專利名稱：便攜式多功能生理電信號(hào)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采集人體生理電信號(hào)的裝置，是一種能高精度采集人體腦電、心電、肌電等多種生理電信號(hào)的便攜式采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，公知的生理電信號(hào)采集裝置是由采集電極、模擬預(yù)放模塊、模擬濾波模塊、 模擬放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字處理模塊組合而成。生理電信號(hào)由電極引入系統(tǒng)，經(jīng)信號(hào)放大和濾波后，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于顯示或存儲(chǔ)?，F(xiàn)有的生理電信號(hào)采集裝置(如腦電圖機(jī)、心電圖機(jī))由于每個(gè)通道都須包含模擬濾波和放大模塊，使得信號(hào)不可避免地產(chǎn)生畸變失真；當(dāng)采集通道的數(shù)量較大時(shí)，相應(yīng)地，整個(gè)系統(tǒng)的體積會(huì)更加龐大，不利于便攜使用；由于各種生理電信號(hào)之間的幅度和頻率差異，大多數(shù)采集裝置僅能采集一種生理電信號(hào)，而可采集多種生理電信號(hào)的裝置往往系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，且其采集通道無(wú)法靈活配置，以適應(yīng)采集多種生理信號(hào)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種生理電信號(hào)采集裝置，該裝置精度高、體積小，便于攜帶，通過(guò)簡(jiǎn)單配置，各個(gè)通道均能夠采集腦電、心電等多種生理電信號(hào)，為在日常環(huán)境下精確采集生理電信號(hào)提供了簡(jiǎn)便的工具。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括模擬前端模塊 (ADS1298)、微處理器控制模塊(STM32)、USB電氣隔離模塊(ADUM4160)和PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼。經(jīng)電極采集的生理電信號(hào)直接利用ADSU98采集芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)SPI總線傳送至STM32。STM32將數(shù)據(jù)打包成USB數(shù)據(jù)包，通過(guò)USB總線，經(jīng)ADUM4160電氣隔離， 傳送至PC機(jī)。PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和數(shù)字放大，得到所需要的生理電信號(hào)。由于將信號(hào)處理從模擬方式改為數(shù)字方式，一方面，刪除了模擬放大和濾波模塊，減少了噪聲侵入信號(hào)的幾率，避免了信號(hào)放大和濾波過(guò)程中的畸變，減小了系統(tǒng)體積；另一方面，數(shù)字信號(hào)處理的參數(shù)可通過(guò)軟件方式方便設(shè)置，故可根據(jù)不同生理電信號(hào)設(shè)置不同參數(shù)，使設(shè)備具有復(fù)用性。本實(shí)用新型的有益效果是，為家庭環(huán)境提供了能同時(shí)滿足高采樣精度、便攜且能復(fù)用的生理電信號(hào)采集。

圖1是模擬前端模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。圖3是本實(shí)用新型的數(shù)字信號(hào)處理的軟件流程圖。圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例示意圖。圖5是使用本采集裝置測(cè)試腦電信號(hào)的波形圖。[0012]圖6是使用本采集裝置測(cè)試心電信號(hào)的波形圖。
具體實(shí)施方式
模擬前端模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由通道選擇單元、儀用放大器(A1-A8)、24bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC1-ADC8)數(shù)字邏輯單元、SPI接口和右腿驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。模擬前端模塊可以同時(shí)對(duì)8通道生理電信號(hào)進(jìn)行Mbit模數(shù)轉(zhuǎn)換。將通道選擇器配置為8通道輸入后，信號(hào)經(jīng)電極引入模擬前端模塊。首先，信號(hào)經(jīng)放大器(A1-A8)放大，同時(shí)引入右腿驅(qū)動(dòng)信號(hào)，抑制信號(hào)共模干擾。根據(jù)不同生理信號(hào)，放大倍數(shù)在1-12倍可調(diào)。然后，對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度對(duì)位，參考電壓為1.25V。那么，理論上，得到的數(shù)字信號(hào)每比特代表模擬電壓為1. 25/(224)V，約為75nV。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由SPI總線傳輸至微處理器控制模塊(STM32)。如圖2本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖所示，微處理器控制模塊(STM32)將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送至PC機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。為保證人體安全和減少電源紋波干擾， 模擬前端模塊和微處理器控制模塊采用電池供電，并與PC機(jī)之間電氣隔離。PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼的流程框圖如圖3所示。程序初始化后，根據(jù)要測(cè)量的具體生理電信號(hào)，加載不同的參數(shù)(如采樣頻率、導(dǎo)通頻率、截止頻率等)，并對(duì)模擬前端模塊進(jìn)行初始化。開始采樣后，程序?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，并將結(jié)果顯示出來(lái)。實(shí)施例在圖4所示實(shí)施例中，左側(cè)方框表示人體，三根曲線分別表示偵測(cè)電極、參考電極和右腿驅(qū)動(dòng)電極(圖中三根電極的電極位置僅起到示意作用，具體放置位置可參考心電導(dǎo)聯(lián)圖、腦電10-20導(dǎo)聯(lián)圖或肌電連線圖等文件)。數(shù)據(jù)采集單元由電池供電，直接采集混有干擾信號(hào)的生理電信號(hào)，通過(guò)電氣隔離，將數(shù)據(jù)傳輸給控制與數(shù)據(jù)處理單元，運(yùn)用數(shù)字濾波方式提取生理電信號(hào)，并將其顯示。圖5、圖6分別為腦電測(cè)試和心電測(cè)試的波形圖。
權(quán)利要求1.一種便攜式多功能生理電信號(hào)采集裝置，由模擬前端模塊ADSU98、微處理器控制模塊STM32、USB電氣隔離模塊ADUM4160和PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼構(gòu)成，其特征是模擬前端模塊ADSU98采集到的數(shù)字信號(hào)由SPI總線傳輸至微處理器控制模塊STM32，微處理器控制模塊STM32將數(shù)據(jù)通過(guò)由ADUM4160電氣隔離的USB鏈路傳送至PC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多功能生理電信號(hào)采集裝置，其特征是模擬前端模塊ADSU98、微處理器控制模塊STM32和USB電氣隔離模塊ADUM4160所組成的電路。
專利摘要一種高精度、可復(fù)用的便攜式生理電信號(hào)采集裝置。該裝置由模擬前端模塊(ADS1298)、微處理器控制模塊(STM32)、USB電氣隔離模塊(ADUM4160)和PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼構(gòu)成。生理電信號(hào)直接由模擬前端模塊進(jìn)行24bit模數(shù)轉(zhuǎn)換，并使用SPI總線傳送至微處理器控制模塊。微處理器控制模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB格式，通過(guò)電氣隔離的USB鏈路傳送至PC機(jī)。由PC機(jī)數(shù)字信號(hào)處理代碼進(jìn)行數(shù)字濾波，得到生理電信號(hào)。該方案用數(shù)字信號(hào)處理方式代替了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理方式，減小了系統(tǒng)體積，方便調(diào)節(jié)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的復(fù)用性，并提升了系統(tǒng)精度。
文檔編號(hào)A61B5/04GK202173396SQ20112025770
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者官金安, 陳亞光, 魏厚杰 申請(qǐng)人:官金安, 魏厚杰