第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着人口老龄化进程加快以及现代生活中运动损伤、职业劳损等问题的日益突出，肌骨系统疾病的发病率持续攀升，肌骨康复已成为保障人们生活质量的重要环节。当前，肌骨康复主要依赖医疗机构的专业设备与人工干预，但受限于医疗资源分布不均、康复周期长、患者往返不便等因素，多数患者难以获得持续、规范的康复治疗，导致康复效果不佳、病程延长等问题。同时，现有居家康复设备普遍存在功能单一、智能化程度低、参数调节粗糙等缺陷，例如传统按摩设备缺乏压力与温度的精准控制，电疗设备难以根据肌肉状态动态调整输出强度，不仅影响康复效率，还可能因参数不当引发二次损伤，无法满足个性化、安全化的康复需求。

在此背景下，研发一款集成多种康复功能、具备智能闭环控制且支持远程交互的肌骨康复系统具有重要的现实意义。本设计基于单片机技术，融合气囊按摩、温控调节、电疗干预等核心功能，通过传感器实时采集温度、压力、肌肉电流等关键参数，实现康复过程的精准化、自动化控制，既能避免人工操作的主观性误差，又能通过阈值自定义功能适配不同患者的康复需求。同时，结合APP实现远程监控与操作，打破了时空限制，方便患者居家使用的同时，也便于医护人员远程指导，提升康复的便捷性与专业性。该系统的研发不仅填补了现有居家康复设备在智能化集成与动态参数调控上的空白，还为肌骨康复设备的小型化、个性化发展提供了技术参考，对于缓解医疗资源压力、提高康复效率、改善患者生活质量具有重要的实践价值，同时推动康复医学向智能化、居家化方向迈进。

1.2 国内外研究现状

在肌骨康复设备领域，国内外研究已形成多维度探索格局，但技术路径与发展重点存在显著差异。国外研究起步较早，聚焦智能化与精准化控制，已形成较为成熟的闭环调节体系。例如，欧美国家的康复设备多采用高精度压力传感器与微处理器结合的方案，通过实时采集气囊压力数据实现充气放气的动态平衡，部分系统集成温度反馈模块，利用PID算法将治疗区域温度稳定在38-42℃的舒适区间，提升康复安全性。同时，国外研究注重多模态康复融合，如将气囊按摩与电刺激技术结合，通过肌电传感器监测肌肉活动状态，自适应调节电疗强度，代表性产品如德国某品牌的康复机器人已实现压力、温度、电流参数的联动控制，并支持蓝牙与上位机通信，为远程医疗提供数据支撑。不过，国外设备普遍存在成本高昂、功能模块化不足的问题，难以适应居家康复的低成本需求。

国内研究近年来呈现快速追赶态势，早期以仿制改进为主，侧重设备的实用性与经济性。随着单片机技术的普及，国内团队逐渐构建起基于8051、STM32等芯片的低成本控制系统，通过继电器驱动充气泵、加热片等执行元件，实现基础的充放气循环与温度调节。部分研究引入了压力超限报警机制，当气囊压力超过阈值时触发蜂鸣器提示，提升操作安全性。在功能集成方面，国内研究更注重本土化需求，如将中医按摩理念与现代技术结合，开发出兼具揉捏、按压模式的气囊阵列，并尝试整合电疗模块，通过电流传感器反馈实现刺激强度的自动调节。此外，国内在移动端交互方面进展显著，多款产品已实现通过APP显示实时参数与远程启停控制，降低了操作门槛。但现有系统仍存在明显短板：一是传感器精度不足，压力、温度的测量误差较大，导致闭环控制响应滞后；二是多模式协同性差，按摩、电疗、温控功能多为独立运行，缺乏参数联动优化；三是阈值设置多为固定值，难以适配不同患者的康复需求，个性化程度有待提升。

总体而言，国内外研究虽在智能化控制与功能集成上取得一定突破，但针对居家场景的高精度、低成本、个性化肌骨康复系统仍存在技术空白，尤其在多传感器融合、参数自适应调节及跨平台交互的深度整合方面，尚有较大研究空间。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕基于单片机的气囊式肌骨康复系统展开，核心内容包括硬件与软件两部分设计。硬件方面，以单片机为控制核心，集成启动/停止按键、温度传感器、压力传感器、电流传感器，连接加热片、充气泵、放气泵及蜂鸣器，构建多参数采集与执行的硬件闭环；同时设计按键电路实现温度、压力、电流阈值的本地设置，并通过蓝牙模块与APP建立通信。软件层面，开发单片机控制程序，实现按摩模式下充放气循环、电疗模式下电流自适应调节、温度恒温控制逻辑；同步开发APP，实现实时参数显示、阈值远程设置及系统启停控制。研究过程中通过仿真与实物测试结合的方式，优化传感器采样精度与控制算法响应速度，确保各模块协同稳定运行。