CN107737404B - 康复系统的神经肌肉电刺激电路以及康复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种康复系统的神经肌肉电刺激电路以及康复系统。所述康复系统的神经肌肉电刺激电路包括依次连接的单片机、电信号调节模块和输出接口，所述电信号调节模块包括电流调节电路和电压调节电路；所述单片机输出PWM信号和控制信号，所述电流调节电路接收所述PWM信号和控制信号，根据所述控制信号对所述PWM信号进行电流放大，将电流放大后的PWM信号输送至电压调节电路进行电压放大，最后通过所述输出接口输出符合神经肌肉电刺激的PWM信号。本发明能够克服输出神经肌肉电刺激信号时存在电流跳变的问题。

Description

康复系统的神经肌肉电刺激电路以及康复系统

技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别是涉及康复系统的神经肌肉电刺激电路以及康复系统。

背景技术

肌肉功能性电刺激是常用的康复系统，属于神经肌肉电刺激的范畴，是利用一定强度的脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。

然而，现有康复系统的神经肌肉电刺激电路输出的电信号的电流大小只能按照设定的梯度进行调节，当改变输出神经肌肉电刺激信号的电流时，存在电流强度跳变的问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种康复系统的神经肌肉电刺激电路以及康复系统，能够解决输出神经肌肉电刺激信号的电流强度跳变的问题。

本发明一方面提供一种康复系统的神经肌肉电刺激电路，包括依次连接的单片机、电信号调节模块和输出接口，所述电信号调节模块包括电流调节电路和电压调节电路；

所述单片机输出PWM信号和控制信号，所述电流调节电路接收所述PWM 信号和控制信号，根据所述控制信号对所述PWM信号进行电流放大，将电流放大后的PWM信号输送至电压调节电路进行电压放大，最后通过所述输出接口输出符合神经肌肉电刺激的PWM信号；

其中，所述电流调节电路包括驱动芯片，所述电压调节电路包括第一可调变压器和第二可调变压器；

所述驱动芯片的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2分别连接单片机的第一 PWM信号输出脚RA0、第二PWM信号输出脚RA1；所述驱动芯片的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4分别连接单片机的第三PWM信号输出脚RA2、第四 PWM信号输出脚RA3；

由所述驱动芯片的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2输入的PWM信号，通过驱动芯片的第一输出脚OUT1和第二输出脚OUT2输出至第一可调变压器；由所述驱动芯片的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4输入的PWM信号，通过驱动芯片的第三输出脚OUT3和第四输出脚OUT4输出至第二可调变压器；第一可调变压器、第二可调变压器分别与一个输出接口连接；

所述驱动芯片的公共端GND均连接单片机的控制信号输出脚RE0；所述单片机输出的控制信号用于对所述驱动芯片的通电时间占空比进行控制，以调节驱动芯片输出的PWM信号的电流大小。

本发明还提供一种康复系统，包括上述所述的神经肌肉电刺激电路。

上述技术方案，通过设置依次连接的单片机、电信号调节模块和输出接口，由单片机输出PWM信号和控制信号，电流调节电路根据所述控制信号对所述 PWM信号进行电流放大，将电流放大后的PWM信号输送至电压调节电路进行电压放大，最后通过所述输出接口输出符合神经肌肉电刺激的PWM信号。本发明实施例的方案，能够输出任意电流强度的PWM信号，有效克服了电流强度跳变的问题，有利于提升肢体康复效果。

附图说明

图1为一实施例的康复系统的神经肌肉电刺激电路的示意性结构图；

图2为一可选实施例的电信号调节模块的示意性结构图；

图3为另一可选实施例的电信号调节模块的示意性结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的一种康复系统的神经肌肉电刺激电路包括：包括依次连接的单片机、电信号调节模块和输出接口，所述电信号调节模块包括电流调节电路和电压调节电路。

其中，所述单片机可输出PWM信号和控制信号，所述电流调节电路接收所述PWM信号和控制信号，根据所述控制信号对所述PWM信号进行电流放大，将电流放大后的PWM信号输送至电压调节电路进行电压放大，最后通过所述输出接口输出符合神经肌肉电刺激的PWM信号。通过所述神经肌肉电刺激电路输出的PWM信号的电流强度和电压均应当在对人体肌肉进行电刺激的范围内。

通过所述单片机可灵活其输出的控制信号，由于所述控制信号灵活可调，因此电流调节电路基于所述控制信号能够对PWM信号的电流强度进行灵活放大，因此其输出的PWM信号的电流强度不受限于按照固定的梯度变化，可克服输出电流强度跳变的问题。

在一可选实施例中，参考图2所示，其中，所述电流调节电路包括驱动芯片U0，所述电压调节电路包括第一可调变压器L4和第二可调变压器L5。所述驱动芯片U0的输入端为其所在电流调节电路的输入端，驱动芯片U0的输出端为其所在的电流调节电路的输出端。

参考图2所示，所述驱动芯片U0的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2分别连接单片机的第一PWM信号输出脚RA0、第二PWM信号输出脚RA1；所述驱动芯片U0的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4分别连接单片机的第三PWM 信号输出脚RA2、第四PWM信号输出脚RA3。进而，由所述驱动芯片U0的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2输入的PWM信号，通过驱动芯片U0的第一输出脚OUT1和第二输出脚OUT2输出至第一可调变压器L4；由所述驱动芯片 U0的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4输入的PWM信号，通过驱动芯片U0 的第三输出脚OUT3和第四输出脚OUT4输出至第二可调变压器L5。

此外，第一可调变压器L4、第二可调变压器L5分别与一个输出接口连接。即第一可调变压器L4的次级线圈连接输出接口P1，第二可调变压器L5的次级线圈连接输出接口P2。通过改变可调变压器的初级线圈和次级线圈的比例，可灵活调整输出的PWM信号的电压大小。

同时，所述驱动芯片U0的公共端GND均连接单片机的控制信号输出脚 RE0；所述单片机输出的控制信号用于对所述驱动芯片的通电时间占空比进行控制，以此调节驱动芯片输出的PWM信号的电流大小。使得输出的PWM信号的电流强度不受限于按照固定的梯度变化，可克服输出电流强度跳变的问题。

通过单片机的PWM信号输出脚RA0和PWM信号输出脚RA1的导通顺序控制，可改变输入可调变压器的初级线圈的电流方向。例如：当单片机的PWM 信号输出脚RA0输出高电平、PWM信号输出脚RA1输出为低电平时，驱动芯片U0的输出脚OUT1为高电平，OUT2为低电平，第一可调变压器L4的初级线圈中的电流方向从OUT1流向OUT2。反之，当单片机PWM信号输出脚RA0 输出为低电平，PWM信号输出脚RA1输出为高电平时，第一可调变压器L4的初级线圈中的电流方向从OUT2流向OUT1，由此产生交变磁场。进而通过电磁感应原理使第一可调变压器L4的次级线圈输出高压，第一可调变压器L4的次级线圈输出的电压输送至对应的输出接口，完成从第一可调变压器L4输出的一路神经肌肉电刺激信号的输出。第二可调变压器L5输出电压的原理与第一可调变压器L4相同。并且，驱动芯片U0的公共端GND连接通过电阻R12连接到单片机的控制信号输出脚RE0。通过单片机编程设置，对控制信号输出脚RE0 输出的控制信号进行调节，来完成对驱动芯片U0的通电时间占空比的控制，以此来完成神经肌肉电刺激信号的电路强度的调节。

在一可选实施例中，所述驱动芯片U0的公共端GND还同时通过电容C8 连接所述单片机的控制信号输出脚RE0。电容C8和电阻R12并联。

此外，参见图2所示，所述驱动芯片U0的公共端GND还同时通过电阻R8 连接PCB板的GND端。

可选地，第一可调变压器L4、第二可调变压器L5均可选用高频升压变压器。所述驱动芯片U0可选用型号为L293DD-AU的驱动芯片。可以理解的，基于同样的原理，也可根据实际情况，对上述实施例的神经肌肉电刺激电路中涉及的电子器件作一些的替换。

进一步地，在一可选实施例中，参考图3所示，所述电流调节电路还包括第一隔离电路和第二隔离电路；所述驱动芯片的第一电源输入脚、第一电源输入脚分别通过第一隔离电路、第二隔离电路连接PCB板的VCC端。

可选地，所述驱动芯片的第一电源输入脚、第一电源输入脚分别通过第一隔离电阻L6、第二隔离电阻L2连接PCB板的VCC端。

进一步地，在一可选实施例中，参考图3所示，所述电流调节电路还包括第一电容C12和第二电容C11；所述驱动芯片的第一电源输入脚、第一电源输入脚分别通过第一电容C12、第二电容C11连接PCB板的GND端。

进一步地，在一可选实施例中，参考图3所示，所述电流调节电路还包括第一电阻R5、第二电阻R15、第三电阻R16和第四电阻R6。所述驱动芯片的第一输入脚IN1通过第一电阻R5连接单片机的第一PWM信号输出脚RA0；所述驱动芯片的第二输入脚IN2通过第二电阻R15连接单片机的第二PWM信号输出脚RA1；所述驱动芯片的第三输入脚IN3通过第三电阻R16连接单片机的第三PWM信号输出脚RA2；所述驱动芯片的第四输入脚IN4通过第四电阻R6连接单片机的第四PWM信号输出脚RA3。

进一步地，在一可选实施例中，参考图3所示，所述电流调节电路还包括第五电阻R12；所述驱动芯片的公共端GND通过第五电阻R12连接单片机的控制信号输出脚RE0。

进一步地，在一可选实施例中，参考图3所示，所述电流调节电路还包括第六电阻R8；所述驱动芯片的公共端GND还通过第六电阻R8连接PCB板的 GND端。

进一步地，在一可选实施例中，包括至少两个电信号调节模块；且每个电信号调节模块分别对应两个输出接口，每个电信号调节模块对应的两个输出接口输出的PWM信号反相。例如，参考图3所示，包括三个电信号调节模块，对应六个输出接口。因此可以输出多路神经肌肉电刺激信号，提高神经肌肉电刺激的效果。

图3中，U2、U6、U9分别表示三个驱动芯片，L4、L5、L11、L12、L18、 L19分别表示六个高频升压变压器，P1、P2、P5、P6、P10、P11分别表示六个输出接口，用以连接到神经肌肉电刺激的电极片。其中驱动芯片U2的输入脚IN1 和IN2脚分别与电阻R5和R15连接，并连接到单片机的PWM信号输出脚RA0 和RA1，通过程序分别控制驱动芯片U2的输出脚OUT1和OUT2，同时OUT1 和OUT2连接到高频升压变压器L4的初级线圈，完成回路。

通过单片机的PWM信号输出脚RA0和PWM信号输出脚RA1的导通顺序控制可完成对高频升压变压器电流方向的改变，当单片机的PWM信号输出脚 RA0输出高电平、PWM信号输出脚RA1输出为低电平时，驱动芯片U2的输出脚OUT1为高电平，OUT2为低电平，高频升压变压器L4的初级线圈中的电流方向从OUT1流向OUT2。反之，当单片机PWM信号输出脚RA0输出为低电平，PWM信号输出脚RA1输出为高电平时，高频升压变压器L4的初级线圈中的电流方向从OUT2流向OUT1，产生交变磁场，通过电磁感应原理使高频升压变压器L4的次级线圈输出高压，高频升压变压器L4的次级线圈通过PCB布线连接到神经肌肉电刺激输出的输出接口，完成一路神经肌肉电刺激信号的输出。其他五路的神经肌肉电刺激信号的输出同理。

并且，驱动芯片U2、U6、U9的公共端GND连接通过电阻R12连接到单片机的RE0脚。通过单片机编程设置，对控制信号输出脚RE0输出的控制信号进行调节，来完成对驱动芯片U2、U6、U9的通电时间占空比的控制，以此来完成神经肌肉电刺激信号的电路强度的调节。

可以理解的，本领域技术人员应当知悉，在所述至少两个电信号调节模块中，对应位置的电子器件可以选用相同的型号和相同参数，也可以选用不同型号或者不同的参数。

在一可选实施例中，所述神经肌肉电刺激电路还可包括电极片，所述输出接口通过导线连接所述电极片。各个输出接口分别连接对应的电极片，将电极片贴合在肢体表面，便可将所述神经肌肉电刺激电路产生的PWM信号用于进行肌肉刺激。可选地，为了提高神经肌肉电刺激效果，所述电极片还可设置有粘贴部，所述电极片通过所述粘贴部与肢体表面粘贴，以使得PWM信号尽量多的传导到肌肉进行神经肌肉电刺激。

通过本发明上述实施例的神经肌肉电刺激电路，具有以下优点：

有采用可调变压器器件，控制电路简化，所用器件较少，因此生产成本交底，生产成品良品率高，性能稳定；

由于采用可调变压器器件，可对轻松达到人体神经肌肉电刺激的电压强度；

由于采用可调变压器器件，次级线圈输出的高频神经肌肉电刺激电压与初级线圈电路无直接的电气连接，形成电气隔离，不影响电路其他功能器件工作；

以及，由于采用单片机对驱动芯片的PWM占空比控制技术，完成对神经肌肉电刺激电流强度的连续可调，克服了电流跳变问题。

本发明还提供了一种康复系统的实施例，本实施例的康复系统中设置有上述任一实施例所述的神经肌肉电刺激电路。

需要说明的是，在上述实施例中，仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，附图中示出的康复系统的神经肌肉电刺激电路结构并不构成对本发明的限定，可以包括比图示更多或更少的器件，或者组合某些器件，或者有不同的器件位置布置。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种康复系统的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，包括依次连接的单片机、电信号调节模块和输出接口，所述电信号调节模块包括电流调节电路和电压调节电路；

所述单片机输出PWM信号和控制信号，所述电流调节电路接收所述PWM信号和控制信号，根据所述控制信号对所述PWM信号进行电流放大，将电流放大后的PWM信号输送至电压调节电路进行电压放大，最后通过所述输出接口输出符合神经肌肉电刺激的PWM信号；

其中，所述电流调节电路包括驱动芯片，所述电压调节电路包括第一可调变压器和第二可调变压器；

所述驱动芯片的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2分别连接单片机的第一PWM信号输出脚RA0、第二PWM信号输出脚RA1；所述驱动芯片的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4分别连接单片机的第三PWM信号输出脚RA2、第四PWM信号输出脚RA3；

由所述驱动芯片的第一输入脚IN1、第二输入脚IN2输入的PWM信号，通过驱动芯片的第一输出脚OUT1和第二输出脚OUT2输出至第一可调变压器；由所述驱动芯片的第三输入脚IN3、第四输入脚IN4输入的PWM信号，通过驱动芯片的第三输出脚OUT3和第四输出脚OUT4输出至第二可调变压器；第一可调变压器、第二可调变压器分别与一个输出接口连接；通过单片机的输出脚RA0和输出脚RA1的导通顺序控制，改变输入第一可调变压器的初级线圈的电流方向，由此控制第一可调变压器产生交变磁场，完成从第一可调变压器输出的一路神经肌肉电刺激信号的输出；通过单片机的输出脚RA2和输出脚RA3的导通顺序控制，改变输入第二可调变压器的初级线圈的电流方向，由此控制第二可调变压器产生交变磁场，完成从第二可调变压器输出的一路神经肌肉电刺激信号的输出；

所述驱动芯片的公共端GND均连接单片机的控制信号输出脚RE0；所述单片机输出的控制信号用于对所述驱动芯片的通电时间占空比进行控制，以调节驱动芯片输出的PWM信号的电流大小。

2.如权利要求1所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电流调节电路还包括第一隔离电路和第二隔离电路；所述驱动芯片的第一电源输入脚、第一电源输入脚分别通过第一隔离电路、第二隔离电路连接PCB板的VCC端。

3.如权利要求1或2所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电流调节电路还包括第一电容C33和第二电容C24；所述驱动芯片的第一电源输入脚、第一电源输入脚分别通过第一电容C33、第二电容C24连接PCB板的GND端。

4.如权利要求2所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电流调节电路还包括第一电阻R5、第二电阻R15、第三电阻R16和第四电阻R6；

所述驱动芯片的第一输入脚IN1通过第一电阻R5连接单片机的第一PWM信号输出脚RA0；所述驱动芯片的第二输入脚IN2通过第二电阻R15连接单片机的第二PWM信号输出脚RA1；所述驱动芯片的第三输入脚IN3通过第三电阻R16连接单片机的第三PWM信号输出脚RA2；所述驱动芯片的第四输入脚IN4通过第四电阻R6连接单片机的第四PWM信号输出脚RA3。

5.如权利要求4所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电流调节电路还包括第五电阻R12；所述驱动芯片的公共端GND通过第五电阻R12连接单片机的控制信号输出脚RE0。

6.如权利要求4或5所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电流调节电路还包括第六电阻R8；所述驱动芯片的公共端GND还通过第六电阻R8连接PCB板的GND端。

7.如权利要求1所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，包括至少两个电信号调节模块；且每个电信号调节模块分别对应两个输出接口，每个电信号调节模块对应的两个输出接口输出的PWM信号反相。

8.如权利要求7所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，还包括电极片，所述输出接口通过导线连接所述电极片。

9.如权利要求8所述的神经肌肉电刺激电路，其特征在于，所述电极片设置有粘贴部，所述电极片通过所述粘贴部与肢体表面粘贴。

10.一种康复系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的神经肌肉电刺激电路。

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