- Giao tiếp với máy tính.

A B C D D

Titl e

Nu mber Rev i sio n

Size R6

1 0K

VREF

+5 +5 C8

0 .1 u F C9 0 .1 u F Y1 1 2M hz C1 0

2 2p F

C1 1

2 2p F +5

RESET 9

XTAL1 1 3

XTAL2 1 2

3 0 AVCC 3 2 AREF

1 0 VCC

1 1 GND 3 1 GND

(ADC0 ) PA0 4 0 (ADC1 ) PA1 3 9 (ADC2 ) PA2 3 8 (ADC3 ) PA3 3 7 (ADC4 ) PA4 3 6 (ADC5 ) PA5 3 5 (ADC6 ) PA6 3 4 (ADC7 ) PA7 3 3

(XCK/T0 ) PB0 1 (T1 ) PB1 2 (INT2 /AIN0) PB2 3 (OC0 /AIN1 ) PB3 4 (SS) PB4 5 (MOSI) PB5 6 (MISO) PB6 7 (SCK) PB7 8

(SCL) PC0 2 2 (SDA) PC1 2 3 (TCK) PC2 2 4 (TMS) PC3 2 5 (TDO) PC4 2 6 (TDI) PC5 2 7 (TOSC1) PC6 2 8 (TOSC2) PC7 2 9

(RXD) PD0 1 4 (TXD) PD1 1 5 (INT0 ) PD2 1 6 (INT) PD3 1 7 (OC1 B) PD4 1 8 (OC1 A) PD5 1 9 (ICP1 ) PD6 2 0 (OC2 ) PD7 2 1 U4

ATMEGA3 2

ADC0 ADC1 BT1 BT2 BT3 BT4 ADC2 BT6

BT7 BT8 RS RD EN DB4 DB5 DB6 DB7

BLIGHT

LED D7

LED D9

LED D1 0

LED D1 1

LED D1 2

LED R2 3

1 K R2 4 1 K R2 5 1 K R2 6 1 K R2 8 1 K R2 7 MOSI 1 K MISO SCK RESET

Hình 3. 5. Mạch vi điều khiển

Khối vi điều khiển với phần tử chính là vi điều khiển ATmega32. Vi điều khiển này được nối các thành phần khác như sau:

- Mạch sử dụng thạch anh 12MHz làm xung đồng hồ. Thạch anh được đấu vào chân XTAL1 và XTAL2 của vi điều khiển.

- Các cổng từ PA0-PA3, PA5, PB6-PB7 được kết nối trực tiếp với các phím điều khiển dạng công tắc nhấn.

- Cổng PA6-PA7 được sử dụng cho lối vào của ADC.

- PB0-PB4 sử dụng điều khiển các LED sử dụng trong báo hiệu.

- PB5-PB7 sử dụng cho giao tiếp máy tính trong lập trình vi điều khiển.

- PORTC được sử dụng điều khiển LCD.

- PD5 là lối ra bộ đếm 1, sử dụng là lối ra của xung điện châm

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- PD6 điều khiển đèn Backlight cho LCD

- PD7 là lối ra bộ đếm 2, sử dụng là lối ra của xung siêu âm.

3.2.3. Khối điện châm

Chức năng của khối điện châm là khuếch đại tín hiệu điện châm phát ra từ vi điều khiển, sửa lại dạng tín hiệu thành dạng xung điện châm, đưa tín hiệu điện châm ra các điện cực.

Tín hiệu điện châm được tạo ra bởi vi điều khiển và được đưa ra lối ra của bộ đếm 1 (OC1), chân PD5 của vi điều khiển. Xung ra có dạng xung vuông, độ rộng xung ở chế độ cố định và chế độ ngắt quãng là 0,25ms. Trong chế độ xung co dãn, độ rộng xung biến thiên từ 0,1ms đến 2ms.

-10 0 10 20 30 40 50 60

1 189 377 565 753 941 1129 1317 1505 1693 1881 2069 2257 2445

Hình 3. 6. Dạng xung đều cho điện châm

-10 0 10 20 30 40 50 60

1 189 377 565 753 941 1129 1317 1505 1693 1881 2069 2257 2445

Hình 3. 7. Dạng xung ngắt quãng cho điện châm

-10 0 10 20 30 40 50 60

1 189 377 565 753 941 1129 1317 1505 1693 1881 2069 2257 2445

Hình 3. 8. Dạng xung co dãn cho điện châm

Tín hiệu ra khỏi vi điều khiển được chuyển mức từ 5V lên 12V thông qua mạch Q2. Tín hiệu sau khi chuyển mức được khuếch đại đệm thông qua mạch kéo đẩy Q3 và Q4. Sau đó, tín hiệu được khuếch đại công suất thông qua mạch khuếch đại công suất Q5 là tranzito công suất IRF9532. Diode D3 và D4 có tác dụng tạo xung nhọn âm để tạo dạng xung điện châm, tức là dạng có xung dương và một phần âm để trách bỏng điện do hiện tượng tích tụ ion.

A B C D 6

5 4

3 2

Title R6

1 0K

VREF

+5 +5 C8

0 .1 u F C9 0 .1 u F Y1 1 6M hz C1 0

2 2p F

C1 1

2 2p F +5

RESET 9

XTAL1 1 3

XTAL2 1 2

3 0 AVCC 3 2 AREF

1 0 VCC

1 1 GND 3 1 GND

(ADC0 ) PA0 4 0 (ADC1 ) PA1 3 9 (ADC2 ) PA2 3 8 (ADC3 ) PA3 3 7 (ADC4 ) PA4 3 6 (ADC5 ) PA5 3 5 (ADC6 ) PA6 3 4 (ADC7 ) PA7 3 3

(XCK/T0 ) PB0 1 (T1 ) PB1 2 (INT2 /AIN0) PB2 3 (OC0 /AIN1 ) PB3 4 (SS) PB4 5 (MOSI) PB5 6 (MISO) PB6 7 (SCK) PB7 8

(SCL) PC0 2 2 (SDA) PC1 2 3 (TCK) PC2 2 4 (TMS) PC3 2 5 (TDO) PC4 2 6 (TDI) PC5 2 7 (TOSC1) PC6 2 8 (TOSC2) PC7 2 9

(RXD) PD0 1 4 (TXD) PD1 1 5 (INT0 ) PD2 1 6 (INT) PD3 1 7 (OC1 B) PD4 1 8 (OC1 A) PD5 1 9 (ICP1 ) PD6 2 0 (OC2 ) PD7 2 1 U4

ATMEGA3 2

IRF9 53 2

D3 1 N40 0 7

D4 1 N40 0 7

R4 1 K Q3

C1 81 5

R1 0 2 2R R9 2 2R +12

Q2 C1 81 5 R3 1 K R8 2 K2 ADC0

ADC1 BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 BT6

BT7 BT8 RS RD EN DB4 DB5 DB6 DB7

1 J 5

TER+

1 J 6

TER- E 3 C 2

1 B

Q4 A1 01 5

R1 4

4 K7 R1 3

Bien do Dien ch am

1 2 J 7

to TR2 1 2 J 8

o ut TR2

R2 0 1 00 k

R1 9 ADC0 1 0K R2 2 1 00 K

C1 4

1 .0 u F D5

1 n4 1 4 8

BLIGHT

TP3 Dien ch am D6

LED D7

LED D9

LED D1 0

LED D1 1

LED D1 2

LED R2 3 1 K R2 4 1 K R2 5 1 K R2 6 1 K R2 8 1 K R2 7 1 K

D1 3 4 8V

D1 5 3 3V D1 4 4 8V MOSI

MISO SCK RESET

Hình 3. 9. Mạch điện châm

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Tín hiệu sau khi được khuếch đại công suất được đưa tới biến áp có tỉ tệ 1/10. Tín hiệu ra biến áp có biên độ gấp 10 lần so với tín hiệu vào. Tín hiệu ra khỏi biến áp được đưa tới mạch hạn biên và điều chỉnh biên độ.

D13 và D14 hạn chế biên độ xung dương ra ở mức 96V. D15 hạn chế xung âm ở mức -33V. Biên độ xung ra được thay đổi nhờ biến trở R13. Tín hiệu ra được đưa tới điện cực bệnh nhân. Điện áp đưa tới điện cực được đưa trở lại vi điều khiển qua diode D5, bộ chia áp R19, R20 và tụ lọc C14 và đưa về ADC0 để hiển thị giá trị điện áp điện châm trên màn hình.

Hình 3. 10. Dạng tín hiệu điện châm ra điện cực.

3.2.4. Khối siêu âm

Khối siêu âm có chức năng khuếch đại tín hiệu siêu âm ra từ vi điều khiển. Đưa tín hiệu này ra để điều khiển đầu phát sóng siêu âm.

Xung vuông có tần số 1MHz được tạo ra bởi vi điều khiển, được đưa ra lối ra của bộ đếm 2, chân PD7 của vi điều khiển.

Tín hiệu ra này được khuếch đại chuyển mức qua T1. Tín hiệu được đưa tới tầng khuếch đại đệm T2 và T3 mắc theo dạng kéo đẩy. Tín hiệu sau khi khuếch đại đệm được đưa đến tầng khuếch đại công suất T4 là trazito công suất

IRF540. Tín hiệu siêu âm sau khi được khuếch đại công suất được đưa tới đầu nối biến áp. Biến áp có hệ số nhân 2 sẽ tăng áp tại đầu ra cho siêu âm gấp 2 lần.

Hình 3. 11. Tín hiệu 1MHz ra từ vi điều khiển

Nguồn cấp cho mạch khuếch đại là nguồn có thể thay đổi biên độ. Do đó, tín hiệu siêu âm ra có biên độ thay đổi theo nguồn 30V nhưng với hệ số nhân 2.

1 2 3 4 5 6

A B C D D

Titl e

Nu mber Rev i sio n

Size C

Dat e: 1 7-Feb -2 0 09 Sheet o f

File: D:\ CAO HOC\ mach v a ph an mem\t es t\b i omedi cal. dd b Drawn By:

1 2 J 4

to TR1

1 B 2 3 C E T3 C2 38 3

+30

R1 5 1 k

R1 2 3 30

T2 A1 01 3

T1 C2 38 3

R3 1 RES2 R3 0 1 k

IRF5 40

1 2 J 5

o ut TR1 C1 5

1 0n C1 6

1 00 n 1 J 11

TER- 1 J 10

TER-

Hình 3. 12. Mạch khuếch đại công suất tín hiệu siêu âm.

3.2.5. Mạch in

Mạch in của máy được thiết kế trên phần mềm Protel, phần vi điều khiển được nạp thông qua mạch nạp và phần mềm AVR Studio.

Hình 3. 13. Mạch điện máy CME1.0

Hình 3. 14. Mạch điện máy CME1.0 khi có màn hình

Cơ sở kỹ thuật siêu âm trị liệu