引 言
研讨标明不同频率和强度超声波对机体的效果是不同的，其次，温度关于经皮给药也有必定的影响，如必定的温度能够进步浸透率，但太高的温度会引起皮肤的烫坏，因为超声也有热效应;因而，怎么把各个要素归纳考虑以到达既保证较高的浸透率又避免对人体发生灼伤及生理机能的损害是研讨的难点之一。
单片机作为智能操控芯片，在电子信息、自动操控的各个范畴发挥着极其重要的效果。医疗仪器的规划和研发也越来越多运用单片机技能，使其朝着智能化，小型化方向开展。归纳考虑各种要素，在此介绍了一种选用高性能单片机C8051F340作为中心操控芯片的输频率、强度等可调，可控恒温的低频超声波促透皮体系。
1 硬件规划
该体系包含：温度测控模块、功率超声发生器、恒温操控模块、过流维护模块、显现模块和掉电存储模块。整体结构如图1所示。
体系各部分的作业是由高性能单片机C8051F340来进行操控和谐的。它是整个体系的中心。C8051F340单片机是集成在一块芯片上的混合体系级单片机。具有与8051指令集彻底兼容的CIP-51内核，选用了流水线指令结构，其运转速度最高可达48 MIPS，与规范的8051比较，在相一起钟下单周期指令运转速度为本来的12倍。而且，它在一个芯片内集成了构成一个单片机数据收集或操控体系所需求的功用部件;模仿多路选择器、可编程增益扩大器、ADC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、USB可编程计数器/定时器阵列(PCA)、定时器、I/O端口、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等简直一切模仿和数字外设及其他功用部件。经过对C8051F340的编程，能够完结多种功用。
该体系运用键盘输入电路取得操作人员对各部分作业条件的要求，依据这些要求对加热丝以及超声发射进行设置，一起在每次测控过程中将各部分的温度值送LCD进行显现，并进行越限判别，在温度越限时发动报警电路宣布报警。对温度的操控选用调功方法操控电炉丝加热使得试验过程中坚持温度安稳，包含温度的读取、温度值的处理及输出信号驱动负载。
1.1 温度测控模块
该体系温度传感器选用PT100铂电阻温度传感器，它具有线性度好，丈量规模宽，灵敏度高，无需参考点等长处。运用铂电阻的温度电阻特性，将温度信号直接转化为电信号。然后经过前置扩大后送入到单片机内12位开关电容逐次迫临型A/D转化器，完结模/数转化。在电子丈量体系中，需求检测许多的电量或非电量信息，而且检测的电信号又十分的弱小，极易遭到搅扰。因而，对前置级获取信号的扩大，提出如下要求：高输入阻抗、高共模按捺比、低漂移、低噪声、低输出电阻等参数要求。根据以上准则前置扩大器选用美国BURR-BROWN公司出产的低电压通用型双通道外表扩大器INA2128，它除了满意以上要求外，并可用一个外部电阻便利地从1～100 000设定增益，使得INA2128能够广泛运用于信号收集扩大。医用仪器及多通道体系等许多范畴，能够在低至的+2.25 V电源电压下作业，而且静态作业电流很少。它与Pt100构成的温度检测和前置扩大如图2所示。
INA2128内部是由过压维护电路和三运放组成的性能优越的丈量扩大器;A1和A2组成双端输入/双端输出的差动扩大器，因为信号从两个同相端输入，使输入阻抗巨大10 MΩ以上。第二级又选用差动输入，在运放参数和R5严厉对称时，电路具有很高的共模按捺才能和低温漂。
上式标明：该电路能够经过调理RG进行增益的操控。
超声波发生模块首要是由PWM驱动电路、半桥式逆变电路和阻抗匹配电路三部分组成。电路的效果是将直流电流变成超生波振荡电流，并经过阻抗匹配网络鼓励换能器发生相同频率的弹性振荡。该体系中驱动电路选用芯片IR2112来完结。IR2112是IR公司出产的大功率MOSFET、和IGBT专用集成驱动电路。该芯片具有两个独立的高低端通道，其间高端通道可选用自举电路，最高可接受500 V电压。两通道输出的电压规模为10～20 V，IR2112逻辑电源和功率电源即能够彼此独立也能够共用一个电源。其作业频率最高可达500 kHz，关断和延迟时间很短。IR2112输出选用图腾柱结构，最大输出电流可达2 A。
如图3所示，用功率MOSFET构成PWM逆变器，用单片机作为信号源，发生频率为20～38 kHz的方波、2.5～3 W/cm2的功率;阻抗匹配使超声电源向换能器负载完结最大功率传输。图3中VD1，C1为自举二极管和自举电容，VD1有必要运用与功率开关管相同耐压等级的快康复二极管，自举电容规划也至关重要，C1的耐压比功率器材充沛导通时所需的驱动电压(典型值为10 V)高。若在C1的充电途径上有1.5 V的压降，且假定有一半的栅压因走漏而下降，则自举电容C1可按式(4)来选取：
式中：Qg为MOSFET的门极电荷。
工程运用上一般取C1>2Qg/(VCC-10-1.5)，且应选取容量安稳，耐脉冲电流的无感%&&&&&%。
而操控电路首要由单片机体系和驱动电路组成。单片机体系经过本身的PWM驱动电路发生频率为28 kHz的方波，并将该信号送入IR2112驱动电路进行阻隔扩大后推进功率MOSFET作业。用半桥式逆变开关电路作为超声波发生器的功放电路，MOSFET1、MOSFET2轮番导通，在变压器的副边能够得到一个交变的鼓励信号，然后完结逆变的功用。而由R3，C4，D1构成的吸收电路，吸收了功率开关引进的尖峰脉冲，维护功率开关管。
阻抗匹配网络的规划意图是经过半桥逆变得到的功率最大极限的转化为超声波换能器的能量和保证电路作业安稳。一起为了避免体系发生毛病时对人体形成损害和损坏功率MOSFET器材，在体系中加入了过流维护电路。
2 软件规划
程序规划选用根据C言语的模块化程序规划的计划，具有可维护性高、晋级便利。整个程序分为：主程序、温度闭环操控程序(PID)、PWM发生程序、键盘及LCD显现程序、E2PROM读写程序，软件流程图如图4所示。
首要程序包含：数据处理，采样温度数据，并进行上下限报警和处理;PID核算，对误差进行PID算法处理，并输出操控脉冲信号，脉冲宽度由T0定时器决议;晶闸管导通操控，运用PID核算得出的操控脉冲信号来操控晶闸管的通断比，然后完结对温度的恒温操控;液晶的显现和键盘扫描和处理程序。
3 结 语
该体系经过操控温度、频率和强度等多种要从来促进经皮给药的浸透性。一起，与单片机结合组成的嵌入式体系使医疗仪器智能化、多功用化、小型化。而且，这儿介绍的根据高性能单片机C8051F340的透皮给药体系还可完结过流维护、恒温闭环操控、作业形式可选、输出全调、LCD动态显现、掉电维护等功用。
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