基于单片机的无线遥控盆腔治疗仪毕业设计论文.docx

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基于单片机的无线遥控盆腔治疗仪毕业设计论文

摘要

盆腔炎治疗仪，利用物理的电、热、磁等生理作用，促进人体神经肌肉组织兴奋和局部血液循环，并有镇痛作用。

盆腔治疗仪对盆腔炎的治疗，具有无副作用和后遗症等优点，在妇科中得到广泛的应用。

因为在治疗过程中需要调整治疗参数，为方便患者自己根据治疗需要适时调整，设计具有无线遥控功能键盘能为患者使用带来极大的方便。

本文正是为解决此问题，提出了盆腔炎治疗仪遥控系统的解决方案。

无线遥控包括发射和接收两部分。

发射部分包括发射电路、编码芯片、键盘电路和电源电路。

接受部分，包括射频接受电路、解码芯片PT2272、起控制作用的单片机AT89S52和起交互作用的显示屏SMC1602A。

发射电路，采用特低功耗超再生原理，工作频率315MHz，433MHz，工作电压DC+3V，调制带宽10K。

编码芯片采用PT2262，具有4路或6路数据输入，串行编码输出，最多可以发送63个控制指令。

关键字：

盆腔治疗仪；无线遥控；PT2262；PT2272；单片机AT89S52；SMC1602A

Abstract

Theinstrumentforpelvicinflammationtreatment,usesphysiologicalactionsofthephysicalelectricity,heat,magnetismfortherapy,hasthepromotionofexcitednervemusculartissue,thepartialbloodcirculationandeasesthepain，withmeritofnosideeffectandsequela.Soitobtainsthewidespreadapplicationinthegynecologydepartment。

Becauseinthecourseoftreatmentthepatientneedstoadjustthetreatmentparameter,thedesigningwiththewirelessremotecontrolfunctionkeyboardbringingenormousconvenienttothepatient.Thisarticleispreciselyforsolvesthisproblem,proposedthepelviccavitytreatmentmeterremotecontrolmodulesolution.Thewirelessremotecontrollerincludinglaunchedpartandreceivedpart.Thelaunchedpartsincludingtransmissioncircuit,codechip,keyboardcircuitandpowercircuit.Thereceivedmodule,includethereceivedcircuit,decodingchipPT2272,controllerAT89S52andthecorrelationdisplaymonitorSMC1602A.Thetransmissioncircuit,usestheespeciallylowpowerlossultraregenerationprinciple,operatingfrequency315MHz,433MHz,workingvoltageDC+3V,modulationband-width10K.ThecodechipusesPT2262,has4groupor6groupdatafeedsandtheserialcodeoutput,mostmaytransmit63controlcommands.

Keywordsinstrumentforpelvicinflammationtreatment；wirelessremotecontroller；PT2262；PT2272；AT89S52；SMC1602A

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

第1章绪论

1.1课题背景

盆腔治疗仪采用物理的电、热、磁等生理作用，具有促进神经肌肉组织兴奋，局部血液循环和镇痛三种重要作用。

电疗是由盆腔治疗仪产生复杂的中低频电流，经过探头流向贴在腹部两边的电极。

电疗具有积极的生理作用。

热疗是由在探头内部的加热线圈对探头进行加热，并有探头内部的温度传感器，反馈温度，并经过单片机控制加热的温度，以实现盆腔炎的热疗疗法。

本课题是基于对已研发的盆腔炎治疗仪进行改进设计的情况下提出的。

盆腔治疗仪的改进包括温度控制改进、抗干扰改进、探头改进和增加无线遥控功能。

本文正是为解决盆腔治疗仪无线遥控功能，而提出了自己的设计方案。

对盆腔治疗仪进行改进，是针对多年来盆腔炎治疗仪在临床应用中存在的问题而提出的。

在温度控制部分，要力求达到高精度和稳定性，一方面避免温度跳变对病人造成不适，另一方面也是为更好控制治疗的效果。

在抗干扰方面，盆腔治疗仪的电疗输出电流是中低频电流，在治疗时人体感觉不到这种电流的通过。

如果有跳变高频的电流，则容易使运放电路产生高频冲击，不但人体能感觉到，就连按摩电机也造成探头的有明显的抖动。

探头的设计应该更加人性化，按照人体的生理结构设计，让病人用得更舒服。

无线遥控功能的增加，更是为方便盆腔治疗仪使用和提高盆腔治疗仪的智能化。

1.2遥控器原理

遥控器的遥控功能实现，一般是以电磁波或红外线为数据传输介质，实现指令的传送功能。

遥控器发送的数据要经过加密编码，调制，载波输出信号。

接受模块，则进行相反的操作，提取出遥控器发射过来的命令，再由MCU执行相应的命令。

1.3设计任务

对盆腔治疗仪增加无线遥控功能，要从仪器原有方案出发，考虑系统的兼容性，不能对仪器造成附加的干扰和影响。

也要从经济角度考虑，在达到功能要求下，尽量节省成本，为整体仪器提高经济竞争力。

同时从节能角度出发，实现遥控器长时间的工作。

1.4设计的意义

由于盆腔治疗仪对盆腔炎的治疗，具有无副作用和后遗症等优点，在妇科中得到广泛的应用。

在治疗前，盆腔治疗仪的探头需要插入盆腔内，给女病人生理和心理上都造成一定的障碍，同时也给医生（特别是男医生）带来了许多的不便。

具有无线遥控功能的盆腔治疗仪在一定程度上解决了这些问题，医生可以在屏蔽墙后，控制整个治疗过程。

本文正是为解决此问题，提出了盆腔治疗仪遥控模块的解决方案。

第2章无线遥控原理

无线遥控，有基于电磁波和红外线两种。

红外遥控距离短，只能直线方向遥控。

电磁波的遥控具有衍射作用，能跨越一定的屏障，遥控时也不需要直线。

电磁波无线遥控，就是在发射端发射一定频率的电磁波，接收端只提取出相同频率的电磁波信号，并经过解码得到发射端的数据。

2.1发射电路原理

遥控器发射电路，有振荡电路、高频放大器，调制方式一般采用ASK和FSK。

振荡电路可以采用电容、电感的振荡特性来设计，也可加入晶振来简单获得载波信号。

一般载波信号的频率在315MHZ-433MHZ，也可实现更高的频率。

通过高频放大器，高频信号获得更高的发射能量，提高发射距离。

图2-1

2.2接收电路原理

接收电路里面主要有：

天线，滤波电路，解调电路等几部分组成。

图2-2

2.3天线原理

2.3.1什么是天线

天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。

其基本功能是发射和接收无线电波：

发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。

衡量天线性能的一个指标是：

天线增益

计算公式：

天线主瓣宽度越窄，增益越高。

对于一般天线，可用下式估计其增益：

G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}

式中，2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度

32000是统计出来的经验数据

对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：

G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}

式中，D为抛物面直径

λ0为中心工作波长

4.5是统计出来的经验数据

对于直立全向天线，有近似计算式

G（dBi）=10Lg{2L/λ0}

式中，L为天线长度

2.3.2天线的种类

螺旋天线如：

图2-4

盘卷天线如：

图2-5

短的PCB短截线如：

图2-6

环路天线如：

图2-7

鞭型天线如：

图2-8

第3章遥控方案设计

3.1系统设计

遥控器部分框图如：

图3-1

遥控接受部分框图如：

图3-2

3.2解决方案

（一）

采用玩具遥控芯片TX-2/RX-2编码解码芯片。

TX-2/RX-2是一对采用CMOS工艺制造的遥控专用集成电路.它具有功耗低,电源电压适用范围宽,工作稳定可靠,外围元件少等特点.TX-2是编码发射电路,RX-2是与TX-2配套使用的译码接收电路.

图3-3图3-4

TX-2/RX-2的典型的应用电路如：

图3-5/图3-6

图3-5

图3-6

发射模块：

采用带放大三极管S8050的发射电路模块，一个串行数据输入，另外两个引脚供电，发射距离远。

在不带电线的情况下也能有5-6m的距离，安装上电线发射距离达100m左右。

天线设计采用鞭型天线。

接受模块：

采用自带天线的接受模块，一般为印刷天线，这样可以减少电路的体积，同时减轻天线的调试工作。

3.3解决方案

（二）

采用PT2262和PT2272的编码解码芯片。

PT2262和PT2272最多支持6位数据编码，一般支持4位数据编码。

PT2262和PT2272有三态地址编码功能，只有地址匹配时才能传输数据。

PT2262和PT2272的典型应用电路如：

图3-7图3-8

图3-7

图3-8

发射和接受模块采用<方案一>的设计。

发射模块天线，采用螺旋天线，以减少遥控器占用的空间。

3.4方案讨论

基于以上的提出的两个方案，结合现实考虑。

在医疗应用中，同一个病房中可能有多台盆腔炎治疗仪，由于电磁波传播方向是全方位的，一个遥控器的遥控可能会对多台仪器产生影响。

假如没有地址配对，那么在多台仪器工作时，遥控将会变得混乱，所以使遥控器与仪器的一一配对显得非常重要。

基于以上考虑，采用第二种方案能达到现实的要求。

发射接受模块，应该要满足体积小，通信距离远，抗干扰性强等要求，所以应该采用有发射放大三极管的发射电路，外加天线设计；接受模块采用印刷天线的设计方法。

第4章系统实现

4.1工具介绍

4.1.1Protus原理图与仿真

在程序编写过程中，不可能一次就能成功，程序的测试非常重要。

完全用硬件测试将会浪费很多的时间。

软件工具辅助测试，把程序的编写与具体硬件实现独立起来，加快了开发的速度。

程序测试原理图如：

图4-1

所选取的器件包括：

单片机AT89C52，二态开关，LCD型号为：

LM016L等一些电阻、电容其他元件。

4.1.2Protel原理图与电路板制作

ProtelDXP2004在电路设计方面，提供了从原理图设计到PCB制作的完整的集合。

Protel在PCB制作方面的很灵活，不但有从原理图转到PCB的功能，也提供了自动布线的功能。

这更有利于我们实现遥控器的电路板制作，最重要的是能满足遥控器的键盘实现。

Protel中实现的遥控测试原理图如：

图4-2

4.2器件介绍

4.2.1发射集成电路

图4-3

【主要特点】

1、低功耗发射

2、声表稳频

3、无数据时发射电流为零

4、较宽的工作电压范围

【应用说明】

F05P采用SMT工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。

F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK方式调制。

F05P不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入F05P的数据输入端。

F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态。

F05P需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。

F05P对0.1-1ms的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离变近。

F05P对直流电平及模拟信号不能发射。

如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。

若采用通用编码器2262，发射效果比单片机好，因为2262的数据无论怎么变，但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。

而单片机则会出现数据错误。

所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。

F05P有4个功能引脚，因为体积小，功耗低，无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，天线能否匹配，也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。

天线的长度应取发射频率的1/4波长，可以用一根直径0.5-1毫米，长度（433M）18厘米；（315M）24厘米的漆包线代替。

但天线必须拉直，指向无所谓。

短于1/4波长或弯曲的天线效果会很差。

F05P应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响而停振。

FO5P发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。

在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离，F05P最佳有效工作距离为100M左右。

4.2.2接受集成电路

采用接受模块

图4-4

【主要特点】

⑴、（0.15mA）特低功耗超再生接收模块

⑵、输出无噪声干扰

⑶、接收灵敏度高

【应用说明】

J04V工作电压范围：

2.6---3.6V；2.6V时工作电流在0.15mA；3V时约0.2mA；3.5V时约在0.3mA。

J04V适合电池或线性电源，可采用3.7K-4.7K电阻从5V取得3--3.5V，再加220UF电解电容滤波，电解电容的接地点必须靠近J04V的地，J04V输出能力可驱动一支发光二极管。

如果从6V以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。

也可以从220V用电容降压整流滤波后用7805取得5V再用3.7K-4.7K电阻降压滤波取得3.3V。

不适合用稳压管串联分压。

接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性，也是接收电路的主要干扰源，J04V不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验。

J04V不适合与发射用同一电源做试验。

J04V内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。

J04V在A处点可根据需要接一支470K-1M的电阻可使J04V输出更干净，但接收灵敏度会降低。

J04V应安装在印板边部并离开周围器件5mm以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。

如果器件较多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源，必须远离J04V，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。

J04V可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限。

4.2.3编码和解码芯片

图4-5图4-5

PT2262和PT2272是CMOS三态编码集成芯片，这组器件广泛用于各种遥控器件上，只需较低的+3V电压就能工作。

PT2262是发射编码芯片，PT2272是接收解码芯片，两者的地址必须配对，而且振荡电阻必须符合要求。

PT2262的TE端是发射允许端，接受低电平时，17脚DOUT端输出一串编码。

该串编码在载波上发送出去，被接收端接受和解调，输入PT2272的14脚，当地址配对时，VT解码有效端输出高电平，数据端口就会输出与PT2262发射端口一致的数据，从而实现遥控功能。

4.2.4单片机AT89S52

图4-6

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适合于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有一下功能：

8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时、计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

4.2.5LCD1602A显示原理

4.2.5.11602A引脚说明图

表4-1

4.2.5.21602A指令表

表4-2

序号

指令

R/W

清显示

光标返回

置输入模式

I/D

显示开/关控制

光标或字符移位

S/C

R/L

置功能

置字符发生存贮器地址

字符发生

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