超声波治疗设备的设计与实现

２００８年　第１２期　仪表技术与传感器　Ｉｎｓｔｍｍｅｎｔ　Ｉ、ｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　２００８　Ｎｏ．１２　基于Ａ　的超声波流量测量仪的设计与实现　王明伟　，姚　（１．陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安　展　，李秦君　７１００２１；２．咸阳师范学院物理系，陕西咸阳７ｌ２Ｏ００）　摘要：传统的功能单一、精度低、操作复杂的液体流量检测仪已无法满足工业企业的实际生产需求，研发了一种精度　高、定智能化的液体流量在线测量仪器。进一步研究了时差法测量圆形管道流体流量的测量理论，采用新一代嵌入式处　理器ＡＲＭ９和Ｌｉｎｕｘ操作系统，设计实现了一种新型的非介入式超声波流量在线测量仪器。检测仪器实现了系统自诊　断、测量误差自动修正、数据的在线高速检测和处理等功能，满足工业生产中的检测需要。　关键词：超声波；液体流量；检测仪；ＡＲＭ　中图分类号：ＴＰ２１６　文献标识码：Ａ　文章编号：１ｏ０２—１８４１（２ｏ０８）１２一ｏ０３６—０２　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ＲｅａＩｉｚａｔｉ０ｎ　０ｆ　Ｕｌｔｒａｓ０ｎｉｃ　Ｆｌ０ｗ　Ｄｅｔｅｃｔ０ｒ　Ｂａｓｅｄ　０ｎ　ＡＲＭ　Ｔｅｃｈｎ０ｌＯｇｙ　ｗＡＮＧ　Ｍｉｎｇ—ｗｅｉ　，ＹＡ０　ｚｈａｎ　，ＬＩ　Ｑｉｎ－ｊｕｎ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　０ｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆ０ｍａｔｉｏｎ　Ｅｎ　ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　０ｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ０ｌ０ｇｙ，ｘｉ’ａｎ　７１００２１，Ｃｈｉｎａ；　２．ｘｉａｎｙａｎｇ　Ｎ０珊ａｌ　ＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ，ｘｉａｎｙａｎｇ　７１２Ｏ００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　ｏｌｄ　ｌｉｑｕｉｄⅡｏｗ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｆｌｕｎｃｔｉｏｎ，ｌｏｗ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔ—　ｉｎｇ，ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｔｙｌｅ　ｏｆ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｎ０ｗ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐＩｌｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌ１ｉｇｅｎｃｅ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ａｃ—　ｔｕａｌ　ｄｅｍａｎｄ．Ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｄｉ玎　ｒｅｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｈｅｏＩｙ　ｏｆⅡｕｉｄ　ｎ０ｗ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｗａｓ　Ｊｎｈｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ａ　ｎｅｗ　ｇｅｎｅＩ＿ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｐｍｃｅｓｓｏｒｓ　ＡＲＭ９　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｌｉｎｕｘ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ．　Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃⅡｏｗ　ｍｅｔｅｒ　ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｓｅｌｆ＿ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｅｒｒｏｒ　ａｍｅｎｄｍｅｎｔ，０ｎｌｉｎｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｄａｔａ　ｄｅｔｅｃｔｉ０ｎ　ａｎｄ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉ０ｎ　ｎｅｅｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗ０ｒｄｓ：ｕｈＩ＿ａｓｏｎｉｃ；ｌｉｑｕｉｄ　ｎｏｗ；ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＡＲＭ　０　引言　采用嵌入式微处理器ＡＲＭ９作为超声波流量计的核心器　件，结合Ｌｉｎｕｘ操作系统，简化了设计提高测量精度。设计还实　现了流量计的系统自诊断、测量误差自动修正、复杂测量算法　的实现和测量数据及时处理，可满足工业网络标准的数据通　信，构成一个数字化、智能化的流量监测系统　Ｊ。　ｌ测量原理　图１为时差式测量圆形管道流体流量的原理图。换能　器Ｓ，，Ｓ：以一定的间距安装在管道的一侧，成“Ｖ”字型，交　替地发射和接收超声波，由于受流体流速的影响，ｓ．沿顺流　方向发射超声波传播到ｓ：，与ｓ　沿逆流方向发射超声波传　播到ｓ　的传播速度不同，因此，２个传输信号之问产生了时　间差，由此可求得液体的流速，再乘以管道的截面积就可以　计算出流量　。　

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超声波测距仪的设计实现

摘要

该超声测距系统采用芯片STC89C52作为系统的主控制器，利用NE555作为本系统的脉冲发射源，结合3位7段数码管液晶显示，达到了较大的测试距离和较高的测量精度，并能实时显示且无明显失真。

关键字: 超声波 测距 实时

2 第1章 设计题目与要求

1.1 设计要求

采用压电式超声波换能器，使用单片机作为控制器，完成超声波测距仪的软硬件设计。

1.2 基本要求：

(1) 具有反射式超声波测距功能，测量距离0.1m~3.0m；

(2) 测量距离精度：误差±1cm；

(3) 利用LED数码管显示测试距离；

(4) 实时显示测量的距离，显示格式为：□.□□米

3 第2章 系统总体方案论证

2.1 系统总体方案

题目要求设计一个利用超声波反射原理测量距离的超声波测距仪，并且具有实时同步显示，由此本系统可以划分为发射、接收、显示、主控制模块共四大模块，如图2.1所示：

图2.1 系统基本方框图

针对技术指标的需要，为使系统的测量距离更远、精度更高，提高系统的整体完善性，现对以上系统各个功能模块进行一一的方案论证：

2.2 主控制模块

2.2.1 主控制模块概述

主控制器模块其实就是一个简化的嵌入式系统。

嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。

2.2.2 主控制模块方案选择

根据以上知识，考虑到目前市场上比较常用的AVR、61、51三种微控制器，我们有如下三种方案可供选择。

方案一：AVR单片机

AVR单片机种类丰富，有ATtiny、AT90S、ATmeg系列，各个系列又有不同

主控制模块 发射模块

接收模块 显示模块 4 的型号，价格较适中。相对来说，比起51单片机来说资源较丰富，内部也有集成A/D，有PWM输出，但在系统进一步扩展方面不是很好，这类单片机主要应用于工业控制领域，在语音处理方面没有什么优势。

超声波治疗仪的操作流程、注意事项

一、操作流程：

1、患者取舒适体位，充分暴露治疗部位，治疗部位皮肤涂以耦合剂，将超声头置于治疗部位；

2、打开电源开关，设定输出模式，按MODE键选择：CON连续模式、1（输出、间隙时间各1s）、0.5（输出、间隙时间各1/2s）、0.3（输出、间隙时间各1/3s）；

3、设定输出强度INTENSITY:UP键/DOWN键为0.1步距，每按一次增加/减少0.1W；SET键0.5步距，每按一次增加0.5W。强度显示窗显示设定值（0.1-1.5W/C㎡）。

4、设定治疗时间：UP键/DOWN键为1min步距，每按一次增加/减少1min。

5、开始治疗：按下ST/SP键，开始输出超声波，时间显示窗数字闪烁，并开始计时。

6、结束治疗：设定时间到，输出停止，蜂鸣器报警，时间显示数字为“0”并闪烁，治疗结束。在治疗过程中，按下ST/SP键，输出停止，时间显示数字回到设定值，治疗结束。

7、切断电源：先关闭电源开关，再拔掉电源线；

8、擦净超声头上的耦合剂，并用75%乙醇涂擦消毒。

二、注意事项：

1、耦合剂应涂布均匀，超声头紧贴皮肤，不得有任何细微间隙；

2、固定法治疗时或皮下骨突部位治疗时，超声波强度宜小于0.5 W/C㎡；

3、避免使用高强度治疗；

4、患者治疗部位皮肤感觉缺失时，应特别注意；

5、进行胃部治疗前，患者须饮开水300ml，取坐位治疗；

6、治疗部位如伴有血肿，超声头应尽量避开血肿中心，输出强度要小，以防再次出血。

超声波的特性及在医学诊断中的应用价值

超声波是机械波的一种，它是指频率超过20kHz的声波。与常规声波不同的是，超声波不可听，但可以在声音很弱或无法到达的地方传递，因此它具有很高的穿透性和分辨力。

超声波在医学诊断中的应用已广泛，可以用于检查多种病理情况，包括妇科、胃肠、心血管、泌尿系统、乳腺等领域，以及妊娠检查和胎儿成像等。

超声波在纵向方向上的分辨率很高，使医生可以清晰地看到内部的结构和组织，如器官、血管、肌肉、骨骼等。超声波还可以实时监测流动情况，如血流速度、血管血流状态等，有助于诊断心血管疾病和血管闭塞等情况。

超声波检查不需要使用放射性物质或剧烈刺激身体，非常安全，大多数人能够经受得住检查。此外，超声波检查价格相对较低，成本也较低，普及性比较广。

超声波在医疗领域也有一些风险和限制。超声波无法穿透很多骨头和气体，因此对于某些部位如颅骨和肺部的检查并不适用。此外，由于操作者的技能和经验也会影响检查结果，因此使用超声波进行检查时，需要有足够的专业知识和技术，避免误诊或漏诊。

总的来说，超声波具有安全、非侵入性、价格合理等特点，在医疗服务中起着不可替代的作用。未来，随着科技的发展，超声波技术将会越来越普及，应用领域也会越来越广泛。