新型低頻超聲透皮儀設計
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經皮給藥系統(tǒng)在醫(yī)療領域已成為一種新興和重要的手段。經皮給藥是藥物通過皮膚并經毛細血管吸收進入體循環(huán)產生藥效的一種方法，它可避免肝臟的首過效應，延長半衰期較短藥物的治療效果，能較長時間維持恒定的速率給藥等，因此正受到廣泛的關注。實際上早在1954年Fellinger。和Schmidt就通過超聲導入氫化可的松藥膏成功地治療了手指多發(fā)性關節(jié)炎。最初對超聲增透效應的研究開始于中頻治療用超聲(0．7～3．0 MHz)，但后來發(fā)現(xiàn)低頻超聲的增透效應最好。研究表明不同頻率和強度超聲波對機體的作用是不同的，其次，溫度對于經皮給藥也有一定的影響，如一定的溫度可以提高滲透率，但太高的溫度會引起皮膚的燙傷，因為超聲也有熱效應；因此，如何把各個因素綜合考慮以達到既保證較高的滲透率又避免對人體產生灼傷及生理機能的損傷是研究的難點之一。
單片機作為智能控制芯片，在電子信息、自動控制的各個領域發(fā)揮著極其重要的作用。醫(yī)療儀器的設計和研制也越來越多應用單片機技術，使其朝著智能化，小型化方向發(fā)展。綜合考慮各種因素，在此介紹了一種采用高性能單片機C8051F340作為核心控制芯片的輸頻率、強度等可調，可控恒溫的低頻超聲波促透皮系統(tǒng)。
1 硬件設計
該系統(tǒng)包括：溫度測控模塊、功率超聲發(fā)生器、恒溫控制模塊、過流保護模塊、顯示模塊和掉電存儲模塊。總體結構如圖1所示。
系統(tǒng)各部分的工作是由高性能單片機C8051F340來進行控制協(xié)調的。它是整個系統(tǒng)的核心。C8051F340單片機是集成在一塊芯片上的混合系統(tǒng)級單片機。具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內核，采用了流水線指令結構，其運行速度最高可達48 MIPS，與標準的8051相比，在相同時鐘下單周期指令運行速度為原來的12倍。并且，它在一個芯片內集成了構成一個單片機數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的功能部件；模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus／I2C、UART、SPI、USB可編程計數(shù)器／定時器陣列(PCA)、定時器、I／O端口、內部振蕩器、看門狗定時器及電源監(jiān)視器等幾乎所有模擬和數(shù)字外設及其他功能部件。通過對C8051F340的編程，可以實現(xiàn)多種功能。
該系統(tǒng)利用鍵盤輸入電路獲得操作人員對各部分工作條件的要求，根據(jù)這些要求對加熱絲以及超聲發(fā)射進行設置，同時在每次測控過程中將各部分的溫度值送LCD進行顯示，并進行越限判斷，在溫度越限時啟動報警電路發(fā)出報警。對溫度的控制采用調功方式控制電爐絲加熱使得實驗過程中保持溫度恒定，包括溫度的讀取、溫度值的處理及輸出信號驅動負載。
1．1 溫度測控模塊
該系統(tǒng)溫度傳感器采用PT100鉑電阻溫度傳感器，它具有線性度好，測量范圍寬，靈敏度高，無需參考點等優(yōu)點。利用鉑電阻的溫度電阻特性，將溫度信號直接轉化為電信號。然后經過前置放大后送入到單片機內12位開關電容逐次逼近型A／D轉化器，完成模／數(shù)轉換。在電子測量系統(tǒng)中，需要檢測大量的電量或非電量信息，而且檢測的電信號又非常的微弱，極易受到干擾。因此，對前置級獲取信號的放大，提出如下要求：高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移、低噪聲、低輸出電阻等參數(shù)要求?；谝陨显瓌t前置放大器選用美國BURR-BROWN公司生產的低電壓通用型雙通道儀表放大器INA2128，它除了滿足以上要求外，并可用一個外部電阻方便地從1～100 000設定增益，使得INA2128能夠廣泛應用于信號采集放大。醫(yī)用儀器及多通道系統(tǒng)等很多領域，可以在低至的+2．25 V電源電壓下工作，并且靜態(tài)工作電流很少。它與Pt100構成的溫度檢測和前置放大如圖2所示。
INA2128內部是由過壓保護電路和三運放組成的性能優(yōu)越的測量放大器；A1和A2組成雙端輸入／雙端輸出的差動放大器，由于信號從兩個同相端輸入，使輸入阻抗高大10 MΩ以上。第二級又采用差動輸入，在運放參數(shù)和R5嚴格對稱時，電路具有很高的共模抑制能力和低溫漂。
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