水療放松背部按摩儀的設計

黃文禧，黃雨欣，弓偉

（廣州中醫藥大學，廣東廣州，510006）

隨著社會的節奏逐漸加快，人們工作時間的提升，上班族負荷過大，持續勞損，越來越多的年輕人產生一系列有關心理壓力、肌肉酸痛等問題，出現亞健康的狀況[1]。老年人普遍也存在著肩部、背部和腰部的疼痛問題，傳統的解決方法通常為藥物治療或者機械按摩，往往需要到現場進行治療，效果不夠明顯。

本設計旨在提供一種水壓背部穴位按摩儀器，通過智能控制系統進行穴位定位，并使用水壓刺激和遠紅外線刺激來刺激穴位和肌肉進而達到放松人體的目的，對人們由于久坐、駝背、聳肩、姿勢不正、勞力等造成肌肉活動過多或靜態姿勢下肌肉持久緊張，從而產生的肌肉勞損、肌肉無力、酸痛、局部壓痛、活動范圍受限、勞動能力下降，出現持續性疼痛、肌肉硬結、功能障礙等疾病起到緩解與治療作用。本文所設計的水療按摩儀所占空間較小，利用水壓對用戶背部多個穴位進行刺激按摩，按摩力度可調節，并且配有紅外發射器，增強按摩效果，能夠有效緩解肩部、背部上的疲勞問題，放松身心。本系統操作簡便，便于用戶在家中使用。

1 按摩儀外觀設計

■1.1 整體設計

產品使用以下模型作為按摩儀的整體設計，實用美觀，固定性強。產品的主體規格為36cm×25cm×57cm，外部結構由掃描頭、五個體表標志定位的卡槽、多個花灑噴頭、多個多孔噴頭、脊柱槽、水槽以及進水口構成。產品設置五個體表標志定位的卡槽，以確定使用者的第七頸椎棘突、兩個肩峰以及兩個髂嵴的位置；使用掃描頭進行掃描確定使用者的脊柱位置，將其脊柱位置固定在脊柱槽中；考慮到水的循環利用，本產品還設置了水槽，用以收集已使用的水體，并將其重新輸送回進水口循環利用；為了適應不同人群的體型差異，本產品增設了可升降的按摩儀底座，用戶可使用遙控器來調整按摩儀的高度，使其更貼合自身穴位所在[2]。

■1.2 噴頭設計

1.2.1 花灑噴頭

花灑噴頭由進水口、活性炭物質、過濾網和出水網構成。水從進水口進入噴頭內部，經過活性炭物質和過濾網到達出水網，由出水網將噴頭內的水噴出。噴頭內部的活性炭物質是由木質、煤質和石油焦等含碳原料經熱解、活化加工制備而成，具有發達的孔隙結構、較大的比表面積和豐富的表面化學基團，特異性吸附能力較強。利用活性炭的吸附作用能夠有效地吸附水中的雜質，達到凈化水體的目的。

圖1 按摩儀外觀

圖2 花灑噴頭

1.2.2 多孔噴頭

多孔噴頭內有進水口、濾網、活性炭物質、噴水口，外有紅外發射器。水壓刺激目前已用于足部按摩儀中，其按摩效果明顯，并可調節溫度進行冷熱水的刺激，增加按摩效果。紅外發射器由紅外發生器控制，用以發射遠紅外線。遠紅外理療技術是利用遠紅外線照射人體時，產生與體內的細胞分子、水分子運動相同的頻率，引起共振效應，皮下組織深層部位的溫度升高，使水分子活化處于高能狀態，同時活化蛋白質等生物分子，增強生物細胞的組織再生能力。使用紅外線理療技術，能夠加速血液循環、增加新陳代謝、增加肌肉松弛，產生深入皮膚內層的按摩效果，理療效果更佳[3]。

圖3 多孔噴頭

圖4 按摩儀第一部分內部結構

2 內部結構設計

按摩儀第一部分內部由水泵、冷水箱、熱水箱、溫度感應器、微型氣泵、多個閥門、花灑噴頭、多孔噴頭組成。水泵對水體進行加壓，以方便抽取、輸送水體；冷、熱水箱的作用在于儲存水體。溫度感應器感受從冷水箱或熱水箱輸進的水的溫度，并反饋到冷、熱水箱中的半導體制冷片或半導體制熱片，對水體加熱或冷卻。微型氣泵一端連接空氣，另一端與水管相連，通過氣水混合加壓的方式使水體更迅速地到達閥門處；閥門連接著噴頭，利用閥門控制噴頭的出水程度。

主要原理如下：利用水泵將水槽中的水抽出并輸送回進水口或接通外界水管直接接入進水口，由進水口的水管將水輸送至雙層結構水箱中，利用半導體制冷片或半導體制熱片對水進行冷卻或加熱，達到一定溫度后，通過微型氣泵以及多個閥門將水通入各個閥門連接的花灑噴頭和多孔噴頭中進行噴射，而一部分水將通過水管暫時儲存在肩部隔層中，開啟馬達使馬達周圍的水產生振動，從而對肩部肌肉起到輕度按摩的作用。

按摩儀第二部分內部結構由馬達、隔層、步進電機、穴位控制器、電池及紅外發生器組成。馬達的作用在于產生振動；隔層的作用在于將主要的內部結構與次要的內部結構分隔開；穴位控制器的作用在于確定穴位所在；紅外發生器與紅外發射器共同組成紅外光閥。使用原理如下：本按摩儀在體表標志2、3處內部放置馬達，馬達通過電線與電池相連。使用者使用按摩儀的過程中，一部分水體將通過水管儲存在肩部的隔層中，馬達利用電能產生振動并作用于水體，從而對使用者的肩部起輕微按摩的作用[4]。

圖5 按摩儀馬達

3 系統硬件設計

主控系統以AT89C52單片機作為核心。AT89C52是一個低電壓、高性能CMOS的8位單片機，它具有8K可編程可反復擦寫Flash存儲器，256bytes的內部數據存儲器RAM，2個雙向I/O口，時鐘頻率為0～24 MHz。芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產。選擇AT89C52單片機作為主控核心器件，是實現水壓按摩儀的一種靈活性高且價格適宜的技術方案[5]。

圖6 按摩儀第二部分內部結構

AT89C52根據控制邏輯要求發出PWM脈寬調制信號控制步進電機，利用傳感器進行穴位定位以及水壓按摩、按摩儀高度升降等操作；控制屏則與LCD顯示器相連，用戶可以在控制屏上進行一系列功能的操控。

AT89C52單片機的VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0口用于控制LCD顯示模塊，在使用的時候需加上拉電阻。74LS373是一個具有三態輸出功能的地址鎖存器，可以進行八位并行地址鎖存。P1口是一個帶有內部上拉電阻的八位雙向I/O 口，AD574的十二位數據接口通過74LS373連接至P1的八個輸入口[6]。P2.0-P2.3分別與AD574的CS、A0、R/C引腳相連。P3口主要用于對步進電機驅動模塊的數據傳輸，L298N為常用的電機驅動模塊[7]；模擬電路還包括了時鐘電路和復位電路。

4 討論

水療按摩儀可以很好滿足年輕人放松身心、緩解壓力的需求，老年人無需前往醫院，在家便可輕松地利用按摩儀按壓肩部、背部等位置，通過水療按壓穴位緩解肌肉酸痛效果更加明顯。按摩儀操作簡單，使用便捷，適用于多層面的人群。

本設計為了適應不同人群的體型，產品專門設置了底座用于調節按摩儀的高度。此外，為了增強穴位的刺激效果，利用水壓和紅外線同時進行刺激，水壓刺激的作用效果僅作用在皮膚表淺位置，而紅外線則能使刺激效果深入皮膚。考慮到水的循環利用，本產品還另外增設了水槽和水泵將水送回進水口中去以再次利用。對于長時間久坐的患者，去醫院治療疾病，排隊治療，需要耗費較多時間，據調查，由于現代人工作繁忙，生活壓力大，近幾年頸椎病，肌肉勞損的群體已經從老年人群體過渡到了長時間伏案工作的年輕人群體，甚至是青年群體，而這兩類群體去醫院會大大耗費時間，因此疾病也是反反復復未能緩解。為了解決此問題，本設計提出了一種具有智能化定位與多部位，多按摩效果的穴位按摩功能的按摩儀，能夠改善患者有關肌肉勞損的癥狀，并輔助治療一些與某些穴位有關的疾病，例如感冒、咳嗽、頭痛、心悸、失眠、月經不調、腹脹、腹瀉、嘔吐等。