温差发电驱动的自供电电刺激伤口愈合系统研究与设计

该论文主要探讨的是一个创新的解决方案，即基于温差发电原理设计的自供电电刺激伤口愈合系统，旨在解决可穿戴电刺激治疗仪的传统供电问题，如电池更换和充电的不便。论文作者关注于人体热能作为潜在的绿色能源来源，提出通过将温差发电片贴合在人体皮肤上，利用人体与环境之间的微小温差来收集能量。 首先，论文介绍了一个关键的技术改进，即制备了一种特殊的薄膜，由聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P(VdF-HFP)）和聚四氟乙烯(PTFE)制成的辐射冷却薄膜。这些薄膜贴附在温差发电片的冷端，显著提升了其在相同热源下的输出功率，分别提高了14.99%和12.03%。这表明了薄膜在优化温差发电效率上的重要作用。 接下来，作者通过ANSYS和MATLAB软件建立了一套详细的稳态温差发电模型，并与实际测试结果进行对比，证明了模型的有效性和准确性。他们还开发了一个更为复杂且考虑了人体皮肤热源及辐射冷却薄膜的温差发电装置理论模型，误差控制在9%以内，这为系统的设计提供了科学依据。 论文的核心部分是系统设计，包括低功耗电源管理电路、脉冲发生器和蓝牙模块。电源管理电路具有极低的输入电压要求（20mV），并通过高效的转换输出稳定的2.5V电压。为了适应系统低功耗特性，设计了脉冲发生器和蓝牙模块的节能模式，例如脉冲发生器以1Hz频率输出50μA的单相脉冲波形，而蓝牙模块在广播和连接事件中的能耗也被精确控制。 最后，论文通过实验验证了整个自供电电刺激伤口愈合系统的可行性和效率。在10分钟内，系统耗能模块（电刺激装置）的总耗电量为42.322mJ，其中脉冲发生器贡献了大部分，仅工作10分钟就需要38.25mJ，而蓝牙模块的单次操作（包括广播和连接）仅消耗4.072mJ。这样的设计有助于减少外部电源依赖，提高系统的便携性和用户体验。 这篇论文不仅解决了可穿戴医疗设备的供电问题，还展示了如何巧妙地利用人体热能转化为电能，为伤口愈合治疗提供了一个创新且可持续的解决方案。通过MATLAB的模拟和实际测试，论文确保了系统的性能和效能，对医疗电子设备的能源管理具有重要的理论和实践价值。