[发明专利]一种基于STM32微控制器的自动腰椎复健牵引系统

说明书

本发明涉及一种基于STM32微控制器的自动腰椎牵引系统，主要包括主控制器电路、输出隔离电路、电源管理电路、牵引力采集电路、人机交互面板和电机组控制回路。其中牵引力采集电路包括高精度拉力传感器、信号放大电路和模数转换器，微控制器在读取到拉力传感器的数字量后，将其与用户通过人机交互面板预设的牵引力阈值进行比较并驱动电机组做出相应反应，以实现腰椎牵引治疗过程的自动化。本发明通过引入高精度传感器及模数转换电路，实现了对系统输出牵引力的实时精确采集，提高了闭环控制的精确性与时效性，从而保证治疗的安全性。本发明还设计了一套简单直观的人机交互面板，使得患者可以自行操作，降低医疗机构的运营成本。

技术领域

本发明涉及一种基于STM32微控制器的自动腰椎复健牵引系统，用于为用户提供便捷自动的腰椎牵引按摩服务，可以保证患者在无医护人员监护的情况下仍能独立操作该系统进行复健治疗，特别适合各类医疗机构采用以节约人力及降低治疗成本，同时还能为患者提供较为舒适的治疗体验。

背景技术

随着现代社会的发展，人们的工作时间越来越长，致使罹患腰椎疾病的人群愈发庞大。而进行一次人手的腰椎按摩不仅对普通消费者来说费用较为昂贵，同时相关医疗保健机构也需要培训相应的医护人员，必然会进一步提高相关机构的运营成本，因此各种电动腰椎牵引复健装置便应运而生。然而，目前市场上流行的此类产品均无法实现精确的拉力检测与自动控制，所以实际上仍只能在有医护人员监护的情况下使用；而即便如此，由于不能实现对输出拉力的实时检测与控制，这些产品的安全性和可操作性仍有待提高。鉴于此，本发明提出一种具有良好控制精度及安全性的自动腰椎牵引系统，可以显著地降低医疗机构的有关疾病治疗成本，并提高患者的治疗体验，具有广阔的市场应用前景。

本发明提出的自动腰椎复健牵引装置应用原理是按照不同患者的体重信息及腰椎健康状况，对系统设置对应的拉力输出范围以及工作时间，整个过程的拉力输出是通过一组角度电机和行程电机，分别改变牵引装置床体前半部分与水平面的夹角以及床体后半部分的水平位置来实现的。这样既可以保证输出的拉力能在各方向上都充分作用于患者的腰椎，同时也可以在最大程度上缓解治疗过程中产生的不适感。为实现治疗过程的系统闭环控制，本发明提出的系统设计采用了12位A/DC模数转换器配合高精度模拟式拉力计对系统输出的拉力值进行实时采集，以保证传感器对被控量采集的精确性及实时性。微控制器在读取A/DC模数转换器输出的数据后，将其换算为以千克为单位的真实拉力值，然后再将该值与治疗过程中每个阶段的拉力阈值进行比较并对电机组发出相应的控制指令，同时实时显示在控制面板的屏幕上。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有各类腰椎复健牵引装置的不足，提供一种具有良好安全性、可操作性及人机互动性、同时控制精度高的自动腰椎复健牵引系统。

本发明的技术解决方案是：一种基于STM32的自动腰椎复健牵引系统，其特征在于：系统组成包括负责控制牵引系统床体各部分角度与行程的直线推杆电机、霍尔式高精度拉力计、12位高精度A/DC模数转换器、STM32微控制器、电源管理电路、光电耦合器与继电器组成的隔离输出电路、TFTLCD液晶屏及薄膜按键式操作面板，其中电源管理电路部分包括220V交流电输入-18V直流电输出的AC-DC电机供电电路、用于为控制系统提供电源的18V隔离电源电路、18V直流电输入-10V直流电输出的拉力计供电电路、18V直流电输入-5V直流电输出的继电器驱动电路、5V直流电输入-3.3V直流电输出的微控制器与A/DC模数转换器供电电路；隔离输出电路用于将微控制器的小功率信号输出侧与后级大功率信号输入侧隔离开来，这部分主要包括3.3V/5V的用于隔离微控制器侧与继电器单元信号输入侧的多路光电耦合器，以及5V/18V的用于隔离继电器单元信号输入侧与电机控制回路的继电器组。

此外如上所述，用户通过按键式操作面板来对本发明提出的自动腰椎复健牵引装置进行治疗时长、牵引力输出范围及系统工作模式等参数的设置，TFTLCD显示屏可以在治疗过程中实时显示系统当前输出的牵引力数值、用户注意事项以及治疗的剩余时间。