文献综述
传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。在工业、农业、国防、科学等各个领域，传感器都得到了广泛的应用，并展现着及其广泛的前景。在各类传感器中压力传感器的动态测量范围很宽，频响特性好，能测量准静态的压力和高频变化的动态压力，除此之外，它还具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺和立体加工相结合，又便于集成化，所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子秤以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。我国对传感器的研究也有二十年的历史，并取得了很大的成就。但总的看来，与国外传感器技术的发展相比，我国对传感器技术的研究和生产还比较落后，正处于方兴未艾的阶段。
当今世界各国压力传感器的研究领域十分广泛，几乎渗透到了各行各业，其主要发展趋势有下面四个方向：一是小型化：社会经济的发展对于小型传感器的需求在不断增多，小型传感器的体积小。如美国所生产的传感器，有些直径只有1.27mm，可广泛的应用到医学领域，可置于人体体内，如置入到血管中的传感器不会对血液流通产生影响。小型传感器体积小，能够在各种恶劣的环境下应用，对环境要求低，不需要投入人力物力来进行维护和保养，使用方便。二是集成化：集成化压力传感器已经越来越多的与其他测量用传感器集成以形成测量和控制系统。集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。三是智能化：智能化由于集成化的出现，在集成电路中可添加一些微处理器，使得传感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。四是广泛化：广泛化压力传感器的另一个发展趋势是正从机械行业向其他领域扩展，例如医疗仪器、汽车元件、能源环境控制系统。随着硅、微机械加工技术、超大集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展，使得压力传感器在光纤传感器的批量生产、高温硅压阻及压电结传感器的应用成为可能，在生物医学、微型机械等领域，压力传感器有着广泛的应用前景。
其中，基于单片机系统的医用压力传感器有着极其广泛的前景，在现代社会中，腰椎病是一种严重影响人们工作生活能力的常见病、多发病。人们的身体多数处于亚健康的状态，由于人体长时间缺乏活动锻炼，肌肉无力，血液循环不畅，造成腰椎间小关节囊松弛，加速了椎体的改变，特别是腰椎间盘突出症、劳损等问题，从而导致腰椎间盘突出等病症的人群在加速增大。据国家卫生部统计，我国腰椎病患者已突破 2 亿，腰间盘突出症患者占全国总人数的 15.2％，因腰椎病而丧失生活自理能力的人数仅次于脑血管病名例第二。多年以来腰椎病患者一直呈上升趋势，而且逐年以惊人的速度由中老年向青壮年扩展。腰椎间盘突出等腰椎病已逐渐成为威胁我国人民健康，阻碍经济文化发展的重要疾病之一在康复治疗中，尤其是针对腰椎间盘突出症等腰脊椎病，通常采取对椎骨施加外力的方法，例如由正骨医师来进行推拿按摩治疗。但由于人的力量有限，无法持续较长时间，并且不能同时对多点实施治疗，很难达到理想的治疗效果，这就需要借助先进的医疗器械。通常采用物理牵引的保守治疗方法，但是我国的牵引床存在的问题是比较多的，在实际应用中有很多不完善的地方。 国内生产的牵引床主要存在以下的几个问题：1、智能化和自动化控制水平低； 2、快牵床疗效好，但速度不可调节，对专业人员要求比较高，安全度低；慢牵床安全度高，但存在疗程较长，疗效不稳定、可靠性比较差，适用范围比较局限，患者不易坚持牵引治疗，且多无成角、旋转等手法牵引功能； 3、国内设备功能很单一，治疗效果不好。国外进口设备价格昂贵、维护成本高、操作相对复杂、对工人的技术要求严格； 4、使用过程中存在有漏油、噪音大等问题。其中，对于压力的不可显示与调控成为我国牵引床技术中最大的问题，在对患有腰脊椎病问题的患者治疗过程中，对牵引力的不可调控成为最大的问题，因此，我所研究的课题的意义在于设计一款基于单片机和压力传感器的数据采集电路，即通过闭环控制方式，在单片机的控制下接收键盘输入和拉力传感器输入，驱动电机带动牵引机构实现牵引活动，同时将输入参数和运行状态输出显示。这样，患有腰脊椎病的患者就可以在使用医疗牵引床的过程中根据自身实际情况调控牵引力，从而达到最好的治疗效果。
本课题研究的最终实现目标是当系统接通电源，首先要用键盘设定拉力大小和时间。拉力大小数值和时间数值通过数码显示器显示，然后按确认键，由于此时牵引床没有施加任何拉力，传感器感知的拉力为零，小于设定值，所以开始驱动电动机工作，此时拉力不断增大，同时拉力传感器不断提取拉力信号，提取的模拟信号通过放大、模数转换为数字信号后传入分析控制单片机。当拉力即将达到设定值时，单片机控制释放电动机，床体恢复。这样，在调控牵引床时不需要太多的技术要求，既节约了时间和金钱，又提高了治疗效果。这样，我国的腰脊椎病患者将大大受益。
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