水疗放松背部按摩仪的设计

黄文禧，黄雨欣，弓伟

（广州中医药大学，广东广州，510006）

随着社会的节奏逐渐加快，人们工作时间的提升，上班族负荷过大，持续劳损，越来越多的年轻人产生一系列有关心理压力、肌肉酸痛等问题，出现亚健康的状况[1]。老年人普遍也存在着肩部、背部和腰部的疼痛问题，传统的解决方法通常为药物治疗或者机械按摩，往往需要到现场进行治疗，效果不够明显。

本设计旨在提供一种水压背部穴位按摩仪器，通过智能控制系统进行穴位定位，并使用水压刺激和远红外线刺激来刺激穴位和肌肉进而达到放松人体的目的，对人们由于久坐、驼背、耸肩、姿势不正、劳力等造成肌肉活动过多或静态姿势下肌肉持久紧张，从而产生的肌肉劳损、肌肉无力、酸痛、局部压痛、活动范围受限、劳动能力下降，出现持续性疼痛、肌肉硬结、功能障碍等疾病起到缓解与治疗作用。本文所设计的水疗按摩仪所占空间较小，利用水压对用户背部多个穴位进行刺激按摩，按摩力度可调节，并且配有红外发射器，增强按摩效果，能够有效缓解肩部、背部上的疲劳问题，放松身心。本系统操作简便，便于用户在家中使用。

1 按摩仪外观设计

■1.1 整体设计

产品使用以下模型作为按摩仪的整体设计，实用美观，固定性强。产品的主体规格为36cm×25cm×57cm，外部结构由扫描头、五个体表标志定位的卡槽、多个花洒喷头、多个多孔喷头、脊柱槽、水槽以及进水口构成。产品设置五个体表标志定位的卡槽，以确定使用者的第七颈椎棘突、两个肩峰以及两个髂嵴的位置；使用扫描头进行扫描确定使用者的脊柱位置，将其脊柱位置固定在脊柱槽中；考虑到水的循环利用，本产品还设置了水槽，用以收集已使用的水体，并将其重新输送回进水口循环利用；为了适应不同人群的体型差异，本产品增设了可升降的按摩仪底座，用户可使用遥控器来调整按摩仪的高度，使其更贴合自身穴位所在[2]。

■1.2 喷头设计

1.2.1 花洒喷头

花洒喷头由进水口、活性炭物质、过滤网和出水网构成。水从进水口进入喷头内部，经过活性炭物质和过滤网到达出水网，由出水网将喷头内的水喷出。喷头内部的活性炭物质是由木质、煤质和石油焦等含碳原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强。利用活性炭的吸附作用能够有效地吸附水中的杂质，达到净化水体的目的。

图1 按摩仪外观

图2 花洒喷头

1.2.2 多孔喷头

多孔喷头内有进水口、滤网、活性炭物质、喷水口，外有红外发射器。水压刺激目前已用于足部按摩仪中，其按摩效果明显，并可调节温度进行冷热水的刺激，增加按摩效果。红外发射器由红外发生器控制，用以发射远红外线。远红外理疗技术是利用远红外线照射人体时，产生与体内的细胞分子、水分子运动相同的频率，引起共振效应，皮下组织深层部位的温度升高，使水分子活化处于高能状态，同时活化蛋白质等生物分子，增强生物细胞的组织再生能力。使用红外线理疗技术，能够加速血液循环、增加新陈代谢、增加肌肉松弛，产生深入皮肤内层的按摩效果，理疗效果更佳[3]。

图3 多孔喷头

图4 按摩仪第一部分内部结构

2 内部结构设计

按摩仪第一部分内部由水泵、冷水箱、热水箱、温度感应器、微型气泵、多个阀门、花洒喷头、多孔喷头组成。水泵对水体进行加压，以方便抽取、输送水体；冷、热水箱的作用在于储存水体。温度感应器感受从冷水箱或热水箱输进的水的温度，并反馈到冷、热水箱中的半导体制冷片或半导体制热片，对水体加热或冷却。微型气泵一端连接空气，另一端与水管相连，通过气水混合加压的方式使水体更迅速地到达阀门处；阀门连接着喷头，利用阀门控制喷头的出水程度。

主要原理如下：利用水泵将水槽中的水抽出并输送回进水口或接通外界水管直接接入进水口，由进水口的水管将水输送至双层结构水箱中，利用半导体制冷片或半导体制热片对水进行冷却或加热，达到一定温度后，通过微型气泵以及多个阀门将水通入各个阀门连接的花洒喷头和多孔喷头中进行喷射，而一部分水将通过水管暂时储存在肩部隔层中，开启马达使马达周围的水产生振动，从而对肩部肌肉起到轻度按摩的作用。

按摩仪第二部分内部结构由马达、隔层、步进电机、穴位控制器、电池及红外发生器组成。马达的作用在于产生振动；隔层的作用在于将主要的内部结构与次要的内部结构分隔开；穴位控制器的作用在于确定穴位所在；红外发生器与红外发射器共同组成红外光阀。使用原理如下：本按摩仪在体表标志2、3处内部放置马达，马达通过电线与电池相连。使用者使用按摩仪的过程中，一部分水体将通过水管储存在肩部的隔层中，马达利用电能产生振动并作用于水体，从而对使用者的肩部起轻微按摩的作用[4]。

图5 按摩仪马达

3 系统硬件设计

主控系统以AT89C52单片机作为核心。AT89C52是一个低电压、高性能CMOS的8位单片机，它具有8K可编程可反复擦写Flash存储器，256bytes的内部数据存储器RAM，2个双向I/O口，时钟频率为0～24 MHz。芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产。选择AT89C52单片机作为主控核心器件，是实现水压按摩仪的一种灵活性高且价格适宜的技术方案[5]。

图6 按摩仪第二部分内部结构

AT89C52根据控制逻辑要求发出PWM脉宽调制信号控制步进电机，利用传感器进行穴位定位以及水压按摩、按摩仪高度升降等操作；控制屏则与LCD显示器相连，用户可以在控制屏上进行一系列功能的操控。

AT89C52单片机的VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0口用于控制LCD显示模块，在使用的时候需加上拉电阻。74LS373是一个具有三态输出功能的地址锁存器，可以进行八位并行地址锁存。P1口是一个带有内部上拉电阻的八位双向I/O 口，AD574的十二位数据接口通过74LS373连接至P1的八个输入口[6]。P2.0-P2.3分别与AD574的CS、A0、R/C引脚相连。P3口主要用于对步进电机驱动模块的数据传输，L298N为常用的电机驱动模块[7]；模拟电路还包括了时钟电路和复位电路。

4 讨论

水疗按摩仪可以很好满足年轻人放松身心、缓解压力的需求，老年人无需前往医院，在家便可轻松地利用按摩仪按压肩部、背部等位置，通过水疗按压穴位缓解肌肉酸痛效果更加明显。按摩仪操作简单，使用便捷，适用于多层面的人群。

本设计为了适应不同人群的体型，产品专门设置了底座用于调节按摩仪的高度。此外，为了增强穴位的刺激效果，利用水压和红外线同时进行刺激，水压刺激的作用效果仅作用在皮肤表浅位置，而红外线则能使刺激效果深入皮肤。考虑到水的循环利用，本产品还另外增设了水槽和水泵将水送回进水口中去以再次利用。对于长时间久坐的患者，去医院治疗疾病，排队治疗，需要耗费较多时间，据调查，由于现代人工作繁忙，生活压力大，近几年颈椎病，肌肉劳损的群体已经从老年人群体过渡到了长时间伏案工作的年轻人群体，甚至是青年群体，而这两类群体去医院会大大耗费时间，因此疾病也是反反复复未能缓解。为了解决此问题，本设计提出了一种具有智能化定位与多部位，多按摩效果的穴位按摩功能的按摩仪，能够改善患者有关肌肉劳损的症状，并辅助治疗一些与某些穴位有关的疾病，例如感冒、咳嗽、头痛、心悸、失眠、月经不调、腹胀、腹泻、呕吐等。