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MAGNETOTERAPIA
© by Vittorio Crapella - i2viu

 Dopo quanto già descritto qui  http://digilander.libero.it/i2viu/magneto.html sono passato alla progettazione come qui di seguito esposto
APPARATO PER MAGNETOTERAPIA

Si è pensato di realizzare un circuito elettronico in grado di generare idoneo segnale per pilotare bobine da utilizzare nella magnetoterapia.

Le principali caratteristiche sono:

FUNZIONAMENTO

·        Automatico 1  slow (frequenza swippata da 1Hz a 125 in 15 minuti)

·        Automatico 1  fast  (frequenza swippata da 1Hz a 125 in 1 minuto)

·        Manuale                (frequenza 1Hz a 99Hz selezionata con contraves)

FREQUENZA (onda quadra)

·        1 Hz ÷ 99 Hz  nel modo manuale, selezionabile con contraves

·        1 Hz ÷ 125 Hz nel modo automatico (VCO)

INTENSITÀ CAMPO MAGNETICO

·        10 ÷100  intensità media in Gauss

·        4 scale di picco 100-150-200-250 Gauss

·        4 scale di duty-cycle 10%-20$-30%-40%

TIMER (commutatore 6 posizioni)

·        5 posizioni   OFF - 15 – 30 – 60 –90 minuti

·        infinito

INDICAZIONI

·        1 LED acceso se la bobina è attaccata e funziona regolarmente

·        10 LED  ognuno per 10 Gauss

·        buzzer (opzionale) 2 secondi BIP per indicare anomalia prima

                     dell’autospegnimento del circuito

·        display LCD tre cifre per i Gauss (OPZIONAL su app. professionale)

PROTEZIONI

·        Spegnimento in automatico in caso di anomalia sulla bobina

BOBINA

·        Diametro 75 mm

·        Resistenza 24 Ohm (corrente massima 1,2 A)

·        Peso 190 grammi

 

MAGNETOTERAPIA 2004 - SCHEMA A BLOCCHI


GENERATORE D’IMPULSI  - Fig. 1


La parte con il CD4060 e la rete R2R genera una rampa di tensione da inviare al XR4151 configurato come VCO (Oscillatore controllato in tensione).

In uscita dal VCO avremo impulsi a frequenza compresa tra 10Hz e 1000 Hz e precisamente ad inizio rampa 10Hz e a fine rampa (10V) corrisponderanno 1000 Hz.

Con LM317 generiamo una corrente costante di 1 mA, regolabile con  il trimmer da 1K,  e i con i contraves impostando numeri compresi tra 1 e 99, si selezionano resistenze che faranno una caduta di tensione compresa tra 0,1 V e 10V.

Tale tensione viene inviata al VCO che ci fornirà impulsi a frequenza compresa tra 10Hz e 1000 Hz.

DUTY-CYCLE    Fig. 2

In entrata al CD4017 entrano gli impulsi formati dal VCO e le uscite del 4017 vanno alte una per volta ad ogni impulso d’entrata.

La memoria Set–Reset formata da U3A e U3B viene settata a livello alto sul pin 4 appena il pin 3 del 4017 va alto e la stessa si resetta quando va alto il pin selezionato dal commutatore %1.

Sul CH1 avremo un livello alto per il tempo intercorso tra il Set e il Reset.   Se consideriamo che tra un Set e l’altro intercorre un tempo di 10 impulsi possiamo affermare che la frequenza di entrata si presenterà sul CH1 divisa per un fattore 10 e il duty-cycle di tali impulsi dipende appunto dalla posizione del commutatore.

Si può scegliere un duty-cycle del 10%, 20%, 30%, 40%.

Stessa cosa vale per il canale CH2.

Fig. 3


Attraverso il deviatore si può scegliere di avere attivi nello stesso momento sia il CH1 che il CH2 oppure in sequenza prima CH1 e poi CH2.

COMANDO BOBINA – SCELTA GAUSS      Fig. 4


Per generare un flusso uniforme e costante per tutta la durata dell’impulso, la bobina, viene alimentata a corrente costante fornendo al BDX53 tensioni fisse generate dal LM317 a secondo della posizione del commutatore che imposta i gauss di picco.

La tensione sarà alta quando il commutatore va verso massa e viceversa bassa.   Avendo fissato la resistenza sull’emettitore del BDX a 1,2 Ohm nella bobina scorrerà 1,2A quando sulla base ci saranno 2,65V (-1,2 V di Vbe rimangono 1,45V sulla R da 1,2).

Con bobine da 1100 spire e 24 Ohm ad 1,2 A si generano 300 gauss di picco.

Il circuito si chiude e circola la corrente fissata dal 317 quando sul gate del mosfet arriva l’impulso a livello di Vcc e questo chiude a massa la resistenza da 1,2 Ohm.

Quando il mosfet si apre la bobina restituisce un impulso di tensione di polarità inversa a quella di magnetizzazione pertanto il diodo 1N4007 e lo zener vanno in conduzione smorzando tale tensione.  

Nel frattempo però viene alimentato anche il diodo LED attraverso una piccola resistenza da 33 Ohm.

Questo LED segnalerà dunque il regolare funzionamento  del circuito, cioè la bobina e il cavo di collegamento non sono interrotti e circola regolarmente corrente ad impulsi.

Il diodo LED del fotoaccoppiatore si trova in serie al precedente LED pertanto il transistore del 4N27 andrà in saturazione ad ogni impulso  mantenendo scarico C3 e interdetto il transistore Q4.

Se qualcosa nel circuito non funziona per interruzione o altro dopo qualche secondo C3 supera la soglia di 5V1 dello zener e la base di Q4 si polarizza mandano Q4 in saturazione avvisando con un BIP dell’anomalia e interverrà in fine lo spegnimento automatico attraverso  la resistenza R5 connessa al collettore del transistore come spiegato qui sotto.

ALIMENTATORE – PROTEZIONE E TIMER          Fig. 5


Con l’interruttore generale sulla linea del 230Vac si alimenta il trasformatore che con i suoi 24Vac, raddrizzati dal ponte di diodi, carica il condensatore di livellamento da 4700 mF a circa 33Vcc.

Il circuito elettronico non può  essere alimentato se non si eccita il relè.

Infatti con il commutatore su OFF si mantiene Q3 in conduzione essendo la base, attraverso D3, allo stesso potenziale del collettore alimentato da R3 e R4 che manterranno C2 carico ad un potenziale  di circa 16V.

In queste condizioni Q2 non può condurre e pertanto il relè non può chiudersi a massa e rimane diseccitato.

Attraverso D2, il commutatore su OFF e la R6 con Vbe mantengo C1 carico a circa 30V e di conseguenza  la base di Q1, attraverso R2, è a potenziale più basso dell’emettitore e quindi pronto a condurre se il ramo del collettore andrà a massa con Q2 potendo così eccitare il relè.

Girando il commutatore su una posizione diversa da OFF porto la base di Q3 ad un livello di tensione nulla e pertanto si interdice lasciando salire la tensione del suo collettore proveniente da C2 attraverso R4 che supererà la tensione di zener di D4 così che Q2 saturerà.

Q1 rimane per un momento pure in saturazione mantenuto da C1 e il relè si eccita e si auto-mantiene eccitato con il suo contatto in parallelo a Q1 che, scaricato C1, non potrà rimanere in conduzione.

Infatti D2 non si chiude più a massa e il potenziale su R2 sale attraverso R1 al potenziale massimo portando la base di Q1 a potenziale superiore dell’emettitore.

Eccitato il relè i 33V giungono al LM7812 di Fig. 4 che alimenterà il resto del circuito.

Il comando del relè si può ottenere anche con due pulsanti uno di STAR e uno di STOP che possono essere degli opzional.

Il relè si potrà diseccitare intervenendo manualmente riportando il commutatore su OFF oppure quando il CD4060 manderà a livello alto una sua uscita selezionata dal commutatore.

Infatti Q3 andrà in conduzione interdicendo Q2 togliendo così corrente al relè che si aprirà spegnendo il circuito.

Si spegnerà pure se Q4 di Fig. 4 attraverso R5 e D1  scarica C1 sotto il  potenziale di D4 così da interdire Q2.  Questo avverrà come già accennato in caso di anomalie nell’alimentazione della bobina.

Le verifiche del  funzionamento dell’intero progetto sono terminate il 12-07-2004.

VEDI FOTO CON BASETTE DI SPERIMENTAZIONE

SOLUZIONE CON MICROCONTROLLORE ST65

Utilizzando il microcontrollore ST65 si sono ridotti i comandi a due pulsanti sostituendo così i commutatori e si sono potuti visualizzare tutti i dati sia in fase di impostazione e scelta sia durante il funzionamento della magentoterapia mediante un display LCD da due righe di 16 caratteri.

 

 

 

Come si può osservare in figura sono visualizzati la frequenza in Hz i gauss di picco Gp, i gauss medi Gm e il valore del duty cicle

(Gm=D% x Gp/100).

Il primo carattere della prima riga del display identifica la modalità di come viene gestita la frequenza degli impulsi in uscita.

M= la frequenza non varia durante il ciclo e permane quella indicata sul

     display e si può variare solo manualmente impostandola con i pulsanti

T= la frequenza fa tutta l’escursione (sweep) tra 4 e 108 Hz in tempi che

     dipendono da come è impostato il timer (primi due caratteri 2a riga)

L= la frequenza fa tutta l’escursione (sweep) tra 4 e 108 Hz in un tempo

     ritenuto Lento di circa 45 minuti a ciclo continuo

V= la frequenza fa tutta l’escursione (sweep) tra 4 e 108 Hz in un tempo

     ritenuto Veloce di circa 15 minuti a ciclo continuo

+= la frequenza continua a variare (sweep) tra la frequenza impostata

     manualmente e + 20 Hz a ciclo continuo fino allo STOP manuale.

I primi due caratteri della seconda riga indicano la durata del ciclo:

T0= Significa che il ciclo durerà indefinitamente fino allo stop manuale

T1= La durata del ciclo sarà di 30 minuti poi termina in automatico

T2= La durata del ciclo sarà di 60 minuti poi termina in automatico

T3= La durata del ciclo sarà di 90 minuti poi termina in automatico

Sw= Indica che il ciclo è legato al tempo imposto dal modo Sweep

 

Si potranno avere ad esempio:

prima riga        +

seconda riga     Sw

in tal modo la frequenza cambia (Sweep) tra quella manuale e +20Hz in un tempo di circa 10 minuti e continua fino ad uno stop manuale.

prima riga        T

seconda riga     T1

si avrà un ciclo in 30 minuti in cui la frequenza fa tutta l’escursione da 4Hz a 108 Hz con stop automatico, se fosse stato T0 (tempo indefinito)

il ciclo è indefinito e la frequenza continua a cambiare da 4 a 108 Hz in un tempo di 2 minuti (incrementa di un Hz ad ogni periodo dell’impulso).

prima riga        M

seconda riga     T3


il ciclo dura 90 minuti a frequenza fissa impostata manualmente, con T0 il ciclo sarebbe continuo fino allo stop manuale.

Per quanto riguarda le uscite si possono impostare in modo singolo, in modo contemporaneo o prima una poi l’altra.

Il nuovo circuito ricorda sempre i dati dell’ultimo ciclo impostato e li propone ogni volta che si accende l’apparato così che se soddisfa le esigenze basta premere il pulsante di inizio ciclo.

Il circuito è munito di un controllo di protezione ed allarme in caso di mal funzionamento. Ogni canale selezionato si accorge se manca la bobina sia perché scollegata, interrotta o in corto segnalando sia in modo visivo sul displey che con buzzer l’anomalia.

A video viene scritto

ALLARME

Controlla CH1

CH1 o CH2 per identificare il canale su cui avviene l’anomalia.

Il regolare funzionamento è identificabile anche osservando per ogni canale un LED che si accende alla stessa frequenza degli impulsi e pertanto lampeggia per le frequenza basse e rimane sempre illuminato per le frequenze più alte.

A fronte di un più semplice circuito elettronico per la generazione e gestione degli impulsi si è dovuto stendere un testo di programmazione in linguaggio assembler da implementare nell’ST6265.

La parte sicuramente più complessa è stata quella della generazione degli impulsi con le frequenze e duty-cicle voluti.

Per arrivare a tale algoritmo si è pensato di costruire il periodo di un impulso con dieci cicli ognuno dei quali durasse N volte 100 uS.

Il  valore delle N volte viene preso da una tabella in funzione della frequenza voluta.   Così facendo il duty-cicle è facilmente controllabile semplicemente tenendo l’uscita alta tanti cicli quanto previsto dal D%

(1 per il 10% fino a 5 per il 50%) e bassa per il resto dei cicli fino al raggiungimento dei dieci.

Diagramma di flusso dell’algoritmo  per la gestione del generatore d’impulsi e relativa frequenza:


Segue il diagramma di flusso della parte di software che controlla e gestisce  le temporizzazioni.


Segue il listato assembler dei diagrammi di flusso qui sopra rappresentati:

;********** GENERA IMPULSI

vain          jp     inizi                  ;ritorna alla routine principale

genera     call   writu                 ;salva in eeprom ultimo utilizzato

                ld     a,fval                ;se é frquenza manuale salta

                jrz    reio4

                jrs    2,fval,reio4         ;se swep20 salta

                call   capre                ;prepara cifre da visualizzare

                call   trovaf                ;trova N1 e N2 in Tab in funz. di Hz

reio4         clr     secondi

inizg_        res    4,ior                 ;blocca inter timer

                ld     a,hz                  ;prende hz

                ld     durata,a            ;mette in durata, 1 sec= durata x t periodo

inizg         jrr     2,port_c,vain      ;dopo ogni periodo arriva qui

                jrr     0,port_c,vain      ;salta se uno dei 2 puls è pigiato

set_out     ldi     wdog,255

                ld     a,mode_out

                cpi    a,2

                jrnz   salta1

                res    0,port_a            ;spegne out1

                set    1,port_a            ;accende out2

                jp     period

salta1       set    0,port_a            ;accende out1

                cpi    a,3

                jrnz   salta2

                set    1,port_a            ;accende out2

                jp     period

salta2       res    1,port_a            ;spegne out1

period       ldi     y,10

                ld     a,percent

                ld     conta,a             ;conta decimo di periodo per duty cycle

lda            ld     a,primo             ;quante volte 100 uS per 1/10 di periodo

                ld     v,a

calrit         call   ritardo               ;100 micro secondi

                dec   v

                jrnz   calrit

                dec   conta

                jrnz   decy

                call   res_out             ;spegne uscite

decy          dec   y

                jrnz   lda           

                ld     a,secondo          ;per completare periodo

                jrz    decdur               ;salta se periodo finito

                ld     v,a

carit          call   ritardo               ;100 micro secondi

                dec   v             

                jrnz   carit

decdur       dec   durata               ;ogni durata = 1 secondo

                jrz    incsec              

                jp     inizg                 ;ha finito un periodo

allar          jp     allarme

incsec       ld     a,mode_out

                cpi    a,2

                jrz    j4p

                jrs    3,port_c,allar     ;verifica fotoaccoppiatore

                cpi    a,1

                jrz    incs

j4p           jrs    4,port_c,allar

incs          inc    secondi             ;aggiorna orologio per tempo

                ld     a,secondi

                cpi    a,60

                jrc     jpmain

                clr     secondi

                inc    minuti

jpmain      ld     a,ore                 ;se non è 0 salta

                jrnz   verti         

                ld     a,tempvar

                jrz    jpin

                dec   tempvar            ;per swep 20

                jrnz   jpin

                jp     sw20

jpin           jp     inizg_               ;continua fino a stop manuale

verti          jrs    6,flag,inch         ;swep indefinito inc hz ogni periodo

                ld     a,fval           

                jrnz   vlvv

verore       ld     a,minuti            ;verifica se ha raggiunto il tempo

                cp     a,ore

                jrc     jpinn        

                set    3,flag

                jp     stasto               ;fine ciclo = STOP

jpinn         jp     inizg_       

vlvv          dec   tempvar            ;arriva qui se VARIA LENTO o VELOCE

                jrnz   jpinn

                inc    hz            

                call   trovaf                ;trova N1 primo e N2 secondo

                ld     a,tsave

                ld     tempvar,a          ;ricarica tempo fra ogni inc hz

                ld     a,fval           

                cpi    a,3                    ;se=3 è swep ma 30 60 90 min un solo ciclo

                jrnz   jpi_

                call   capre                  ;visualizza hz

                ld     a,hz                  ;quando torna a 4 Hz di partenza

                cpi    a,4                   ; ha finito ciclo

                jrnz   jp_                   ;non ancora fine ciclo continua

                set    3,flag

                jp     stasto               ; = STOP  1 ciclo sweppato in 30,60,90

jp_           jp     inizg_       

jpi_           jp     visx

inch          inc    hz            

                jp     visx                  ;ricomincia periodo dopo testato pulsanti

sw20         ld     a,tsave

                ld     tempvar,a          ;ricarica tempvar di 30 sec

                inc    hz    

                ld     a,hz

                cpi    a,109                ;se Hz è a fondo scala ricomincia con 4Hz

                jrc     cpaf

                ldi     a,4

                ld     hz,a

cpaf          cp     a,fman

                jrnc   su21

                addi  a,105

su21         subi  a,21 

                cp     a,fman     

                jrnz   visx          ;se non ha raggiunto i +20 Hz salta

                ld     a,fman      ;altrimenti ricomincia dalla fman (minima)

                ld     hz,a

visx          call   trovaf        ;tova N1 (primo) N2 (secondo)

                call   capre        ;visualizza hz

                jp     inizg_        ;ricomincia periodo dopo testato pulsanti



VEDI FOTO SPERIMENTAZIONE CON ST65

Il nuovo apparato gestito da microcontrollore ST6265 della SGS Tomson ha le seguenti caratteristiche:

        SCELTE, IMPOSTAZIONI E VISUALIZZAZIONI

·        Mediante due soli pulsanti

·        Display LCD a due righe da 16 caratteri alfanumerici

Retro illuminato a LED

FUNZIONAMENTO

·         Automatico  Lento (frequenza swippata da 4 a 108 Hz in 45 minuti)

·        Automatico  Veloce  (frequenza swippata da 4 a 108 Hz in 15 minuti)

·        Automatico  (frequenza swippata da 4 a 108 Hz in 2 minuti)

·        Automatico  (frequenza swippata tra valore manuale e +20Hz)

·        Manuale             

FREQUENZA (onda quadra)

·        4 Hz ¸ 108 Hz  nel modo manuale selezionabile con pulsante o automatico nel modo sweep

INTENSITÀ CAMPO MAGNETICO

·        10 ¸100  intensità media in Gauss

·        5 scale di picco 100-150-200-250–300 Gauss

·        5 scale di duty-cycle 10%-20$-30%-40%-50%

·        scala dei 250 Gauss solo fino ad un duty-cicle di 40%

·        scala dei 300 Gauss solo fino ad un duty-cicle di 30%

TIMER

·        3 scelte:  30 – 60 –90 minuti

·        Indefinito

INDICAZIONI

·        Sempre a video i parametri fondamentali  Hz, Gp, Gm, D%

·        1 LED acceso se la bobina è attaccata e funziona regolarmente

·        buzzer BIP- BIP per indicare anomalia + ALLARME su display

·        BIP con buzzer alla premuta di ogni tasto

 

PROTEZIONI

·        Spegnimento in automatico in caso di anomalia sulla bobina

 

BOBINA

·        Diametro 65 mm

·        Resistenza 19 Ohm (corrente massima 0,9 A)

·        100 Gauss a 0,4 A

·        Peso 180 grammi

Tutto fin qui rappresentato è stato studiato e provato solo su basetta sperimentale senza mai realizzare un prototipo definitivo.


MAGNETOSCAN 2005

Quello che segue è il definitivo realizzato su mille fori.

   VEDI CIRCUITO SU BASETTA MILLE FORI                 VEDI MONTAGGIO PRIMO PROTOTIPO  


Il nuovo circuito prevede anche la possibilità di regolazione della frequenza in modo manuale mediante potenziometro.

VEDI FOTO CIRCUITO INSCATOLATO


In realtà il circuito realizzato su apposito circuito stampato pur prevedendo questa possibilità non è stata inserita limitandosi ai due commutatori uno per il DUTY CICLE e uno per i GAUSS di picco.

Combinando le posizioni dei due commutatori si ottengono le varie intensità magnetiche desiderate.

Le misure indicate sono riferite al centro di una bobina con nucleo di ferro dolce (ф 20 x 10 mm) da 1050 spire e la resistenza del filo di 19 ÷ 20 Ohm circa.

Sulla superficie della bobina l’andamento del flusso  magnetico è il seguente:

Alla distanza dal centro pari al raggio medio (in questo caso circa 21mm) si ha un flusso magnetico pari a circa 75 Gauss.

Lo stesso valore è misurabile su  tutti i punti che definiscono la superficie della calotta sferica equidistante dal centro pari al raggio medio della bobina.

Qualora la bobina è senza nucleo il flusso magnetico diventa circa il 40% in meno.

Nella posizione GAUSS 5 pari a circa 250 G di picco la tensione sulla base del BDX è tale da avere 0,8 V sulla resistenza da 1,5 Ohm pertanto la corrente diventa I=0,8/1,5=530 mA.

In queste condizioni con alimentatore a 24V il BDX e costretto a dissipare di picco circa 6,7 W e in un ciclo di 30 minuti circa l’aletta di raffreddamento raggiunge temperature quasi proibitive.

Per ovviare a ciò si è pensato di utilizzare due bobine in serie diminuendo lievemente la corrente (500 mA) che tende a rimanere costante traendo però un duplice vantaggio: il BDX non scalda dovendo dissipare solo circa 2W e in più si hanno due bobine che entrambe generano un flusso magnetico in contemporanea.   Rispetto al prospetto indicato sopra ognuna genera un flusso inferiore di circa il 12%.

Qualora la bobina è senza nucleo e tenendo conto del 12% poc’anzi menzionato, il flusso magnetico indicato nella tabella, sistemata sotto le manopole (vedi più sopra), diventa circa la metà.

La tensione osservata sulla serie delle due bobine è il seguente:

Come si osserva dal grafico nell’istante che la bobina viene disalimentata essa restituisce un impulso di segno opposto smorzato dal diodo zener al valore di 6,2V e parte di questa energia serve ad alimentare il diodo LED che segnala il regolare funzionamento della bobina.

Dopo il primo prototipo come da schema MAGNETOTERAPIA 2005 ho valutato che il commutatore dei gauss poteva essere omesso e al posto delle R tra il pin reg. e massa del 317  ho messo un trimmer da 470 Ohm cosi da poter regolare la corrente massima voluta fissano i gauss al valore massimo.

Passai alla soluzione del PCB pensando di fare un canale solo. Quasi terminato la soluzione del PCB   mi accorsi che con poco di più avrei avuto anche il secondo canale.

Senza stravolgere il PCB già fatto, ho risolto alcuni  collegamenti utilizzando  filo conduttore al posto delle piste come si vede qui sotto.


VEDI FOTO MONTAGGIO INTERNO     VEDI FOTO  FRONTALE

AVVERTENZE
Va ricordato che un simile apparato utilizzato sulle persone va adoperato sapendo quali sono i benefici ma anche i possibili danni se usato senza cognizione di causa.

http://www.newageitalia.it/grafica/terapie/magnetobio.pdf

Argomento trattato nel forum di grix

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