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可視化脈搏測量系統.pdf

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可視化 脈搏 測量 系統
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摘要
申請專利號:

CN201120393983.1

申請日:

20111017

公開號:

CN202288269U

公開日:

20120704

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/02 主分類號: A61B5/02
申請人: 陜西理工學院
發明人: 盧超,彭超磊
地址: 723001 陜西省漢中市漢臺區東關正街505號
優先權: CN201120393983U
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201120393983.1

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本實用新型屬于儀器儀表設計技術領域,主要是涉及一種可視化脈搏測量系統,該系統包括以下部分:脈搏傳感器、信號放大電路、信號處理電路、單片機控制電路、通信接口電路和顯示模塊。通過采集人體脈搏信號,然后將采集到的信號傳送給計算機,來實現對人體脈搏信號的實時監測分析,實現了中醫脈診的客觀化。

權利要求書

1.一種可視化脈搏測量系統,其特征在于:包括:將脈搏信號轉換為對應的電脈沖信號并輸出模擬電壓信號的脈搏傳感器、將輸入的微弱的脈搏信號放大,并把信號傳輸到A/D轉換電路中為下一步的模數轉換做準備的信號放大電路、為單片機采集信號做準備的信號處理電路、以單片機為核心用來控制A/D轉換電路的相應寄存器對輸入的電壓信號進行從模擬信號到數字信號的轉換以及采集脈搏脈沖設定采樣頻率進行串口通訊的單片機控制電路、采用異步串行收發器及串口芯片來完成TTL電平到RS-232C電平的轉換,實現了單片機與個人計算機之間數據通信功能的通信接口電路、和把平均脈搏和瞬時脈搏顯示出來的顯示模塊。2.根據權利要求1所述的可視化脈搏測量系統,其特征在于:脈搏傳感器連接信號放大電路,信號放大電路通過信號處理電路與單片機控制電路相連,單片機控制電路通過通信接口電路與個人計算機相連,單片機控制電路還與顯示模塊相連接。3.根據權利要求1或2所述的可視化脈搏測量系統,其特征在于:所述信號放大電路為二級放大電路。4.根據權利要求1或2所述的可視化脈搏測量系統,其特征在于:所述信號處理電路包括A/D轉換電路和整形電路。5.根據權利要求4所述的可視化脈搏測量系統,其特征在于:所述整形電路為單穩態觸發器整形電路。6.根據權利要求4所述的可視化脈搏測量系統,其特征在于:在整形電路與單片機控制電路之間還設有分頻器。

說明書

技術領域:

本實用新型屬于儀器儀表設計技術領域,主要涉及一種可視化脈搏測量系統,可應用于脈搏信號的實時監測。

背景技術:

脈搏是由于心臟周期性收縮和舒張而在人體淺表動脈引起的搏動。脈搏信號是一種典型的生理信號,是具有周期性的確定性微弱信號,而且會隨人體各種生理病理因素及周圍環境條件的變化而不斷地出現一些微小的變化,這些微小的變化在醫學診斷中具有重要的意義。

由于脈搏信號具有強干擾下的微弱信號、頻率低但能量相對集中、復雜易變等特點。脈搏信號的分析處理方法有時域分析方法、頻域分析方法和時頻域分析方法。時域和頻域分析比較普遍,時頻域分析方法并不多見。但實踐中,無論臨床實測還是計算所得到的脈搏波圖,都會受到傳感器精度或模型參數假設條件的限制,使曲線中某些特征中某些特征點或頻率分量丟失,從而影響在臨床中的應用。

脈搏檢測技術還根據仿生學原理研制能模擬中醫脈診模式脈搏傳感器,從而準確地檢測人體的脈搏信號,為中醫脈診的客觀化研究奠定必要的基礎;將小波變換信號處理的方法,運用于脈搏信號的分析和處理中,提取脈搏信號特征參數,從而完成仿中醫智能化測試系統的設計,向脈診的現代化跨出了一步,還推動了醫學儀器和醫療診斷的不斷發展。

發明內容:

發明目的:

本實用新型針對上述現有技術中存在的各種問題,提出了一種可視化脈搏測量系統,克服了上述缺陷,使中醫脈診更加客觀化。

技術方案:

一種可視化脈搏測量系統,其特征在于:包括:將脈搏信號轉換為對應的電脈沖信號并輸出模擬電壓信號的脈搏傳感器、將輸入的微弱的脈搏信號放大,并把信號傳輸到A/D轉換電路中為下一步的模數轉換做準備的信號放大電路、為單片機采集信號做準備的信號處理電路、以單片機為核心用來控制A/D轉換電路的相應寄存器對輸入的電壓信號進行從模擬信號到數字信號的轉換以及采集脈搏脈沖設定采樣頻率進行串口通訊的單片機控制電路、采用異步串行收發器及串口芯片來完成TTL電平到RS-232C電平的轉換,實現了單片機與個人計算機之間數據通信功能的通信接口電路、和把平均脈搏和瞬時脈搏顯示出來的顯示模塊。

脈搏傳感器連接信號放大電路,信號放大電路通過信號處理電路與單片機控制電路相連,單片機控制電路通過通信接口電路與個人計算機相連,單片機控制電路還與顯示模塊相連接。

所述信號放大電路為二級放大電路。

所述信號處理電路包括A/D轉換電路和整形電路。

所述整形電路為單穩態觸發器整形電路。

在整形電路與單片機控制電路之間還設有分頻器。

優點及效果:

本實用新型提出了一種可視化脈搏測量系統,具有如下優點:

(1)、靈敏度高、抗干擾性能強,減小了曲線中某些特征中某些特征點或頻率分量的丟失,從而減輕了在臨床中的應用影響。

(2)、根據仿生學原理能夠模擬中醫脈診模式脈搏傳感器,從而準確地檢測人體的脈搏信號,為中醫脈診的客觀化研究奠定必要的基礎。

(3)、將小波變換信號處理的方法,運用于脈搏信號的分析和處理中,提取脈搏信號特征參數,使脈搏波形可視化,從而完成仿中醫智能化測試系統的設計,向脈診的現代化跨出了重要的一步,推動了醫學儀器和醫療診斷的不斷發展。

附圖說明:

圖1為本實用新型結構示意圖。

圖2為脈搏傳感器接口電路示意圖。

圖3為信號放大電路示意圖。

圖4為A/D轉換電路示意圖。

圖5為整形電路示意圖。

圖6為單片機芯片示意圖。

圖7為通信接口電路示意圖。

圖8為顯示模塊示意圖。

圖9為本實用新型工作流程圖。

具體實施方式:

下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:

本實用新型提供了一種可視化脈搏測量系統,用專門的硬件設備來采集人體脈搏信號,然后將采集到的信號傳送給計算機,來實現對人體脈搏信號的實時監測分析,如圖1和圖2中所示,其特征在于:該系統包括以下部分:脈搏傳感器、信號放大電路、信號處理電路、單片機控制電路、通信接口電路和顯示模塊。其中,脈搏傳感器將脈搏信號轉換為與此對應的電脈沖信號,輸出的是模擬電壓信號。信號放大電路將輸入的微弱的脈搏信號放大,并把信號傳輸到A/D轉換電路中為下一步的模數轉換做準備。信號處理電路是為單片機的采集信號做準備。單片機控制電路是以單片機為核心,用它來控制A/D轉換電路的相應寄存器對輸入的電壓信號進行從模擬信號到數字信號的轉換,以及采集脈搏脈沖,設定采樣頻率進行串口通訊等操作。通信接口電路采用異步串行收發器及串口芯片來完成TTL電平到RS-232C電平的轉換,實現了單片機與個人計算機之間數據通信功能。顯示模塊能夠把平均脈搏和瞬時脈搏顯示出來。

脈搏傳感器連接信號放大電路,信號放大電路通過信號處理電路與單片機控制電路相連,單片機控制電路通過通信接口電路與個人計算機相連,單片機控制電路還與顯示模塊相連接;個人計算內設有用于接收單片機傳輸的數字信號,并將數據轉換成脈搏波形的軟件即脈搏信號記錄處理模塊。

如圖3中所示,所述信號放大電路為二級放大電路。

如圖4和圖5中所示,所述信號處理電路包括A/D轉換電路和整形電路。

所述整形電路可以為單穩態觸發器整形電路。

在整形電路與單片機控制電路之間還可以設置分頻器。

本實用新型這種可視化脈搏測量系統在實際使用時,脈搏傳感器可以選擇靈敏度高、抗干擾性能強、過載能力大、一致性好、性能穩定可靠、使用壽命長的HK-2000系列集成化脈搏傳感器,其接口電路如圖2中所示,由于其直接輸出的電壓約為160mv左右,且是模擬信號,所以單片機要采集這個信號必須對此信號進行放大和處理。

信號放大電路將輸入的微弱的脈搏信號放大,并把信號傳輸到A/D轉換電路中為下一步的模數轉換做準備,可以對信號進行放大、濾波、取反、整形、對整形后的信號進行分頻等操作,如圖4所示,A/D轉換器可以采用高速、串行、12位的美信公司生產的max1241A/D轉換器。

放大:信號放大電路中的放大器可以選擇由四個獨立的運算放大器組成的LM324。如圖3中所示,信號放大電路為二級放大電路,采用的是同相比例放大器,和反相放大器相比其最大不同點在于:輸出信號和輸入信號是相同的,其輸入阻抗很高。由于脈搏傳感器采集到的最大電壓在80mv-400mv之間,信號幅值太小,其他電路無法處理,所以要進行放大,要放大到2V以上在進行濾波,就不會因為濾波對信號的衰減產生影響,所以放大倍數在10倍左右,所以輸出電壓約為0.8V-4V之間。由于下一級的濾波器,信號最大值又衰減到了400mv-600mv之間。為了后級電路工作正常,必須進行第二級放大,根據后級反相器的需要,放大倍數約為5倍左右。

濾波:由于50hz的工頻電壓存在一些諧波成分會混入后面的A/D轉換電路,所以需要對信號進行濾波處理,而要濾除的是比有用信號頻率高的信號,所以采用低通濾波器,為了節約成本可以采用無源低通濾波器。一般人的脈搏每分鐘達不到跳300次,所以能夠濾除大約5hz以上的頻率干擾即可達到要求。

取反:由于要將信號直接送入單片機,而單片機TTL高電平>2.4V,低電平<0.4V。但是經過放大電路后的最大電壓大約為1.8v左右,不能直接讓單片機去采集,可以使用74ls04反相器來增加電壓驅動,最大電壓達到2.48v左右,這樣就使電壓值接近單片機的高電平,將信號送入單片機。

整形:直接采集過來的信號是模擬信號,而單片機采集的是數字信號,所以可以采用單穩態觸發器整形電路對信號進行整形處理,例如:芯片可以使用555定時器。

分頻:在整形電路與單片機控制電路之間還可以設置分頻器,這樣設置是因為對整形后的信號進行分頻可以起到延緩單片機的采集時間,還可以進行消陡的作用。二分頻可以使用JK觸發器。

如圖6中所示,單片機控制電路中的單片機是由ATMEL公司生產的與MCS-51系列兼容的AT89S52單片機,其特點是采用高性能的靜態80C51設計,由先進的CMOS工藝制造,并帶有非易失性Flash程序存儲器。

單片機控制電路是通過通信接口電路與個人計算機相連的,如圖7中所示,單片機和個人計算機之間的數據傳輸使用的通信接口電路為MCS-51單片機內部的一個全雙工的串行通信口,即串行接收和發送緩沖器(SBUF)。這兩個在物理上獨立的接收發送器,既可以接收數據也可以發送數據。但接收緩沖器只能讀出不能寫入,而發送緩沖器則只能寫入不能讀出,它們的地址為99H。這個通信口既可以用于網絡通信,亦可實現串行異步通信,還可以構成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器MAX-232,就能夠非常方便地構成標準的RS-232接口。

如圖8中所示,顯示模塊采用LCD1602雙行液晶顯示模塊,它是液晶顯示產品的另外一種形式,由液晶顯示器件、連接件、驅動和控制集成電路、PCB線路板、背光源和結構件等裝配在一起的一種組件,英文稱其為“LCDModule,,或簡稱“LCM”。點陣像素排布和顯示功能的不同,本實用新型可以采用點陣字符型液晶顯示模塊。

本實用新型通過二級放大電路、單穩態觸發器整形電路,JK觸發器分頻電路以及MAX1241模數轉換電路,在LCD1602上顯示測量脈搏數,同時通過AT89S52的串行通信接口和個人計算機(上位機)的RS-232-C接口通信,把脈搏信號送入計算機存儲和處理,顯示波形,從而實現對人體脈搏信號的實時監測分析。如圖9中所示,本實用新型工作流程中采集數據由兩部分組成,分別是ADC數據采集部分和脈搏周期采集部分,ADC采集的數據通過串口發送到個人計算機顯示波形,而脈搏周期采集的數據用來顯示平均脈沖和瞬時脈沖。脈搏周期采集,每2ms采集一次,即1s中采集500次,這對于脈搏信號來講,已經足夠了。

當可視化脈搏測量系統不與個人計算機(上位機)相連時,還可以作為一個改進型的便攜式電子脈搏計使用。

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