基于单片机的旋转磁场仪的软件设计.doc
《基于单片机的旋转磁场仪的软件设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的旋转磁场仪的软件设计.doc(36页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、西安工业大学毕业设计(论文)摘要磁场作用于生物体后,在生物体内引起一系列的生物学效应,为临床磁疗提供了理论基础。关于旋磁场生物效应的研究,近年来在国内外都取得许多新的进展。要研究旋转磁场的生物效应,就必须有能产生旋转磁场的仪器,产生旋转磁场的方法多种多样。该课题主要通过以单片机为核心控制,直流电机为驱动,实现高精确稳定的旋转磁场,其整体设计思路是:利用STC12C5A60S2单片机强大的控制功能,产生PWM脉冲序列精确控制功率LM298N直流电机驱动模块,从而控制直流电机的转速,以控制旋转磁场的频率;键盘可控制直流电机的启动/停止、正转、反转、加速和减速。液晶显示器可以实时监控直流电机的状态;
2、并通过串口实现与计算机的实时通信。在软件设计上采用C语言进行程序模块的编制,根据系统需实现的功能按照模块程序流程的编制思想,对系统进行软件编程。主要模块包括单片机控制模块,直流电机控制模块,电机转速的检测与处理和反馈控制模块,定时控制模块,键盘控制模块,显示模块等。关键词:磁场生物效应;单片机;直流电机;旋转磁场AbstractAfter magnetic field acting on the organism, caused a series of biological effects in organisms, magnetic therapy provides a theoretica
3、l basis for clinic. Research on rotating biological effects of magnetic field, in recent years, many new progress both at home and abroad. To study the biological effect of rotating magnetic field, it has to have instruments can produce a rotating magnetic field, the method of produce a rotating mag
4、netic field is varied.This topic is mainly controlled by single-chip microcomputer as the core, the dc motor to drive, to achieve high precision and stable rotating magnetic field, its overall design idea is: using powerful STC12C5A60S2 MCU control, producing PWM pulse sequence accurate control powe
5、r LM298N dc motor driver module, to control the speed of the dc motor, to control the frequency of the rotating magnetic field. The keyboard to control dc motor start/stop, forward, inversion, acceleration and deceleration. Liquid crystal display can be real-time monitoring the state of the dc motor
6、. And with the computer via a serial port to achieve real-time communication. On the software design using C language to program module, module, according to the system to realize the function of the program flow of ideas, the system software programming. Main modules including the single-chip micro
7、computer control module, dc motor control module, motor speed detection and processing and feedback control module, timing control module, the keyboard control module, display module, etc.Key words: Biological Effects Of Magnetic Fields;Rotary Magnetic Field;Single Chip Microcomputer;Dc motor;目录目录II
8、I1 绪论11.1 课题背景、意义及国内外相关研究情况11.1.1 课题背景11.1.2 课题研究意义21.1.3 国内外相关研究情况21.2 课题的主要研究内容31.3 论文的结构安排41.4 本章小结42.2.2 PROTEUS软件简介242.3 本章小结243.1 设计内容概述243.2 系统功能概述253.3 系统原理概述263.4 系统总体软件框图263.5 本章小结274.2单片机主程序流程和初始化模块274.3 LCD初始化及显示判断模块284.4 按键扫描与定时中断控制模块314.6 LCD字符提取模块354.7 本章小结365 系统仿真及实物展示365.1 系统仿真365.1
9、.1系统仿真说明365.1.2 开机界面显示375.2 实物展示:385.4 本章小结406.3 展望41致谢42参考文献43毕业设计(论文)知识产权声明44III1 绪论1.1 课题背景、意义及国内外相关研究情况1.1.1 课题背景一切物质都存在着磁性,现代科学已经完全证实了此论断,物质的磁性将在其周围空间产生磁场 ,这种生物体的磁性和磁现象即称为生物磁现象 。磁场对生物的影响及生物磁性的发现和研究有着悠久的历史,但生物磁学作为磁学和生物学之间的一门边缘学科而获得迅速发展的广泛应用以及受到普遍的重视,却还是比较近期的事。根据记载我国是最早发现和利用磁性的国家,而且也是最早利用磁石治病,首先开
10、创生物磁学的国家。远在两千多年前的西汉初期,就有了磁石治病的记载。此后历代的医药典籍上都有这方面的丰富资料。在国外,磁石在古代医药上的应用也可追溯到古希腊时期。到目前为止,在利用磁场治病(磁疗)和磁场麻醉(磁麻)方面,我国还是处于世界的领先地位1。磁场生物效应是生物磁学研究的一个重要内容。地球上的生物是在地球磁场( 很弱,约0.5G)的作用下生存和发展的,且已适应地磁并把它作为正常生活条件的一部份,如同地球上的温度、气压等。当人为地改变生物体周围的磁场时, 破坏了生物体原来的磁平衡状态,由此产生的一系列生物体生理或心理变化, 称为磁场的生物效应。磁场的生物效应是近几十年才逐渐受到人们的重视。并
11、且首先是从研究电磁场对人体造成的危害开始,像X射线、射线具有电离作用的辐射对人体的伤害作用及在医学上的诊断治疗作用均被广泛认识和接受。 长期以来,由于低频率的电磁场(50Hz60Hz)对组织不产生热效应和可感知的物理或化学反应,因此人们一直认为这种电磁场对生物体没有任何生物学效应。后来苏联人Vyalov2 调查了1068名接触磁场强度为0.001T0.1T(1T=104G)的职业人员,发现有的人产生不明原因的植物神经系统失调,如疲乏、头痛、失眠、消化不良等。这些效应大多是暂时性功能性变化,但经过3年5年也有产生不可逆的器质变化。再后来Wetherimer和Jeeper首次报道儿童白血病发病率明
12、显升高与居住的地方过于靠近高压线有关。尽管这一重要的流行病学研究在当时被认为缺乏精确的电磁场强度和病例收集,但仍然引起了强烈反响。进一步研究发现,凡是接近强磁场的均增加患白血病和脑瘤的机会。这些情况使有关学者开始关注磁场的生物效应。随着核磁共振和磁疗器械的应用,人们接触强磁场的机会越来越多,更加重视磁场生物效应的研究,并从动物实验和临床观察应用两方面取得了相当的成果。早在古罗马时期3磁场疗法已经用于治疗痛风。2000余年前的古代医学文献中已有用磁止痛、治疗关节肿痛等疾病的记载。1970年代以来磁性材料和磁疗器械、磁疗技术的研究和应用发展较快,在一些疾病的治疗上取得一定的疗效,磁疗成为应用较普遍
13、的物理疗法之一。实验证明,磁场能影响生物细胞内外离子的活动度、细胞膜的电位、某些酶的活性、细胞呼吸、某些物质的合成分解和化学反应过程、组织的新陈代谢以及组织器官的功能;磁场还能影响某些生物体的生长发育和生命。不同强度,不同作用时间的磁场对组织细胞和生物体的影响不同。磁场可以对人的神经、肌肉、心、肺、脑等组织的生物电流和生物磁场产生影响,干扰其病理过程,调节生理平衡,促进正常功能的恢复。据研究,磁场可降低神经末梢对外界刺激的感应性,使痛阈升高,故能镇痛;磁场可使组织内血管扩张,血流加速,血液循环改善,渗出过程受阻,水肿消散吸收,与此同时,磁场可使代谢产物和炎症产物的吸收加速,吞筮活动和免疫过程增
14、强,故磁场有较好的消炎作用,水肿的消散和致痛物质的吸收也加强了镇痛作用。磁场还有镇静、改善睡眠、缓解肌肉痉挛和降低血压的作用。曾有报道强磁场有抑制癌瘤生长转移的作用。上海医科大学在2002年做了一个临床调查,得出一个结论:100种疾病有86 种是供血不足造成的,哪里供血不足,哪里就会患病。那么,磁为什么能改善血液微循环呢?我们到医院,医生常给我们检测心电图、脑电图,是因为人体有生物电流(0.06毫安)。根据物理学原理和左手定则,电流通过磁场就会受到力的作用,就会产生向外的力,这个力可以扩张血管,(要比药物好得多),同时可以清理管壁上的垃圾。所以,磁疗对高血压、高血脂、糖尿病等疾病有非常好的疗效
15、。其次,磁场可以有效促进人体的生化反映。促进人体细胞的新陈代谢,保持细胞弹性和活力,提供人体免疫力。所以,磁场有很好的美容作用、抗衰老作用和保健作用。1.1.2 课题研究意义生物的磁效应,已经是不争的事实。生物磁学的研究虽然有着悠久的历史,但较为系统的研究是十九世纪末期特别是二十世纪中期的事。由于过去积累了不少资料,现代物理学、磁学和生物学的迅速发展,使生物磁学的研究范围不断扩大,加以当代工农业生产、医药卫生、环境保护、宇宙航行等的现实需求,要求研究和应用磁场对生物和人体的影响,生物磁性与生物结构和功能之间的关系。此外,现代磁技术的迅速发展,提供了生物磁学的宏观和微观研究的物理基础。既有现实的
16、需要,又有各方面的可能,以至推动了近几十年来生物磁学这门边缘学科不断地又简单到复杂,由现象到本质,由宏观到微观的深入发展。目前除恒定磁场外,还对不同频率不同强度的交变磁场和不同宽度不同重复频率的脉冲磁场对生物及人体的影响进行研究;根据电流产生磁场的效应,生物体内的电流会在其周围产生微弱磁场。对于这些生物磁场的研究,将有助于阐明生物活动中的一些生理和病理现象;生物的不同组织器官具有不同的磁性,这一方面与组织器官的组成和结构有关,另一方面也与其生理和病理状态有关。因此,生物材料磁性的研究也可以提供有关生物材料的结构和活动情况的信息。磁在医疗上的应用已经有不少,在农业中的应用也有所闻,一些成功单位事
17、例,显示出生物磁效应的美好应用前景,当然,旋转磁场的生物效应也包括在内,并且也取得了一定的成就。旋转磁场作用于生物体后,在生物体内引起一系列的生物学效应,为临床磁疗提供了理论基础4】。要研究旋转磁场的生物效应,就必须有能产生旋转磁场的仪器,产生旋转磁场的方法多种多样。例如采用步进电机带动永久磁块旋转的方法产生的旋转磁场的方法。但是由于步进电机本身转速不高,不适合产生较高频率的旋转磁场。因此本课题拟采用直流电机带动永磁铁产生旋转磁场,研制带有闭环控制的高速、高精确稳定性旋转磁场。1.1.3 国内外相关研究情况现代磁技术已经广泛应用于各个领域。科技的发展和进步促使人们对磁学的深入研究和探索并充分利
18、用其功能。不同种类的磁场以及不同大小的磁场应用于不同的生物体甚至是同一生物不同部位都会产生不同的结果。关于旋转磁场生物效应的研究,近年来在国内外都取得了许多新的进展。例如:1.外加磁场对骨组织的影响:西北大学生命科学研究院丁冲、陈晓虎5等人研究的不同磁场对骨组织细胞的影响,具体表现为促进成骨细胞的增值和分化并且抑制破骨细胞的形成和吸收活性。再如潘晓华、肖德明6等发现旋转恒定磁场对早期激素性股骨头坏死有显著疗效。还有像国外的在此方面的研究,如Jin X,Chalmers J J7等人发现此分离技术可以应用于恶性骨肿瘤细胞的分离。2.磁场对血细胞和血液流变学的影响:于玲娜8等应用磁感应强度0080
19、09T的旋磁作用于试管内的离体血液,发现白细胞在磁场作用下,产生应激反应,使细胞代谢加强,部分细胞发生超微结构的改变,使白细胞减少。磁场使红细胞体积增大,携氧能力增加,有利于改善组织的供血供氧状态,促进代谢.庞小峰9等报告,经恒磁场作用后,血液流变学指标发生变化,血液粘度均有降低,尤其是脑梗塞患者离体血液的血液粘度降低明显,说明了磁场有改善血液流变学的作用。3.磁场对瘢痕组织的影响:王勇10等进行了磁场对瘢痕组织影响的观察研究,表明磁场可以促进破成纤维细胞提早完成其修复功能,而对肌成纤维细胞则促进其退化,胶原代谢降低,对瘢痕组织起到治疗作用。4.对某些酶和自由基的影响:对酶的影响:夏绪刚11等
20、应用旋转时磁感应强度为0.08T的旋磁场作用于大鼠颈总动脉区20分钟,观察大鼠缺血再灌注大鼠磷脂酶A2(PLA2)和内皮素( ET)含量的影响,实验结果表明,旋磁场有抑制磷脂酶A2的活性与减低内皮素含量的作用,对于脑缺血再灌注损伤有防治功效;对自由基的影响:关于磁场对自由基的影响,国内的研究结果表明,磁场具有清除自由基的作用。其实,磁场对生物的影响是多方面多层次的,主要有磁场对生物组织器官的影响,如对心血管系统、消化系统、神经系统和免疫系统的影响;磁场对细胞的影响, 如对正常细胞和肿瘤细胞的影响;磁场对生物大分子的影响,如对遗传性分子、蛋白质分子、自由基基因。 又指出了磁场的这些作用的物理机理
21、 。磁场生物效应不仅与磁场的强度、分布和频率等有关,也与生物的种类和层次有关。最近为了理解外加磁场对生物器官的影响,研究了垂直极化磁场对小鼠肝中蝶啶容量的影响12。外加磁场频率为50 Hz,磁场强度为0.3 5 mT,作用周期为 1,3 和6 周,所测小鼠肝中的几种材料都无变化,因而得出的结论为垂直极化磁场 对鼠中的蝶啶并无影响。1.2 课题的主要研究内容该课题主要通过以单片机为核心控制,直流电机为驱动,实现高精确稳定的旋转磁场,其整体设计思路是:将磁场强度不同的永久磁条,通过固定架固定在直流电机的转轴上,当直流电机转动时,其永久磁铁产生的磁场也跟着旋转,从而产生旋转的磁场。因而直流电机的转数
22、决定旋转磁场的旋转频率,永久磁场的强弱决定旋转磁场的强度13。具体一点说就是,利用STC12C5A60S2单片机13强大的控制功能,产生一定频率的脉冲序列精确控制功率L298N直流电机驱动模块,从而控制直流电机的转速14,以控制旋转磁场的频率;键盘可控制直流电机的启动/停止、正转、反转、加速和减速。液晶显示器可以实时监控直流电机的状态;并通过串口实现与计算机的实时通信。在软件设计上采用C语言进行程序模块的编制15,根据系统需实现的功能按照模块程序流程的编制思想,对系统进行软件编程。主要模块包括单片机控制模块,直流电机控制模块,电机转速的检测与处理和反馈控制模块,定时控制模块,键盘控制模块,显示
23、模块等。1.3 论文的结构安排论文由6章节构成,具体如下:第1章:绪论 介绍课题的背景及意义、主要研究内容,并对相关技术现状做简要分析;第2章:系统控制及所用软件概述 直流电机控制系统的概念、控制方式及PROTEUS、KEILC51概述;第3章:系统设计方案规划 介绍了本系统的总体设计方案系统应具备的功能,并对系统原理进行了介绍;第4章:系统软件设计 程序总体流程图及各模块流程图;第5章:系统仿真及实物展示 基于KEIL及PROTEUS进行系统仿真,并完成了实物制作;第6章:总结 总结设计,得出结论,总结设计收获和体会,同时指出整个设计工作的不足之处和需要改进的地方。1.4 本章小结对本课题有
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 旋转 磁场 软件设计