Очевидное лечебное действие магнитного поля связано с тем фактом, что все жидкости в организме (кровь, лимфа) имеют в своем составе большое количество воды, являющейся хорошим проводником электрического тока. Направленное воздействие внешнего магнитного поля на этот проводник, увеличивает многократно скорость движения жидкостей и способствует перемешиванию их состава. Таким образом, на локальном участке тела увеличивается интенсивность течения жидкостей, т.е. улучшается гемодинамика и гидродинамика, что ускоряет обмен веществ и физиологические реакции в тканях и органах. Поэтому и широк спектр воздействия магнитного поля: оно обладает противовоспалительным, противоотечным, болеутоляющим и другими терапевтическими действиями. Эффективность этого действия увеличивается с ростом интенсивности магнитного поля и разнообразия его пространственно-временных характеристик.

Хороший лечебный эффект и простота процедуры стимулируют массовое использование магнитотерапевтических аппаратов в домашних условиях. К сожалению, большинство промышленных моделей в силу ряда, часто обоснованных, причин имеют довольно высокую стоимость, что сдерживает их распространение и способствует повышенному интересу радиолюбителей к созданию собственных образцов. Один из таких образцов и описывается в данной статье.

Технические характеристики

1. Электропитание: источник (адаптер) постоянного тока 12В (±10%), рассчитанный на ток нагрузки не менее 0,5А. Адаптер должен иметь выходную вилку ø3,5мм, центральный контакт которой соединен с положительным полюсом, внешний – с отрицательным.
2. Мощность, потребляемая аппаратом от источника тока, не более 10 Вт.
3. Масса аппарата не более 0,5 кг.
4. Габаритные размеры аппарата, мм, не более:
• электронного блока управления – 122х62х42;
• индуктора БИ-1 – 130х62.
5. Форма импульсов магнитного поля индуктора: прямоугольная или синусоидальная.
6. Амплитудное значение импульсов магнитной индукции на рабочей поверхности (обе плоские стороны) индуктора в зонах максимумов поля:
• при настройке амплитуды «A01» – (3±1,0) мТл.
• при настройке амплитуды «A02» – (5±1,2) мТл.
7. Пределы регулировки частоты импульсов магнитного поля в индукторе – от 4 до 63 (±10%) Гц.

Зависимость частоты импульсов поля от положения настройки «F»

F	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16
Частота, Гц	63	32	21	16	13	11	9	7,9	7	6,3	5,7	5,3	4,8	4,5	4,2	3,9

8. Время воздействия поля, минут – от 1 до 30 (±10%).
9. Аппарат обеспечивает работу в повторно-кратковременном режиме в течение 8 часов: время работы (20±3) мин., перерыв 10 мин.
10. Максимальная температура корпуса аппарата после одного цикла работы не более +45°С, максимальная температура индуктора – не более +50°С.
11. Аппарат предназначен для эксплуатации в нормальных климатических условиях: температура воздуха от +5°С до +35°С, атмосферное давление 86,6 – 106,7 кПа (650 – 800 мм рт. ст.).

Устройство аппарата

Аппарат БЕРЕСТА-01 состоит из электронного блока управления и индуктора, связанных между собой кабелем длиной 1,4 м (-15%, +25%).

Схема электрическая принципиальная

Управляющая часть выполнена на микроконтроллере (МК) серии AVR. Трехразрядный семисегментный светодиодный индикатор HG1 подключен к выводам портов МК DD1 непосредственно через ограничивающие ток резисторы R9-R15 в цепях сегментов. Выходы энкодера и кнопки подтянуты к цепи VCC (+5В) резисторами R6-R8 и зашунтированы антидребезговыми конденсаторами C7, C9, C10.

Ток синусоидальной или прямоугольной формы в индукторе, подключаемом через контакты XR3 и XR4, генерируется ключом на транзисторе VT1, управляемым ШИМ-сигналом с МК. Индуктивность индуктора и его активное сопротивление образуют LR-фильтр ШИМ-сигнала. Резистор R1 служит для контроля формы и величины тока индуктора и после проверки прибора может быть закорочен. Диод VD2 блокирует выброс напряжения по спаду тока в индукторе. Светодиод VD1, включенный последовательно с индуктором, сигнализирует о его подключении и целостности. Во время действия поля, если выбрана низкая частота, этот индикатор мерцает.

Питание на схему подается через разъем контакты XR1, XR2. Силовая часть питается через дроссель L1. Фильтрующие конденсаторы C2, C6 сглаживают пульсации питающего напряжения. Управляющая часть питается напряжением 5В через стабилизатор DA1.

Программное обеспечение (Firmware)

Программа для МК написана на языке C в среде CodeVisionAVR. Методы управления индикатором LED, энкодером и звуком вынесены из основного текста в отдельные модули.

ШИМ-сигнал (разрешением 8 бит), соответствующий аналоговому сигналу, формируется на выходе OC1A (вывод 15 МК) на основе массива pattern в 32 отсчета. Массив pattern заполняется соответствующими значениями в зависимости от выбранной пользователем формы и амплитуды импульса. Массив sinus1 содержит отсчеты синусоидального сигнала амплитудой 127 единиц, массив sinus2 – амплитудой 204 единицы, что позволяет задать 2 уровня выходного аналогового сигнала. Для прямоугольной формы импульса 16 отсчетов массива pattern заполняются значением 127 или 203, остальные – ноль. Значения амплитуд отсчетов выбраны исходя из необходимости получения заданных величин магнитной индукции, при условии допустимого нагрева индуктора. Источник ШИМ – Timer1 в режиме 8-ми битовой «Phase Correct PWM». Timer1 тактируется системной частотой Fclk = 8 МГц; несущая частота ШИМ:

Fs = 8 000 000 / 510 = 15 686 Гц.

Значение текущего отсчета записывается в регистр OCR1A по прерыванию Timer0 (вызывается с частотой ~2016 Гц). В прерывании Timer0 реализован исполнительный механизм регулировки частоты выходного аналогового сигнала, функционирующий следующим образом. Переменная freq – хранит установленное значение частоты (1..16), переменная cfreq – текущее значения частоты, инкрементируемое в каждом прерывании Timer0. Установка текущего отсчета в OCR1A производится при равенстве cfreq = freq. Таким образом, обновление длительности импульса ШИМ-сигнала производится с частотой:

Fd = 2016 / freq

Для freq = 1, Fd = 2016 / 1 = 2016 Гц; для freq = 16, Fd = 2016 / 16 = 126 Гц.

Исходя из использованного количества отсчетов (32 на период) выходного аналогового сигнала, результирующая частота генерируемого аналогового сигнала:

F = (2016 / freq) / 32

Для freq = 1, F = (2016 / 1) / 32 = 63 Гц; для freq = 16, F = (2016 / 16) / 32 = 3,9 Гц.

Осциллограммы сигнала на затворе транзистора VT1:

Для прямоугольной формы импульса тока в индукторе при freq = 1 и амплитуде «A01»

Для прямоугольной формы импульса тока в индукторе при freq = 1 и амплитуде «A02»

Для синусоидальной формы импульса тока в индукторе при freq = 1 и амплитуде «A01»

В функции main() производится:

• Инициализация CPU и периферии.
• Настройка и включение Timer0 (тактовая частота = Fclk / 64 = 125 кГц; начальное значение 194 – частота прерываний по переполнению около 2 кГц).
• В главном цикле:
• сосредоточена логика взаимодействия с пользователем.

  При включении питания прибор находится в исходном режиме «menu» и состоянии «show_init» и опрашивает изменение состояний энкодера (функция «read_encoder») или его кнопки (функция «read_btn»). При вращении ручки энкодера вводится т.н. «замедление» энкодера, т.е. действие выполняется только на каждый ENC_DELAY (по умолчанию = 3) тик, чтобы смена значений на дисплее не была стремительной. При вращении ручки и нажатии кнопки прибор переходит в различные состояния настройки параметров, а по завершении изменения значений возвращается в состояние «show_init». Нажатие кнопки при этом переводит его в режим «start», после чего производится запуск формирования ШИМ-сигнала (функция «start_field») и, соответственно магнитного поля, а также переход в режим «work». По истечении заданного времени процедуры, или нажатии кнопки, поле выключается (функция «stop_field»), прибор переводится в исходное состояние. Также, в главном цикле производится обновление величин массива digits (функция «update_digits»), значения которого выводятся на LED (обновление индикации осуществляется в конце обработчика прерывания Timer0).

• Инкрементируется счетчик минут от начала процедуры; выполняется проверка совпадения количества прошедших минут с заданным и, если да, то поле выключается, а прибор переводится в исходное состояние.

В функции start_field() производится:

• Занесение в массив pattern отсчетов сигнала с учетом предустановленной амплитуды для синусоидальной или прямоугольной формы импульса.
• Настройка и включение Timer1.
• Настройка вывода порта DDB3 (OC1A) на выход.
• Включение светодиода «поле включено».

В функции stop_field()производится:

• Выключение Timer1.
• Настройка вывода порта DDB3 (OC1A) на вход.
• Выключение индикатора «поле включено»
• Обнуление старших элементов массива digits, т.е. обнуление значения времени для индикации.
• Выдается тройной звуковой сигнал.

В функции timer1_compb_isr() – обработчике прерывания Timer1 по совпадению с регистром OCR1B производится инкрементирование счетчика секунд от начала процедуры.

Конструкция

В качестве корпуса электронного блока управления используется GAINTA-G436. На верхней крышке корпуса расположены:

• Защитное стекло 3-х разрядного семисегментного светодиодного индикатора.
• Световые индикаторы: зелёный зажигается при включении поля; жёлтый свидетельствует о работе аппарата в режиме «Настройка параметров поля».
• ручка управления режимами работы, совмещенная с кнопкой.

На передней стенке прибора расположены:

• разъем подключения индуктора.
• световой индикатор синего цвета, который зажигается при подключении к электронному блоку управления индуктора и свидетельствует об исправности последнего.

На задней стенке прибора расположен разъем подключения источника питания.

Основная часть компонентов размещена на односторонней печатной плате, размерами 90х50 мм.

Индикатор HG1 устанавливается в штыревые гнезда типа PBS, м/сх DA1 – на стойке высотой 4 мм фланцем вверх, светодиод VD1 – на высоте 6 мм над платой. Подробнее см. «pcb_asm.pdf» в прилагаемом архиве.

Индуктор состоит из 4-х одинаковых катушек на отрезках феррита 400НН сечением 16х4 и длиной 30 мм. Обмотка выполнена в 2 слоя проводом диаметром 0,3 мм и содержит 140 витков. Рентгеновский снимок катушки:

Катушки соединены последовательно, уложены в ряд и залиты герметиком. Общая индуктивность составляет 2,6 мГн, сопротивление 6 Ом.

К статье прилагаются файлы:

• Схема, плата, сборка, исходный код и прошивка, руководство пользователя

Внимание! Запрещается воспроизведение данной статьи или ее части без согласования с автором. Если вы желаете разместить эту статью на своем сайте или издать в печатном виде, свяжитесь с автором.
Автор статьи: Вершинин И.В.