低頻超聲透皮儀設計方案

　　引言

　　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揮著極其重要的作用。醫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。

　　1 硬件設計

　　該系統包括：溫度測控模塊、功率超聲發生器、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。

　　系統各部分的工作是由高性能單片機C8051F340來進行控制協調的。它是整個系統的核心。C8051F340單片機是集成在一塊芯片上的混合系統級單片機。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據采集或控制系統所需要的功能部件;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視器等幾乎所有模擬和數字外設及其他功能部件。通過對C8051F340的編程，可以實現多種功能。

　　該系統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，根據這些要求對加熱絲以及超聲發射進行設置，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/數轉換。在電子測量系統中，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、低輸出電阻等參數要求。基于以上原則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。醫用儀器及多通道系統等很多領域，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。