摘 要功能性电刺激（FES）是今天发展迅速的一种康复医疗方法，通过刺激电路产生刺激性电流刺激人体皮肤表面和肌肉，这种医疗手段目前多数应用于偏瘫、患风以及截肢患者的康复工作。在此基础上，进行刺激脉冲可控的研究和整个模块智能化设计。刺激器电源分为低压和高压供电两部分，其中低电压部分采用正负5V的电源分别给MSP430F169和STM32F103两个微控制器芯片供电，高压部分采用正负60V向刺激电路供电。电路整体架构精巧并且制作成本低。利用微控制器STM32F103编程产生脉宽调制（PWM）脉冲信号经高压隔离刺激电路后通过水凝胶刺激电极输出至人体皮肤表面。通过WIFI模块ESP8266连接机智云控制STM32F103的刺激器的工作模式与状态，从而激活患侧肌肉及其神经肌肉接头，从而完成肢体动作康复训练。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的意义 1
1.3国内外的现状与发展前景 1
1.4本文研究目标和主要内容 2
第二章 功能性电刺激的关键技术及平台搭建 3
2.1 功能性电刺激模块的功能需求 3
2.2基于ARM架构的微处理器选择 3
2.3嵌入式微处理器的主要性能指标 4
2.4 ESP8266WIFI模块的介绍 4
2.4.1 ESP8266简介 4
2.4.2ESP8266的原理图和引脚功能 4
2.4.3 WIFI模块的连线 5
2.5 机智云平台的介绍 5
2.5.1 机智云的简介 5
2.5.2机智云的平台机构 6
2.6 功能性电刺激电路 6
第三章 功能性电刺激的电路设计与软件设计 8
3.1 硬件电路的设计 8
3.1.1 电源模块 8
3.1.2 数据采集模块的设计 9
3.1.3 STM32F103最小系统的设计 10
3.1.4刺激电路模块 10
3.1.5 WIFI通信模块 11
3.2 软件编程设计 12
3.2.1 机智云开发 12
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3.2.2 单片机软件开发基本步骤 14
3.2.3 单片机软件开发工具 15
3.2.4 STM32接入机智云 15
3.2.5 总体程序流程 16
第四章 系统级联测试 18
4.1系统软件测试 18
4.2系统硬件测试 18
4.3 系统联级测试 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录A PCB版图 24
附录B PCB布线图 25
绪论
1.1引言
功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation，FES）是一种通过不同的肌电信号由刺激电路产生不同的刺激脉冲，帮助偏瘫、中风患者做肌肉恢复动作，以及帮助截肢患者做假肢恢复运动，有效延缓上述患者因为肌肉废用而引起的肌肉萎缩。现如今FES在这方面的医疗已广泛使用，如利用FES对偏瘫病人的足下垂进行恢复治疗，促进上下肢运动，改善呼吸功能等[1]。
本章节在介绍功能性电刺激的国内外现状与发展的前景下，重点介绍了本文的研究目标和研究内容以及本课题的创新点所在。
1.2研究的意义
功能性电刺激自偏瘫、中风病状出现以来，对于医疗方面就一直缺乏对肌肉萎缩这一症状的有效治疗方法，这个情况不仅困扰着患者同时也困扰着很多医护人员。传统的针灸方法能有效缓解这一症状，但是其治疗过程往往相对复杂且效率方面并不是很高，还有一定的危险性[2]。功能性电刺激法大大提高了这方面的工作效率，并且危险性极低，而且可以根据不同的刺激脉冲使患者的康复效果变的更好，同时减少了医护人员的压力[3]。在此基础上，使功能性电刺激自主可控，使其智能化，这将使治疗过程更加高效，而且刺激器携带方便并且操作非常简单。
1.3国内外的现状与发展前景
国外在FES方面的研究起步比较早，开始是Liberson 在 1961年利用电流刺激，治愈了偏瘫患者的足下垂症状[8]。在国内，华中科技大学设计的多通道刺激器产生刺激脉冲使肌肉产生收缩，从而驱动相关肢体的运动[9]。1789 年 Galvani 著名的蛙腿实验室对肌肉电性能的早期研究为之后的FES做了重大基础贡献[7]。当发现电流能够引起肌肉收缩后，有很多研究人员开始了这方面的研究，并且把他应用到一些偏瘫中风患者的康复训练中，效果极佳[4]。
现在的多通道功能性电刺激仪尤其是国内的一些产品通常都存在功能单一，刺激参数不可调节，而且无法实现对每个通道的单独控制，其通道之间还存在相互干扰导致产生的刺激脉冲不稳定，无法有效对肌肉产生刺激[5]。
动态电刺激的概念，即将功能性电刺激与影像解析相结合，在患者的运动过程中，分析动作相关肌群的用力方式及肌肉收缩的时间顺序，在肌肉的收缩项给予外部刺激,促使其收缩。与功能性电刺激脚踏车这一单一动作相比,动态电刺激的研究更为复杂，也更具有普遍意义[6]。
并且需要详细介绍了一种高侧、数字电流控制的双相、双极微刺激器的设计，并对其在体内的验证进行了描述，由于该技术的许多应用，包括BMBIS，需要记录和刺激，因此我们注意刺激通道的隔离和寄生电流的注入[10]。
为了能够使功能性电刺激智能化，本课题在其基础上添加了机制云平台，并且通过ESP8266将两者连接，其目的是利用ESP8266无线通信模块和手机设计用户交互控制刺激程序。
1.4本文研究目标和主要内容
在高压多功能电刺激器的基础上，节约成本，减小模块面积，使其能够便携可带，并且能够实现人机自主可控的功能。在老师的指导下，在其基础上进行了本课题需要模块的添加与去除使其操作更加简单，进行双刺激模式的高压功能性电刺激器的研究，目的是为了能够有效减小核心刺激电路驱动模块的面积。这样便可以有效的将多功能电刺激器应用于偏瘫中风患者的康复实验中，同样也能够应用于一些临床实验中。

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