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CAPITULO II

DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL ELECTROESTIMULADOR

2.1. INTRODUCCIÓN

En lo que concierne a este capitulo se encuentra todo el diseño y construcción

de cada uno de los módulos, para lo cual hemos ideado un esquema de bloques que

será en el cual basaremos nuestro progreso, aunque para lo que refiere a diseños de

cada módulo los realizaremos cada uno por separado, para luego obtenido los diseños

finales de cada módulo poder proceder al diseño del módulo principal, el cual se

encargará de habilitar la terapia solicitada, a su vez se realizará también el diseño del

circuito de paciente es decir la interfaz que se utilizará para la conexión del módulo

principal hacia el paciente, y será en este donde se conectarán los electrodos

correspondientes.

Una vez simulado y probado cada módulo procederemos a la construcción

misma de nuestro equipo, para poder así tener un producto listo para las pruebas

necesarias que este tiene que cumplir como requisito.

Al ser un equipo para administración médica tenemos que lograr brindar las

garantías necesarias en el mismo, para lo cual basaremos nuestros diseños tomando

en cuenta límites inferiores a los máximos permitidos, en lo que refiere a voltajes y

corrientes para electroestimulación.

2.2. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL ELECTROESTIMULADOR

A continuación vamos a ilustrar el esquema de bloques que vamos a utilizar

como base para el diseño de nuestro equipo, el mismo que consta de un sistema de

visualización donde podremos observar los menús ofrecidos por el equipo, este

estará formando parte del módulo principal conectado a un microprocesador, y será

por medio de un teclado que se tendrá acceso a las diferentes opciones.

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Este módulo principal será el que controle los sistemas de habilitación de

cada uno de los módulos, así como tendremos un sistema individual para cada

módulo, dentro del cual también por medio de microprocesadores conectados tipo

red al módulo principal comenzarán las determinadas terapias.

Además nuestro equipo contendrá una única etapa de salida para todas las

terapias, en la que constará el circuito de paciente y dos canales de salida uno para

voltaje y otro para corriente.

Fig. 2.1 Diagrama de bloques del Electroestimulador

2.3. DISEÑO ELECTRONICO DEL ELECTROESTIMULADOR

2.3.1. DISEÑO DEL MODULO DE ELECTROANALGESIA

Este módulo consta de un microcontrolador PIC 16F628a, en el cual se van a

generar los pulsos según las frecuencias, cuya salida será por el porta.3 desde donde

se conectará a un filtro pasivo, el que está formado por las resistencias R1, R2

además de los condensadores C3 y C4, el mismo que sirve para generar el tipo de

onda utilizado para esta terapia cuya salida ingresa a un amplificador operacional

LM741, configurado con no inversor para generar la ganancia de voltaje de la onda

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entre 5v y 12v, cuya salida ingresa a otro LM741 en configuración de seguidor de

tensión.

La salida del seguidor de tensión ingresa a un relé que es el que se encargara

de habilitar o deshabilitar la terapia durante el funcionamiento del equipo.

Fig. 2.2 Esquema del módulo para Electroanalgesia

La interfaz de cada módulo hacia el módulo principal esta ilustrado en la

figura , es decir que todos los módulos tendrán el mismo zócalo, ya que sus

salidas e ingresos serán los mismos, además este conector contiene las

alimentaciones necesarias para cada elemento.

Fig. 2.3 Diagrama del conector Universal de nuestro equipo.

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Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB correspondiente.

Fig.2.4 Esquema del PCB del módulo para Electroanalgesia

2.3.2. DISEÑO DEL MODULO DE ESTIMULACION MUSCULAR

Este módulo consta de un microcontrolador PIC 16F628a, en el cual se van a

generar los pulsos según las frecuencias, cuya salida será por el porta.2 desde donde

se conectará a un amplificador operacional LM741, configurado con no inversor para

generar la ganancia de voltaje de la onda entre 5v y 12v, cuya salida ingresa a otro

LM741 en configuración de seguidor de tensión.

La salida del seguidor de tensión ingresa a un relé que es el que se encargara

de habilitar o deshabilitar la terapia durante el funcionamiento del equipo.

Fig.2.5 Esquema del módulo para EMS

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Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB correspondiente.

Fig. 2.6 Esquema del PCB para el módulo EMS

2.3.3. DISEÑO DEL MODULO DE IONTOFORESIS

Este módulo consta de un microcontrolador PIC 16F628a, el cual al igual que

el resto de módulos se encontrará conectado de forma serial al PIC del módulo

principal para recibir los datos de tiempo de de habilitaciones de salidas.

Este módulo consta también de dos amplificadores operacionales incluidos en

el elemento TL 082, los cuales retroalimentan el uno al otro con el fin de lograr una

corriente constante que será la que se aplica al paciente, además nos permite realizar

una variación de la salida de corriente entre 0 y 10mA, la cual se realiza con el

mismo potenciómetro que se utilizara para regular la amplitud de la onda de los

demás módulos.

Fig. 2.7 Esquema del módulo de Iontoforesis

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Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB correspondiente.

Fig. 2.8 Esquema del PCB para el módulo de Iontoforesis

2.3.4. DISEÑO DEL MODULO DE ONDAS INTERFERENCIALES

El módulo de terapia Interferencial está basado en un microcontrolador

16f628A que recibe los datos desde el bloque central, con el que está conectado de

manera serial. El microcontrolador al ser reconocido como conectado, espera los

datos de frecuencias que se seleccionen y la señal de marcha, a su vez este envía los

datos de frecuencia hacia el potenciómetro digital mediante un protocolo detallado

por el potenciómetro que consta internamente de dos elementos tales. El

potenciómetro digital recibe los datos y coloca en sus salidas el valor de resistencia

seleccionado y se conecta hacia un generador de ondas que proporcionara una onda

sinusoidal de acuerdo a los valores de resistencia asignado y de condensador

conectado.

El módulo consta de dos generadores de ondas XR2206 cada uno generando

tanto la señal de baja frecuencia y la de media frecuencia, estas señales ingresan a un

multiplicador de señal, obteniendo así una señal modulada, que ingresa a un

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amplificador operacional inversor que controla la ganancia de la señal y luego a otro

amplificador que invierte nuevamente la señal. Esta señal se conecta a un relé que

tiene la función de permitir el paso o no hacia la etapa de salida

Fig.2.9 Esquema del módulo de ondas Interferenciales

Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB correspondiente.

Fig. 2.10 Esquema del PCB para el módulo de ondas Interferenciales

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2.3.5. DISEÑO DE LA ETAPA DE VISUALIZACION Y CONTROL

GENERAL

Este es el módulo más importante de nuestro equipo ya que es este el que

comanda los cuatro módulos de terapia, así como la visualización y adquisición de

datos de nuestro equipo.

Para comenzar detallando este esquema podemos decir que este módulo es

comandado por un microprocesador PIC 16F877a, al cual se encuentra directamente

conectado por el puerto D del micro el LCD grafico de 128x64 por medio del

conector J2 donde se observará el menú del equipo.

Para lo que refiere el control de nuestro equipo tenemos conectado al PIC un

teclado matricial de diseño propio, además tenemos conectado un demultiplexor

74LS138 que se encargara de habilitar las compuertas tres estados 74125, que

habilitan o deshabilitan las conexiones seriales del módulo principal a cada uno de

los módulos, además este módulo contiene dos zócalos uno para la interconexión

entre la fuente y el modulo principal “J3”, así como otro zócalo para la conexión de

este módulo con el circuito de paciente “J4”.

Fig. 2.11 Esquema del módulo Principal

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Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB

correspondiente.

Fig.2.12 Esquema del PCB para el módulo Principal

2.4. SIMULACIONES

Utilizando la herramienta Proteus se han podido realizar simulaciones del

funcionamiento del equipo por partes, omitiendo los módulos en los que se ha

trabajado con elementos que no constan en las librerías de dicho programa.

La etapa de alimentación se presenta a continuación, no se contempla el

transformador inicial ya que este es un elemento no simulable. Se reemplaza el

transformador por dos fuentes de corriente alterna de 28 V, y se observan los

niveles de tensión a la salida. Cada osciloscopio virtual tiene dos canales y se

observan los niveles constantes de +5, +12, -12 y +24 Vdc.

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Fig2.13. Simulación de la etapa de alimentación

La simulación del Modulo TENS esta caracterizada por la forma de onda que

se obtiene a la salida y por la frecuencia de los pulsos, como se puede observar a

continuación:

FIG 2.14 Simulación modulo TENS

El modulo EMS al igual que el TENS esta carcterizado por la forma de onda

que se obtiene y la frecuencia de los pulsos, por este método se puede ccalibrar los

tiempos con los que trabaja el microcontrolador sin necesidad de cargar el programa

en el elemento antes mencionado.

Amplitud (V/div)

Tiempo

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FIG 2.15 Simulación modulo EMS

La simulación correspondiente al modulo de Iontoforesis constata la corriente

constante que existe entre los electrodos de salida, obteniendo una corriente

constante de 1 a 10 mA con una variación de carga hasta de 1.5K.

FIG 2.16 Simulación modulo de Iontoforesis

El bloque central del equipo, que se encuentra formado por el

microcontrolador principal, fue simulado realizando el interfaz con los modulos

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conectados. Gracias a la posibilidad de cargar los archivos HEX en cada

microcontrolador se pudo confirmar que la comunicación entre pic’s, al igual que la

visualización este correctamente realizada.

Fig2.17. Simulación Bloque Central

Realizando la simulación que se muestra en la imagen anterior se pudo

determinar el correcto funcionamiento del modulo Interferencial, su comunicación

con el bloque principal y con el potenciómetro digital. El modulo IFT completo al

igual que la etapa de salida no presenta simulación debido a que algunos elementos

no se encuentran en las librerías de l software Proteus, como el potenciómetro

digital, el generador de señales XR 2206 y el amplificador TDA2004. En este caso

prescindimos de la misma y se trabajo directamente sobre el tablero de pruebas

2.5. DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL CIRCUITO DE PACIENTE

Este módulo de salida se conecta directamente al módulo principal por medio

del zócalo “ING”, donde vienen las alimentaciones necesarias además la salida de las

formas de onda que ingresan simultáneamente al rele.

Microcontrolador Principal

GLCD 128 x 64

Microcontrolador IFT

Microcontrolador TENS

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En el caso de las terapias de electroanalgesia, muscular e interferencial se habilita

un rele para que las ondas ingresen a un TDA2004 para estabilizar la corriente del

mismo y así poderlo conectar al transformador que nos dará la salida de voltaje, en el

caso de la terapia de iontoforesis se activa el otro rele de habitación que hace que la

salida fluya por otro relé que realizara la inversión de polaridad de los electrodos a la

mitad del tiempo seleccionado, fluyendo una corriente constante por la salida de

corriente.

Fig.2.18 Esquema del módulo de salida del equipo

Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB correspondiente.

Fig. 2.19 Esquema del PCB del módulo de salida del equipo

2.6. CONSTRUCCION DEL ELECTROESTIMULADOR

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2.6.1. DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA FUENTE DE ALIMENTACION

. Para realizar el diseño de la fuente para nuestro equipo tomamos en cuenta

que los voltajes que necesitamos obtener son de +5, +12, +24, -12, para lo cual

partimos de un transformador de 110VAC a 24VAC, lo rectificamos utilizando un

puente de Graetz, y obtenemos +28 y -28 respectivamente.

Al voltaje positivo obtenido luego de rectificar colocamos un 7824 para

obtener +24VDC, a la salida de este conectamos un 7812 para obtener +12VDC y a

la salida de este colocamos un 7805 para obtener los +5VDC.

Al voltaje negativo le colocamos un 7912 para así obtener los -12VDC,

además a la salida de cada voltaje colocamos condensadores para obtener una señal

totalmente continua, en el caso de nuestro equipo hemos optado por realizar la fuente

de manera separada a los módulos del estimulador para así evitar cualquier tipo de

interferencia que se pueda presentar.

Fig. 2.20 Esquema de la fuente del equipo

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Partiendo del esquema mostrado realizamos el diseño del PCB

correspondiente.

Fig. 2.21 Esquema del PCB de la fuente del equipo

El momento del ensamblaje de la fuente no encontramos ningún problema, ya

que una vez soldados los elementos a la placa, solo se conecto el transformador antes

especificado y pudimos comprobar el prefecto funcionamiento de la fuente.

Una vez comprobado el funcionamiento de nuestra fuente y con el fin de

garantizar la prevención de posibles fallos se colocó disipadores de calor en los

reguladores de voltaje con lo cual dimos por terminado la parte de diseño y

construcción de la fuente de alimentación de nuestro equipo, recalcando que el

objetivo de realizar una fuente separada al equipo era el prevenir posibles

interferencias que esta podría generar en nuestro equipo.

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Fig. 2.22 Estructura interna de la fuente del equipo

Terminada esta parte bautizamos a nuestro proyecto como B & H

MEDIC, y se dieron los últimos retoques para así obtener la fuente totalmente lista, y

poder proceder al ensamblaje de nuestro equipo como tal.

Fig. 2.23 fuente del equipo terminada

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2.6.2. CONSTRUCCION DEL ELECTROESTIMULADOR

Como explicamos antes para poder llegar a este punto hemos pasado por un

proceso muy cuidadoso, el cual comenzó con la prueba en Project Board, para luego

realizar las primeras placas de prueba. Las placas de prueba se realizaron para los

módulos de TENS (fig2.24), EMS (fig 2.25) e Interferencial (fig 2.26), la prueba

para el módulo de Iontoforesis se lo realizó en el Project board, sin haber encontrado

falla alguna por lo que se optó realizar la placa final directamente.

Fig. 2.24 Placa de prueba del módulo TENS Fig. 2.25 Placa de prueba del módulo EMS

Fig. 2.26 Placa de prueba del módulo interferencial.

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Una probadas y corregidos los errores de las placas de prueba se procedió a

realizar las placas definitivas para cada módulo, para así poder comenzar la

construcción del producto final de nuestro equipo que va a constar de 3 pisos

internos donde se ubicarán las placa y los conectores, en el primer piso se encuentra

el módulo principal y el módulo de salida del equipo, así como el transformador para

las terapias de voltaje.

Fig. 2.27 Primer piso de la estructura interna del estimulador.

En el segundo piso de la estructura interna del equipo se colocaron las placas

de cada uno de los módulos que viene incluidos con nuestro equipo.

Fig. 2.28 Segundo piso de la estructura interna del estimulador.

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En el tercer y ultimo piso de la estructura interna del equipo se colocaron los

conectores que permiten la comunicación entre el módulo principal y cada uno de los

módulos de terapias, asi como tiene el espacio para el acoplamiento de futuros

módulos.

Fig. 2.29 Tercer piso de la estructura interna del estimulador.

Luego de esto se procedió a colocar la tapa que contenía el LCD, el teclado y

el regulador de nivel, dando así por terminada la construcción de nuestro equipo B &

H MEDIC.

Fig. 2.30 Equipo B & H MEDIC