CN109998896B - 脊柱治疗枪的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脊柱治疗枪的控制电路，它包括电源电路，为各元器件供电；主控电路，用于对信号的采集、参数的设置、数据的显示控制和与上位机之间的数据交换；通信电路，结合主控电路实现与上位机之间的通信；力传感器和采样电路，两者结合用于反馈力数据的采集并发送给主控电路；线圈驱动电路，通过主控电路控制治疗枪枪头的工作状态；显示电路，用于显示各项参数和力的数据。通过力传感器和采样电路相结合，实现反馈力量的实时采集，通过显示电路的加入，能够实时查看现场数据，实现脊柱治疗枪的数据采集和显示。

Description

脊柱治疗枪的控制电路

技术领域

本发明涉及一种电路，具体的说，涉及了一种脊柱治疗枪的控制电路。

背景技术

本申请是基于在先申请专利的改进技术，在先专利的申请号为：201811081392.3，专利名称为：一种关节软组织疼痛的诊断治疗装置。

在先的专利申请中，提出了该设备的具体应用方法，对于反馈力量的采集部分提出了实施方案，但是并未进行优化设计，存在功耗、性能、难易度等等一系列问题，而且，在应用过程中发现，数据完全封闭，需要借助上位机读取数据后再进行分析，无法现场查验。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种性能良好、能够有效获得反馈力量、能够实时显示数据的脊柱治疗枪的控制电路。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种脊柱治疗枪的控制电路，包括电源电路，为各元器件供电；

主控电路，用于对信号的采集、参数的设置、数据的显示控制和与上位机之间的数据交换；

通信电路，结合主控电路实现与上位机之间的通信；

力传感器和采样电路，两者结合用于反馈力数据的采集并发送给主控电路；

线圈驱动电路，通过主控电路控制治疗枪枪头的工作状态；

显示电路，用于显示各项参数和力的数据。

基上所述，所述电源电路包括单片降压开关模式转换器U1、稳压器U5、电压转换器U2、熔断丝F1、二极管D6和D1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C26、电容C27、电容C28、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R38、电阻R39、电阻R41、电感器L4，所述熔断丝F1、电容C1、电容C2、电阻R1的一端均连接单片降压开关模式转换器U1的VIN端，熔断丝F1的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极接48V电源，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接后接入单片降压开关模式转换器U1的EN端，电容C3的一端接单片降压开关模式转换器U1的SS端，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2的另一端和单片降压开关模式转换器U1的GND端均接地，单片降压开关模式转换器U1的BST端串接电容C4后接入二极管D1的负极，二极管D1的正极接入单片降压开关模式转换器U1的GS端，单片降压开关模式转换器U1的SW端连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出5V电源，电阻C5、电阻C6、电阻C7、电阻R3的一端均连接至电感L4的另一端，电阻R3的另一端串接电阻R4后接地，电感C5的另一端连接单片降压开关模式转换器U1的FB端，电感C6和C7的另一端均接地，稳压器U5的IN端连接熔断丝F1的一端和电阻C26的一端，稳压器U5的OUT端分别连接电阻R38、电容C27、电容C28的一端并输出15V电压，电阻R38的另一端连接稳压器U5的ADJ端，稳压器U5的ADJ端串接电阻R39和R41后接地，电容C26、电容C27和电容C28的另一端均接地；电压转换器U2的VIN端接5V电源并串接电容C8后接地，电压转换器U2的VOUT端分别连接电容C9和C10的一端并输出3.3V电压，电容C9和C10的另一端以及电压转换器U2的GND端均接地。

基上所述，所述控主控电路包括微控制器U3、电容C12、电容C18、电容C16、电容C25、电容C21、电容C20、电容C19、电容Y1、电阻R33、R36和R32，所述微控制器U3的VDD_3接口连接电容C18一端，电容C18的另一端接地，微控制器U3的BOOT0接口串接电阻R33后接地，微控制器U3的VDD_2接口连接电容C19的一端，电容C19的另一端和微控制器U3的VSS_2接口连接后接地，微控制器U3的VDD_1接口连接电容C20的一端，电容C20的另一端接地，微控制器U3的PA5和PA6通过电阻R36接通，微控制器U3的VDDA接口连接电容C21的一端，电容C21的另一端接地，微控制器U3的PD1接口分别连接电容C16的一端和电容Y1的一端，电容C16的另一端和电容Y1的另一端分别连接电容C12的两端，电容Y1的另一端还连接微控制器U3的PD0接口，电容C16的另一端接地，微控制器U3的VBAT接口连接电阻R32的一端和电容C25的一端，电容C25的另一端串接电容C17后连接电阻R32的另一端，电阻R32的另一端还连接微控制器U3的NRST端，电容C25的另一端接地，微控制器U3由电源电路的3.3V输出端供电。

基上所述，所述通信电路包括低功耗收发器U4、电容C24、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R40、熔断丝F3、熔断丝F4、二极管D2和二极管D3，所述低功耗收发器U4的R端通过RS485接口和电阻R20连接微控制器U3的PA3接口，低功耗收发器U4的RE接口和DE接口通过RS485接口和电阻R21连接微控制器U3的PB9接口，低功耗收发器U4的D端通过RS485接口和电阻R22连接微控制器U3的PA2接口，低功耗收发器U4的Vcc接口连接电源电路的5V输出端和电容C24的一端，电容C24的另一端连接低功耗收发器U4的GND端后接地，低功耗收发器U4的A端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极接地，低功耗收发器U4的B端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极接地，低功耗收发器U4的A端依次串接熔断丝F3、电阻R24后连接电源电路的5V输出端，低功耗收发器U4的B端依次串接熔断丝F4、电阻R25后接地，熔断丝F3和熔断丝F4之间连接电阻R40。

基上所述，所述采样电路包括运算放大器U7、电容C13、电容C11、电容C15、电容C23、电容C14、电容C29、电阻R19、电阻R23、电阻R28、电阻R29、电阻R26、电阻R27和电阻R37，运算放大器U7的IN1+端分别连接电阻R19和R29的一端，电阻R19的另一端接地，电阻R29的另一端串联电容C11后接地，电阻R29的另一端连接力传感器P2的输入端3，运算放大器U7的IN1-端分别连接电阻R23和电阻R28的一端，电阻R23的另一端连接运算放大器U7的OUT1端和IN2+端，电阻R28的另一端串接电容C23后接地，电阻R28的另一端连接力传感器P2的输入端1，力传感器由电源电路的15V输出端供电，运算放大器U7的VCC端连接电源电路的15V输出端并通过电容C13接地，运算放大器U7的IN2-端分别连接电阻R26和电阻R27的一端，电阻R26的另一端连接电阻R37的一端，电阻R37的另一端通过相互并联的电容C14和C19接地，电阻R27的另一端接地，电阻R37的另一端还连接微处理器U3的PA1接口。

基上所述，所述线圈驱动电路包括电容CX1、MOS管Q5、二极管D4、二极管D5、电感L2、电阻R35、电阻R34、电阻R30和光电耦合器U6，光电耦合器U6的输入接微控制器U3的PA6口，光电耦合器U6的输出分别连接电阻R34和电阻R30的一端，电阻R34的另一端连接二极管D4的负极和电感L2的一端以及电源电路，二极管D4的正极和电感L2的另一端连接后再分别接入MOS管Q5的D端和电容CX1的一端，MOS管Q5的S端和电容CX1的另一端连接后再接入电阻R31的一端和二极管D5的正极，二极管D5的负极和电阻R31的另一端连接电阻R30的另一端，电阻R31的一端接地。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过对电路的优化设计，利用力传感器和采集电路的协作，将力传感器的数据准确实时的传输至微处理器中，同时结合显示电路，将数据实时的显示出来，克服现有技术中对于电路优化设计和数据显示的问题。

附图说明

图1是本发明中电源电路的电路原理图。

图2是本发明中主控电路的电路原理图。

图3是本发明中通信电路的电路原理图。

图4是本发明中力传感器和采集电路的电路原理图。

图5是本发明中线圈驱动电路的电路原理图。

图6是本发明中显示电路的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

一种脊柱治疗枪的控制电路，包括电源电路，将外部48V电源，转化为内部各个部分所需电源，分别为15V、5V、3.3V；

主控电路，用于对信号的采集、参数的设置、数据的显示控制和与上位机之间的数据交换，例如设置频率、击打次数、击打力度、控制显示等等；

通信电路，结合主控电路实现与上位机之间的通信；

力传感器和采样电路，两者结合用于反馈力数据的采集并发送给主控电路，作为判定是否触发工作的基础数据；

线圈驱动电路，通过MCU发出的PWM信号控制NMOS通断，驱动线圈工作产生磁场，控制治疗枪枪头的工作状态；

显示电路，用于显示各项参数和力的数据，主要是显示施加的力和反馈的力这两组数据。

具体的，如图1所示，所述电源电路包括单片降压开关模式转换器U1、稳压器U5、电压转换器U2、熔断丝F1、二极管D6和D1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C26、电容C27、电容C28、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R38、电阻R39、电阻R41、电感器L4，所述熔断丝F1、电容C1、电容C2、电阻R1的一端均连接单片降压开关模式转换器U1的VIN端，熔断丝F1的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极接48V电源，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接后接入单片降压开关模式转换器U1的EN端，电容C3的一端接单片降压开关模式转换器U1的SS端，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2的另一端和单片降压开关模式转换器U1的GND端均接地，单片降压开关模式转换器U1的BST端串接电容C4后接入二极管D1的负极，二极管D1的正极接入单片降压开关模式转换器U1的GS端，单片降压开关模式转换器U1的SW端连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出5V电源，电阻C5、电阻C6、电阻C7、电阻R3的一端均连接至电感L4的另一端，电阻R3的另一端串接电阻R4后接地，电感C5的另一端连接单片降压开关模式转换器U1的FB端，电感C6和C7的另一端均接地，稳压器U5的IN端连接熔断丝F1的一端和电阻C26的一端，稳压器U5的OUT端分别连接电阻R38、电容C27、电容C28的一端并输出15V电压，电阻R38的另一端连接稳压器U5的ADJ端，稳压器U5的ADJ端串接电阻R39和R41后接地，电容C26、电容C27和电容C28的另一端均接地；电压转换器U2的VIN端接5V电源并串接电容C8后接地，电压转换器U2的VOUT端分别连接电容C9和C10的一端并输出3.3V电压，电容C9和C10的另一端以及电压转换器U2的GND端均接地。

该电路主要用于将48V的电源降压至15V、5V和3.3V，用于对后续各元器件的供电。

如图2所示，所述控主控电路包括微控制器U3、电容C12、电容C18、电容C16、电容C25、电容C21、电容C20、电容C19、电容Y1、电阻R33、R36和R32，所述微控制器U3的VDD_3接口连接电容C18一端，电容C18的另一端接地，微控制器U3的BOOT0接口串接电阻R33后接地，微控制器U3的VDD_2接口连接电容C19的一端，电容C19的另一端和微控制器U3的VSS_2接口连接后接地，微控制器U3的VDD_1接口连接电容C20的一端，电容C20的另一端接地，微控制器U3的PA5和PA6通过电阻R36接通，微控制器U3的VDDA接口连接电容C21的一端，电容C21的另一端接地，微控制器U3的PD1接口分别连接电容C16的一端和电容Y1的一端，电容C16的另一端和电容Y1的另一端分别连接电容C12的两端，电容Y1的另一端还连接微控制器U3的PD0接口，电容C16的另一端接地，微控制器U3的VBAT接口连接电阻R32的一端和电容C25的一端，电容C25的另一端串接电容C17后连接电阻R32的另一端，电阻R32的另一端还连接微控制器U3的NRST端，电容C25的另一端接地，微控制器U3由电源电路的3.3V输出端供电。

该部分电路主要用于连接各个其它电路，通过通信电路实现与上位机的通信，通过采集电路用于获取反馈力的数据，通过显示电路的连接实现数据的实时显示。

如图3所示，所述通信电路包括低功耗收发器U4、电容C24、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R40、熔断丝F3、熔断丝F4、二极管D2和二极管D3，所述低功耗收发器U4的R端通过RS485接口和电阻R20连接微控制器U3的PA3接口，低功耗收发器U4的RE接口和DE接口通过RS485接口和电阻R21连接微控制器U3的PB9接口，低功耗收发器U4的D端通过RS485接口和电阻R22连接微控制器U3的PA2接口，低功耗收发器U4的Vcc接口连接电源电路的5V输出端和电容C24的一端，电容C24的另一端连接低功耗收发器U4的GND端后接地，低功耗收发器U4的A端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极接地，低功耗收发器U4的B端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极接地，低功耗收发器U4的A端依次串接熔断丝F3、电阻R24后连接电源电路的5V输出端，低功耗收发器U4的B端依次串接熔断丝F4、电阻R25后接地，熔断丝F3和熔断丝F4之间连接电阻R40。

该部分电路主要用于MCU和上位机的通信，且借助RS485性能，实现低功耗的通信。

如图4所示，所述采样电路包括运算放大器U7、电容C13、电容C11、电容C15、电容C23、电容C14、电容C29、电阻R19、电阻R23、电阻R28、电阻R29、电阻R26、电阻R27和电阻R37，运算放大器U7的IN1+端分别连接电阻R19和R29的一端，电阻R19的另一端接地，电阻R29的另一端串联电容C11后接地，电阻R29的另一端连接力传感器P2的输入端3，运算放大器U7的IN1-端分别连接电阻R23和电阻R28的一端，电阻R23的另一端连接运算放大器U7的OUT1端和IN2+端，电阻R28的另一端串接电容C23后接地，电阻R28的另一端连接力传感器P2的输入端1，力传感器由电源电路的15V输出端供电，运算放大器U7的VCC端连接电源电路的15V输出端并通过电容C13接地，运算放大器U7的IN2-端分别连接电阻R26和电阻R27的一端，电阻R26的另一端连接电阻R37的一端，电阻R37的另一端通过相互并联的电容C14和C19接地，电阻R27的另一端接地，电阻R37的另一端还连接微处理器U3的PA1接口。

该部分电路是反馈力获取的核心电路，用于将力传感器采集到的力量信号通过采样电路的转换，发送至主控电路，供其分析处理。

如图5所示，所述线圈驱动电路包括电容CX1、MOS管Q5、二极管D4、二极管D5、电感L2、电阻R35、电阻R34、电阻R30和光电耦合器U6，光电耦合器U6的输入接微控制器U3的PA6口，光电耦合器U6的输出分别连接电阻R34和电阻R30的一端，电阻R34的另一端连接二极管D4的负极和电感L2的一端以及电源电路，二极管D4的正极和电感L2的另一端连接后再分别接入MOS管Q5的D端和电容CX1的一端，MOS管Q5的S端和电容CX1的另一端连接后再接入电阻R31的一端和二极管D5的正极，二极管D5的负极和电阻R31的另一端连接电阻R30的另一端，电阻R31的一端接地。

该部分电路主要执行主控电路所下发的指令，用于控制治疗枪的动力部分，包括工作频率、力度和击打次数等。

如图6所示，为显示电路的电路原理图，通过与主控电路的连接，将所需数据进行显示，进而实现了现场的实时查验功能，尤其是对施加的力和反馈的力的对比显示工作。

结合现有技术后的工作方式：通电后，主控电路通过与上位机通信获得数据，并解析数据；施加力在力传感器上，MCU通过采样电路对反馈力进行判断是否触发工作以及触发工作的参数，并将力的大小在数码管上显示出来。

工作时，上位机发送数据给MCU，MCU经过数据解析，得到工作频率、击打次数、击打力度，并发出PWM信号驱动线圈驱动电路工作，线圈产生磁场驱动内部机械工作产生治疗效果。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种脊柱治疗枪的控制电路，其特征在于：它包括电源电路，为各元器件供电；

主控电路，用于对信号的采集、参数的设置、数据的显示控制和与上位机之间的数据交换；

通信电路，结合主控电路实现与上位机之间的通信；

力传感器和采样电路，两者结合用于反馈力数据的采集并发送给主控电路；所述采样电路包括运算放大器U7、电容C13、电容C11、电容C15、电容C23、电容C14、电容C29、电阻R19、电阻R23、电阻R28、电阻R29、电阻R26、电阻R27和电阻R37，运算放大器U7的IN1+端分别连接电阻R19和R29的一端，电阻R19的另一端接地，电阻R29的另一端串联电容C11后接地，电阻R29的另一端连接力传感器P2的输入端3，运算放大器U7的IN1-端分别连接电阻R23和电阻R28的一端，电阻R23的另一端连接运算放大器U7的OUT1端和IN2+端，电阻R28的另一端串接电容C23后接地，电阻R28的另一端连接力传感器P2的输入端1，力传感器由电源电路的15V输出端供电，运算放大器U7的VCC端连接电源电路的15V输出端并通过电容C13接地，运算放大器U7的IN2-端分别连接电阻R26和电阻R27的一端，电阻R26的另一端连接电阻R37的一端，电阻R37的另一端通过相互并联的电容C14和C19接地，电阻R27的另一端接地，电阻R37的另一端还连接微处理器U3的PA1接口；

线圈驱动电路，通过主控电路控制治疗枪枪头的工作状态，所述线圈驱动电路包括电容CX1、MOS管Q5、二极管D4、二极管D5、电感L2、电阻R35、电阻R34、电阻R30和光电耦合器U6，光电耦合器U6的输入接微控制器U3的PA6口，光电耦合器U6的输出分别连接电阻R34和电阻R30的一端，电阻R34的另一端连接二极管D4的负极和电感L2的一端以及电源电路，二极管D4的正极和电感L2的另一端连接后再分别接入MOS管Q5的D端和电容CX1的一端，MOS管Q5的S端和电容CX1的另一端连接后再接入电阻R31的一端和二极管D5的正极，二极管D5的负极和电阻R31的另一端连接电阻R30的另一端，电阻R31的一端接地；

显示电路，用于显示各项参数和力的数据，显示电路用于对施加的力和反馈的力的对比显示工作；通电后，主控电路通过与上位机通信获得数据，并解析数据；施加力在力传感器上，MCU通过采样电路对反馈力进行判断是否触发工作以及触发工作的参数，并将力的大小在数码管上显示出来。

2.根据权利要求1所述的脊柱治疗枪的控制电路，其特征在于：所述电源电路包括单片降压开关模式转换器U1、稳压器U5、电压转换器U2、熔断丝F1、二极管D6和D1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C26、电容C27、电容C28、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R38、电阻R39、电阻R41、电感器L4，所述熔断丝F1、电容C1、电容C2、电阻R1的一端均连接单片降压开关模式转换器U1的VIN端，熔断丝F1的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极接48V电源，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接后接入单片降压开关模式转换器U1的EN端，电容C3的一端接单片降压开关模式转换器U1的SS端，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2的另一端和单片降压开关模式转换器U1的GND端均接地，单片降压开关模式转换器U1的BST端串接电容C4后接入二极管D1的负极，二极管D1的正极接入单片降压开关模式转换器U1的GS端，单片降压开关模式转换器U1的SW端连接电感L4的一端，电感L4的另一端输出5V电源，电阻C5、电阻C6、电阻C7、电阻R3的一端均连接至电感L4的另一端，电阻R3的另一端串接电阻R4后接地，电感C5的另一端连接单片降压开关模式转换器U1的FB端，电感C6和C7的另一端均接地，稳压器U5的IN端连接熔断丝F1的一端和电阻C26的一端，稳压器U5的OUT端分别连接电阻R38、电容C27、电容C28的一端并输出15V电压，电阻R38的另一端连接稳压器U5的ADJ端，稳压器U5的ADJ端串接电阻R39和R41后接地，电容C26、电容C27和电容C28的另一端均接地；电压转换器U2的VIN端接5V电源并串接电容C8后接地，电压转换器U2的VOUT端分别连接电容C9和C10的一端并输出3.3V电压，电容C9和C10的另一端以及电压转换器U2的GND端均接地。

3.根据权利要求2所述的脊柱治疗枪的控制电路，其特征在于：所述主控电路包括微控制器U3、电容C12、电容C18、电容C16、电容C25、电容C21、电容C20、电容C19、电容Y1、电阻R33、R36和R32，所述微控制器U3的VDD_3接口连接电容C18一端，电容C18的另一端接地，微控制器U3的BOOT0接口串接电阻R33后接地，微控制器U3的VDD_2接口连接电容C19的一端，电容C19的另一端和微控制器U3的VSS_2接口连接后接地，微控制器U3的VDD_1接口连接电容C20的一端，电容C20的另一端接地，微控制器U3的PA5和PA6通过电阻R36接通，微控制器U3的VDDA接口连接电容C21的一端，电容C21的另一端接地，微控制器U3的PD1接口分别连接电容C16的一端和电容Y1的一端，电容C16的另一端和电容Y1的另一端分别连接电容C12的两端，电容Y1的另一端还连接微控制器U3的PD0接口，电容C16的另一端接地，微控制器U3的VBAT接口连接电阻R32的一端和电容C25的一端，电容C25的另一端串接电容C17后连接电阻R32的另一端，电阻R32的另一端还连接微控制器U3的NRST端，电容C25的另一端接地，微控制器U3由电源电路的3.3V输出端供电。

4.根据权利要求3所述的脊柱治疗枪的控制电路，其特征在于：所述通信电路包括低功耗收发器U4、电容C24、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电阻R25、电阻R40、熔断丝F3、熔断丝F4、二极管D2和二极管D3，所述低功耗收发器U4的R端通过RS485接口和电阻R20连接微控制器U3的PA3接口，低功耗收发器U4的RE接口和DE接口通过RS485接口和电阻R21连接微控制器U3的PB9接口，低功耗收发器U4的D端通过RS485接口和电阻R22连接微控制器U3的PA2接口，低功耗收发器U4的Vcc接口连接电源电路的5V输出端和电容C24的一端，电容C24的另一端连接低功耗收发器U4的GND端后接地，低功耗收发器U4的A端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极接地，低功耗收发器U4的B端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极接地，低功耗收发器U4的A端依次串接熔断丝F3、电阻R24后连接电源电路的5V输出端，低功耗收发器U4的B端依次串接熔断丝F4、电阻R25后接地，熔断丝F3和熔断丝F4之间连接电阻R40。