專(zhuān)利名稱(chēng)：可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于儀器儀表設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，可應(yīng)用于脈搏信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
[0002]脈搏是由于心臟周期性收縮和舒張而在人體淺表動(dòng)脈引起的搏動(dòng)。脈搏信號(hào)是一種典型的生理信號(hào)，是具有周期性的確定性微弱信號(hào)，而且會(huì)隨人體各種生理病理因素及周?chē)h(huán)境條件的變化而不斷地出現(xiàn)一些微小的變化，這些微小的變化在醫(yī)學(xué)診斷中具有重要的意義。[0003]由于脈搏信號(hào)具有強(qiáng)干擾下的微弱信號(hào)、頻率低但能量相對(duì)集中、復(fù)雜易變等特點(diǎn)。脈搏信號(hào)的分析處理方法有時(shí)域分析方法、頻域分析方法和時(shí)頻域分析方法。時(shí)域和頻域分析比較普遍，時(shí)頻域分析方法并不多見(jiàn)。但實(shí)踐中，無(wú)論臨床實(shí)測(cè)還是計(jì)算所得到的脈搏波圖，都會(huì)受到傳感器精度或模型參數(shù)假設(shè)條件的限制，使曲線中某些特征中某些特征點(diǎn)或頻率分量丟失，從而影響在臨床中的應(yīng)用。[0004]脈搏檢測(cè)技術(shù)還根據(jù)仿生學(xué)原理研制能模擬中醫(yī)脈診模式脈搏傳感器，從而準(zhǔn)確地檢測(cè)人體的脈搏信號(hào)，為中醫(yī)脈診的客觀化研究奠定必要的基礎(chǔ)；將小波變換信號(hào)處理的方法，運(yùn)用于脈搏信號(hào)的分析和處理中，提取脈搏信號(hào)特征參數(shù)，從而完成仿中醫(yī)智能化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，向脈診的現(xiàn)代化跨出了一步，還推動(dòng)了醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)療診斷的不斷發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容[0005]發(fā)明目的[0006]本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種問(wèn)題，提出了一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，克服了上述缺陷，使中醫(yī)脈診更加客觀化。[0007]技術(shù)方案[0008]一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)并輸出模擬電壓信號(hào)的脈搏傳感器、將輸入的微弱的脈搏信號(hào)放大，并把信號(hào)傳輸?shù)?A/D轉(zhuǎn)換電路中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備的信號(hào)放大電路、為單片機(jī)采集信號(hào)做準(zhǔn)備的信號(hào)處理電路、以單片機(jī)為核心用來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換電路的相應(yīng)寄存器對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及采集脈搏脈沖設(shè)定采樣頻率進(jìn)行串口通訊的單片機(jī)控制電路、采用異步串行收發(fā)器及串口芯片來(lái)完成TTL電平到RS-232C電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)通信功能的通信接口電路、和把平均脈搏和瞬時(shí)脈搏顯示出來(lái)的顯示模塊。[0009]脈搏傳感器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路通過(guò)信號(hào)處理電路與單片機(jī)控制電路相連，單片機(jī)控制電路通過(guò)通信接口電路與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連，單片機(jī)控制電路還與顯示模塊相連接。[0010]所述信號(hào)放大電路為二級(jí)放大電路。[0011]所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路和整形電路。[0012]所述整形電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路。[0013]在整形電路與單片機(jī)控制電路之間還設(shè)有分頻器。[0014]優(yōu)點(diǎn)及效果[0015]本實(shí)用新型提出了一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)[0016](1)、靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)，減小了曲線中某些特征中某些特征點(diǎn)或頻率分量的丟失，從而減輕了在臨床中的應(yīng)用影響。[0017]O)、根據(jù)仿生學(xué)原理能夠模擬中醫(yī)脈診模式脈搏傳感器，從而準(zhǔn)確地檢測(cè)人體的脈搏信號(hào)，為中醫(yī)脈診的客觀化研究奠定必要的基礎(chǔ)。[0018](3)、將小波變換信號(hào)處理的方法，運(yùn)用于脈搏信號(hào)的分析和處理中，提取脈搏信號(hào)特征參數(shù)，使脈搏波形可視化，從而完成仿中醫(yī)智能化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，向脈診的現(xiàn)代化跨出了重要的一步，推動(dòng)了醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)療診斷的不斷發(fā)展。


[0019]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖2為脈搏傳感器接口電路示意圖。[0021]圖3為信號(hào)放大電路示意圖。[0022]圖4為A/D轉(zhuǎn)換電路示意圖。[0023]圖5為整形電路示意圖。[0024]圖6為單片機(jī)芯片示意圖。[0025]圖7為通信接口電路示意圖。[0026]圖8為顯示模塊示意圖。[0027]圖9為本實(shí)用新型工作流程圖。
具體實(shí)施方式
[0028]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明[0029]本實(shí)用新型提供了一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，用專(zhuān)門(mén)的硬件設(shè)備來(lái)采集人體脈搏信號(hào)，然后將采集到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體脈搏信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，如圖1 和圖2中所示，其特征在于該系統(tǒng)包括以下部分脈搏傳感器、信號(hào)放大電路、信號(hào)處理電路、單片機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換為與此對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)，輸出的是模擬電壓信號(hào)。信號(hào)放大電路將輸入的微弱的脈搏信號(hào)放大， 并把信號(hào)傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換電路中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。信號(hào)處理電路是為單片機(jī)的采集信號(hào)做準(zhǔn)備。單片機(jī)控制電路是以單片機(jī)為核心，用它來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換電路的相應(yīng)寄存器對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，以及采集脈搏脈沖，設(shè)定采樣頻率進(jìn)行串口通訊等操作。通信接口電路采用異步串行收發(fā)器及串口芯片來(lái)完成TTL電平到RS-232C電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)通信功能。顯示模塊能夠把平均脈搏和瞬時(shí)脈搏顯示出來(lái)。[0030]脈搏傳感器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路通過(guò)信號(hào)處理電路與單片機(jī)控制電路相連，單片機(jī)控制電路通過(guò)通信接口電路與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連，單片機(jī)控制電路還與顯示模塊相連接；個(gè)人計(jì)算內(nèi)設(shè)有用于接收單片機(jī)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成脈搏波形的軟件即脈搏信號(hào)記錄處理模塊。[0031]如圖3中所示，所述信號(hào)放大電路為二級(jí)放大電路。[0032]如圖4和圖5中所示，所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路和整形電路。[0033]所述整形電路可以為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路。[0034]在整形電路與單片機(jī)控制電路之間還可以設(shè)置分頻器。[0035]本實(shí)用新型這種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)，脈搏傳感器可以選擇靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)、過(guò)載能力大、一致性好、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)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(hào)，所以單片機(jī)要采集這個(gè)信號(hào)必須對(duì)此信號(hào)進(jìn)行放大和處理。[0036]信號(hào)放大電路將輸入的微弱的脈搏信號(hào)放大，并把信號(hào)傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換電路中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、取反、整形、對(duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行分頻等操作，如圖4所示，A/D轉(zhuǎn)換器可以采用高速、串行、12位的美信公司生產(chǎn)的maxlMlA/ D轉(zhuǎn)換器。[0037]放大信號(hào)放大電路中的放大器可以選擇由四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的 LM324。如圖3中所示，信號(hào)放大電路為二級(jí)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(diǎn)在于輸出信號(hào)和輸入信號(hào)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(hào)幅值太小，其他電路無(wú)法處理，所以要進(jìn)行放大，要放大到2V以上在進(jìn)行濾波，就不會(huì)因?yàn)闉V波對(duì)信號(hào)的衰減產(chǎn)生影響，所以放大倍數(shù)在10倍左右，所以輸出電壓約為0. 8V-4V之間。由于下一級(jí)的濾波器，信號(hào)最大值又衰減到了 400mv-600mv之間。為了后級(jí)電路工作正常，必須進(jìn)行第二級(jí)放大，根據(jù)后級(jí)反相器的需要，放大倍數(shù)約為5倍左右。[0038]濾波由于50hz的工頻電壓存在一些諧波成分會(huì)混入后面的A/D轉(zhuǎn)換電路，所以需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，而要濾除的是比有用信號(hào)頻率高的信號(hào)，所以采用低通濾波器， 為了節(jié)約成本可以采用無(wú)源低通濾波器。一般人的脈搏每分鐘達(dá)不到跳300次，所以能夠?yàn)V除大約^iz以上的頻率干擾即可達(dá)到要求。[0039]取反由于要將信號(hào)直接送入單片機(jī)，而單片機(jī)TTL高電平> 2.4V，低電平 <0.4V。但是經(jīng)過(guò)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(jī)去采集，可以使用741s04反相器來(lái)增加電壓驅(qū)動(dòng)，最大電壓達(dá)到2. 48v左右，這樣就使電壓值接近單片機(jī)的高電平，將信號(hào)送入單片機(jī)。[0040]整形直接采集過(guò)來(lái)的信號(hào)是模擬信號(hào)，而單片機(jī)采集的是數(shù)字信號(hào)，所以可以采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形處理，例如芯片可以使用555定時(shí)器。[0041]分頻在整形電路與單片機(jī)控制電路之間還可以設(shè)置分頻器，這樣設(shè)置是因?yàn)閷?duì)整形后的信號(hào)進(jìn)行分頻可以起到延緩單片機(jī)的采集時(shí)間，還可以進(jìn)行消陡的作用。二分頻可以使用JK觸發(fā)器。[0042]如圖6中所示，單片機(jī)控制電路中的單片機(jī)是由ATMEL公司生產(chǎn)的與MCS-51系列兼容的AT89S52單片機(jī)，其特點(diǎn)是采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)的CMOS工藝制造， 并帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器。[0043]單片機(jī)控制電路是通過(guò)通信接口電路與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連的，如圖7中所示，單片機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸使用的通信接口電路為MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器(SBUF)。這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫(xiě)入，而發(fā)送緩沖器則只能寫(xiě)入不能讀出，它們的地址為99H。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)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(zhuǎn)換器MAX-232， 就能夠非常方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。[0044]如圖8中所示，顯示模塊采用IXD1602雙行液晶顯示模塊，它是液晶顯示產(chǎn)品的另外一種形式，由液晶顯示器件、連接件、驅(qū)動(dòng)和控制集成電路、PCB線路板、背光源和結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的一種組件，英文稱(chēng)其為“LCDModule，，或簡(jiǎn)稱(chēng)“LCM”。點(diǎn)陣像素排布和顯示功能的不同，本實(shí)用新型可以采用點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊。[0045]本實(shí)用新型通過(guò)二級(jí)放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路，JK觸發(fā)器分頻電路以及 MAX1241模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，在IXD1602上顯示測(cè)量脈搏數(shù)，同時(shí)通過(guò)AT89S52的串行通信接口和個(gè)人計(jì)算機(jī)(上位機(jī))的RS-232-C接口通信，把脈搏信號(hào)送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理，顯示波形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體脈搏信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。如圖9中所示，本實(shí)用新型工作流程中采集數(shù)據(jù)由兩部分組成，分別是ADC數(shù)據(jù)采集部分和脈搏周期采集部分，ADC采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)顯示波形，而脈搏周期采集的數(shù)據(jù)用來(lái)顯示平均脈沖和瞬時(shí)脈沖。 脈搏周期采集，每2ms采集一次，即Is中采集500次，這對(duì)于脈搏信號(hào)來(lái)講，已經(jīng)足夠了。[0046]當(dāng)可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)不與個(gè)人計(jì)算機(jī)(上位機(jī))相連時(shí)，還可以作為一個(gè)改進(jìn)型的便攜式電子脈搏計(jì)使用。
權(quán)利要求1.一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)并輸出模擬電壓信號(hào)的脈搏傳感器、將輸入的微弱的脈搏信號(hào)放大，并把信號(hào)傳輸?shù)紸/D 轉(zhuǎn)換電路中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備的信號(hào)放大電路、為單片機(jī)采集信號(hào)做準(zhǔn)備的信號(hào)處理電路、以單片機(jī)為核心用來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換電路的相應(yīng)寄存器對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及采集脈搏脈沖設(shè)定采樣頻率進(jìn)行串口通訊的單片機(jī)控制電路、采用異步串行收發(fā)器及串口芯片來(lái)完成TTL電平到RS-232C電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)通信功能的通信接口電路、和把平均脈搏和瞬時(shí)脈搏顯示出來(lái)的顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于脈搏傳感器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路通過(guò)信號(hào)處理電路與單片機(jī)控制電路相連，單片機(jī)控制電路通過(guò)通信接口電路與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連，單片機(jī)控制電路還與顯示模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)放大電路為二級(jí)放大電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路和整形電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述整形電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于在整形電路與單片機(jī)控制電路之間還設(shè)有分頻器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于儀器儀表設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，主要是涉及一種可視化脈搏測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下部分脈搏傳感器、信號(hào)放大電路、信號(hào)處理電路、單片機(jī)控制電路、通信接口電路和顯示模塊。通過(guò)采集人體脈搏信號(hào)，然后將采集到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體脈搏信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)了中醫(yī)脈診的客觀化。
文檔編號(hào)A61B5/02GK202288269SQ20112039398
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者盧超, 彭超磊 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院