【正文】 檢測儀，硬件電路包括數(shù)據(jù)采集電路、放 大濾波電路、控制電路及電源電路。該儀器同時(shí)具有使用、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場測試表明：本系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。 Control circuit selects the microcontroller with USB controller and ADC with C8051F320。但在目前，我國的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢。幾乎世 界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。串行通訊是把主系統(tǒng)與子系統(tǒng)（或 系統(tǒng)與系統(tǒng)、或子系統(tǒng)與子系統(tǒng)）輸入輸出通道的發(fā)送與接收端連接在一起作為信息交流的公共通道，以達(dá)到相互之間通訊的目的。 RS232 總線是 PC 機(jī)早期采用的通用串行總線 , 至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測試 系統(tǒng)。這些儀器的主要功能是描記脈象波形，是用作臨床觀察脈象變化的工具。例如 80 年代研制的液態(tài)傳感器利用將單位長度管段動(dòng)脈內(nèi)血液休積隨時(shí)間變化量轉(zhuǎn)換成導(dǎo)電液柱體電阻的改變參量來測最脈搏波的。 脈搏波檢測電路 目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 BPW83 型紅外接收二極管和 IR333 型紅外發(fā)射二極管工作波長都是 940nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。本系統(tǒng)采用過采樣技術(shù)，通過對信號的高速采樣來提高采樣精度，相當(dāng)于用高分辨率的 ADC 對信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，達(dá)到了提高信噪比并改善動(dòng)態(tài)范圍的效果。 圖 21 組成框圖 光電容積式麥博傳感器的原理 生理學(xué)和解剖學(xué)中脈搏沒有專門的部位，也沒有專門對脈搏的講解，脈搏是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，它是由心臟收縮和舒張產(chǎn)生的壓力，通過容量血管與阻力血管，在動(dòng)脈內(nèi)產(chǎn)生的壓力變動(dòng)以及有節(jié)律性的沖動(dòng)形式，它存在于身體的每個(gè)部位。近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍。 搏信號的頻率范圍在 － 20Hz 之間，小于工頻 50Hz，因此必須通過低通濾波電路濾除工頻干擾，這里我們使用二階低通濾波電路進(jìn)行濾波處理。 R2過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小， BPW83 型紅外接收二極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時(shí)的信號。 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號不僅有包含 脈搏信息的反射光的信號，而且有測量環(huán)境下的背景光信號，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多，因此在測量過程當(dāng)中要保持測量背景光的恒定，減少背景光的干擾。在信號采集過程中，工頻、人體位移、呼吸作用等都會對原始信號產(chǎn)生干擾，所以必須對信號進(jìn)行濾波處理?？梢詼p小信號源的影響，增強(qiáng)信號的拾取能力，使輸出穩(wěn)定 。 18V)，體積小 ,功耗低 (最大供電電流僅為 A)，因而經(jīng)常使用在低電壓、低功耗的應(yīng)用場合。 AD620 原理圖如圖 23 所示。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 23 AD620 原理圖 AD62012348765RgIN+INVsRg+VsOUTPUTREFTOP VIEW 圖 24 AD620 封裝引腳圖 8 16234 5 7+5VGND5VAD620R3500AD620 圖 25 信號初級放大電路 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 低通濾波電路設(shè)計(jì) 濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時(shí)抑制無用頻率信號的 電子裝置。本文采用二階有源低通濾波器對經(jīng)初級放大后的信號進(jìn)行濾波處理。 USB 是在 1994 年底由英特爾、康柏、 IBM、 Microsoft 等多家公司聯(lián)合提出的。 (2)即插即用。 USB 端口支持多個(gè)外設(shè)的連接，采用“菊花瓣”式的連接方式。 (5)性能可靠。另外， USB 支持低功耗模式，如果其連續(xù) 3ms 沒有總線活動(dòng)的話， USB 就會自動(dòng)進(jìn)入掛起狀態(tài)，以節(jié)省電能消耗。 USB的互連是指 USB設(shè)備與 USB主機(jī)之間進(jìn)行連接和通信的操作，主要包括以下幾方面：總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： USB設(shè)備與主機(jī)之間的各種連接方式；內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)性能疊置， USB的任務(wù)被分配到系統(tǒng)的每一個(gè)層次；數(shù)據(jù)流模式：描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過 USB從產(chǎn)生方到使用方的流動(dòng)方式； USB的調(diào)度： USB提供了一個(gè)共享的連接。每一次總線執(zhí)行動(dòng)作最多傳送三個(gè)數(shù)據(jù)包。 當(dāng)設(shè)備被連接、編號后，該設(shè)備就擁有一個(gè)唯一的 USB地址。 MCU 及外圍電路設(shè)計(jì) C8051F320 介紹 美國 Cynical 公司是一家專業(yè)從事混合信號片上系統(tǒng)單片機(jī)設(shè)計(jì)與制造的半導(dǎo)體公司，它在市場上推出了 53 個(gè)品種的 C8051F 系列片上系統(tǒng)單片機(jī)。 (1)功能部件 10 位的 AD 模擬外設(shè)；滿足 協(xié)議的 USB 功能控制模塊；片內(nèi)調(diào)試模塊；工作溫度范圍： 0℃ 70℃；；高速 8051 微控制器內(nèi)核采用流水線指令結(jié)構(gòu)，其 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期：速度可達(dá) 25MIPS(時(shí)鐘頻率為 25MHz 時(shí) )。片上的參考電源校準(zhǔn)器支持 USB 總線電源操作；校準(zhǔn)器的 Bypass 模式支持 USB 內(nèi)部電源操作。 C8051F320 采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實(shí)現(xiàn) I/O 端口的靈活配置。 P011P002GND3D+4D5VDD6REGIN7VBUS8REST9R30(C2D)10P2711P2612P2513P2414P2315P2216P2117P2018P1719P1620P1521P1422P1323P1224P1125P1026P0727P0628P0529P0430P0331P0232 C8051F320 圖 26 C8051F320 引腳圖 C8051F320 封裝圖如圖 27 所示。USB0ADR 寄存器選擇讀 /寫 USB0DAT 寄存器時(shí)的目標(biāo) USB 寄存器。通信速度通過特殊功能寄存器 USB0XCN 中的 SPEED 位選擇。 MCU 為外圍電路設(shè)計(jì) MCU 外圍電路整個(gè)電路由兩部分組成，分別為信號次級放大電路和電源電路。這里我們設(shè)置 P10 、 P07 為模擬信號輸入端，其中 P07 為參考輸入端。該電源電路為整個(gè)電路系統(tǒng)供電。 MCU 對緩沖區(qū)管理器發(fā)送來的 8 字節(jié)控制指令進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果通知邏輯控制器。 量程轉(zhuǎn)換中斷子程序流程圖如圖 32所示。這種方法的頻率測量誤差來自于177。 中 斷 入 口處 理 指 令跳 轉(zhuǎn) 量 程 轉(zhuǎn) 換 子 程序發(fā) 出 指 令 控 制 口 電 平是 否 轉(zhuǎn) 換 完 畢 ？關(guān) 閉 中 斷返 回YN 圖 32 量程轉(zhuǎn)換中斷程序流程圖 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) Visual Basic 簡介 Visual Basic 是在世界范圍內(nèi)廣泛使用的一種強(qiáng)大的編程語言，它為 WINDOWS 應(yīng)用程序開發(fā)提供了最迅速和便捷的方法。 VB 可以調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫（ DLL）內(nèi)的函數(shù)，這意味著 VB 可以直接調(diào)用為數(shù)眾多的 WINDOWSAPI 函數(shù)，這不僅大大的擴(kuò)充了程序設(shè)計(jì)的能力，而且使 VB 實(shí)現(xiàn)了原來只能由 VC 或 BC 才能實(shí)現(xiàn)的若干功能。 單片機(jī)對一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進(jìn)行累加，通過 USB 串口通訊把測量結(jié)果送到上位機(jī)數(shù)據(jù)采集界面顯示出來。軟件開始運(yùn)行時(shí)點(diǎn)擊采集按鈕開始測量，在系統(tǒng)測量結(jié)束后可按退出按鈕關(guān)閉數(shù)據(jù)采集程序界面，用戶可以選擇模擬通道放大倍數(shù)，測量時(shí)系統(tǒng)會實(shí)時(shí)反映出該測試用戶的脈搏數(shù)據(jù)，記錄按鈕功能鍵可以記錄最近 3 次的測量數(shù)據(jù)，以供測試用戶參考。 MCU 用的是具有 CIP51 內(nèi)核的 C8051F320，在這里采用 Cygnal 公司的 IDE 軟件和單片機(jī)仿真器進(jìn)行軟件和硬件仿真調(diào)試。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，單位為 s，縱坐標(biāo)為電壓軸，單位為 V，脈搏波圖反應(yīng)了脈搏，如圖信號隨時(shí)間的變化規(guī)律。 (4）所測得各脈搏波圖重復(fù)性好，脈搏曲線光滑，無毛刺，效果較好。 對于信號的低頻干擾采用小波變換法進(jìn)行濾波，該方法濾波效果良好。 (2) 加強(qiáng)軟件功能，改善軟件用戶界面，引入數(shù)據(jù)庫來存儲病患的信息，利用網(wǎng)絡(luò)將脈搏數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，成為遠(yuǎn)程醫(yī)療的一部分。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝 ! 在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授 ! 參考文獻(xiàn) 27 參考文獻(xiàn) [l]朱顏 .中醫(yī)對高血壓癥的認(rèn)識和治療 .中華醫(yī)學(xué)雜志 ,1953,(8):605 [2]錢宗才 .“浮、中、沉”壓力標(biāo)定設(shè)計(jì)的中醫(yī)脈圖信號采集系統(tǒng) .第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào) ,1991,(6):411414 [3]梁中慶 ,阮曉聲 .光閘式撓動(dòng)脈搏傳感器的研制 .中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志 ,1996,13(1):5557 [4]閆述池 ,胡家寧 ,劉明巖等 .仿中醫(yī)脈象傳感器的研究與應(yīng)用 .中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志 ,1996,13(4):245247 [5]鄭行一 .多維脈象信息檢測 .醫(yī)療器械 ,1985,9(5):15 [6]陳先農(nóng) ,羅致誠 .一種區(qū)分檢測中醫(yī)脈學(xué)脈波信息的新方法 .中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào) ,1984,3(3):170175 [7]傅 驄 遠(yuǎn) .脈診浮、沉、虛、實(shí)的客觀指標(biāo)探討 .中西醫(yī)結(jié)合雜志 ,1990,(10):603605 [8]王強(qiáng) .脈診“舉、尋、按”三候客觀標(biāo)準(zhǔn)的初步研究 .中國醫(yī)藥學(xué)報(bào) .1993, (2):1518 [9]朱德增 .用超聲多普勒學(xué)流檢測技術(shù)研究脈象的探討 .上海中醫(yī)藥雜志 ,1987,4749 [10]唐金元 .血壓病寸口跌陽脈多普勒血流圖與辨證關(guān)系的研究遼寧中醫(yī)雜 ,1992,(6):13