论文总字数：25408字

摘 要

现如今社会上制造的无针注射器，大多数都是采用的弹簧或者高压气体作为驱动，因为这两种类型的注射器的注射能力都不易控制，这些问题随着人们需求的增长日益突出，人们迫切希望得到一种新的驱动源研发的无针注射装置。为了要解决这一系列的问题，本文的设计是把音圈电机作为驱动源的无针注射的装置，并且对电路进行了优化。

本文设计采用的是直流电源，但是运转音圈电机需要较高的电压和电流，所以设计把较低的直流电压升高，把低电流经过功放放大。设计中主要的控制电压的方法利用的是PWM原理，利用占空比的不同，实现不同时段喷射出不同流速的药物。最后设计的理想效果是流速先快，然后递减，并且不同流速情况下，流速指示灯显示不同的颜色。

关键词：透皮给药 无针注射 音圈电机

Design of portable needless injection system

Abstract

Most of the needless syringes used in society today use a spring or high pressure gas as a drive ,but the injection capacity of both types of syringes is not easy to control, and these problems are becoming increasingly prominent as people want to get a new drive source developed by needless injection device. In order to solve this series of problems, this paper designed a driving needless injection device used electromagnetic as force , and optimize the circuit as much as possible.

This design uses DC power supply as the main power supply. Driving the voice coil motor needs a higher voltage and current, so the paper improve the low voltage through the op amp amplification, the low current through the amplifier amplifier. In order to achieve different periods of time to spray the different flow rate of drugs, I apply the PWM principle to design the main control current . The ideal effect is the first flow rate is quick, and then decrease, and in different flow conditions, the flow rate indicator shows different colors.

Key words: Drug delivery; Needless injection; Voice coil motor

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2无针注射技术的研究现状 2

1.2.1无针注射器动力源的技术现状 2

1.2.2无针注射技术国内外研究现状和发展趋势 2

1.3课题的内容和所要解决的问题 3

第二章 电磁力驱动无针注射系统的相关原理 5

2.1无针注射原理 5

2.2电磁力驱动原理 6

第三章 无针注射系统的硬件设计 8

3.1总体设计思路 8

3.2升压模块 9

3.2.1升压型直流电源变换器芯片XL6009 10

3.2.2升压模块原理图 10

3.3稳压电源 10

3.3.1开关稳压器MP1584 11

3.3.2电源模块原理图及器件大小选型 12

3.4功率放大器 12

3.5电机控制 13

3.6电容数字转换 14

3.6.1高精度电容数字转换芯片AD7746 14

3.6.2 AD7746基本工作原理 15

3.6.3 AD7746与单片机连接设计 15

3.7 LED RGB 16

3.8 51单片机 16

第四章 无针注射系统软件程序设计 18

4.1 PWM原理控制流速 18

4.1.1 PWM原理 18

4.1.2流速控制程序 19

4.2流速检测 21

4.2.1 总线 21

4.2.2 流速等级显示 21

结语 25

参考文献 26

致谢 28

附录1：便携式无针注射系统电路原理图 29

附录2：便携式无针注射系统PCB图 30

附录3：流速等级显示程序 31

第一章 绪论

1.1课题背景

有针注射器是当今社会人们最为熟悉的、最为常见的一种医疗器械。与口服药物的方式相比，有针注射在快速消除疾病等效果显著。但是有针注射同样拥有一些不好的影响：因为是利用针头穿透人体皮肤，所以在穿透的瞬间会产生痛感、出血等现象，同时大大的增加了出现感染的可能性；面对针头，非常容易造成被注射者心理不健康^[1]；针头穿透皮肤到达皮下完成注射，在针头注射的药物形成一个球状，这样不利于药物的扩散，而且组织细胞对药剂的吸收率也不高；如果再次注射不更换针头或者新的针头没有彻底消毒的话，让患者感染上艾滋病等传染病的话，这样所造成的后果十分严重；有针注射器操作难度较高，需要经过培训的医护人员才能使用，一旦操作不是很正确，患者就要遭受被误刺甚至针头断在注射位置等不希望见到的现象。
在医疗方面，有针注射这一方法存在了非常长的时间，在这段时间内人类尝试了各种能够替代它的方法，但是始终没有得到令大部分人满意的答案。直到1947年，机械工程师Arnold Sutermeister发现从输油管的表面很小的孔洞喷射而出的液体，可以穿透人体皮肤^[2]。而后，美国医生Robert Hingson与Arnold Sutermeister一同研究出世界上最早的无针注射装置^[3]，并且把研发的装置对人体进行了实验。从1947年之后，临床医学才开始慢慢的采用这种射流技术^[4]。1990年之后，因为国际上无菌技术等先进技术的进步、制造工业的迅速发展和人们多样化需求的增长，世界上逐渐出现了不同的无针注射器，而且无针注射装置表现出不可阻挡的势头，无针注射技术正在不知不觉间取代有针注射成为新时代新型的注射器。所以人们把无针注射誉为“医用注射技术的一次革命”^[5]。

人们比较熟悉的是利用弹簧等产生驱动力，然后促使药物从较小的喷孔喷射而出，刺穿皮肤，到达组织细胞。典型无针注射系统如图1-1所示^[6]。

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