一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，所述采集裝置包括前端Spring有源干電極、AD轉(zhuǎn)換器、ARM處理器、通信模塊、電池供電模塊和上位機(jī)波形顯示模塊，所述Spring有源干電極連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、交換，ARM處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)波形顯示模塊。該技術(shù)方案中電極使用的是自主設(shè)計(jì)的Spring干電極，信號(hào)采集系統(tǒng)由ARM處理器和ADS1298模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，通道可以做到16個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸采用三種通信方式，USB通信方式、串口通信方式和無(wú)線通信方式。整個(gè)裝置體積較小，精度高，便于攜帶。
【專利說明】一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)采集裝置，具體地說是一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，屬于輔助醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]生物電信號(hào)采集處理裝置是生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)科領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，學(xué)科交叉和滲透最為明顯的技術(shù)熱點(diǎn)之一，綜合應(yīng)用電子學(xué)有關(guān)工程技術(shù)的理論和方法，從工程科學(xué)的角度研究人體的結(jié)構(gòu)和功能，以及功能與結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系。作為交叉學(xué)科，一方面將電子學(xué)用于生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，豐富了生物電信號(hào)提取采集的方式，也使這些領(lǐng)域的研究方式更加精確和科學(xué)；另一方面揭示生命體運(yùn)作過程中出現(xiàn)的許多規(guī)律，特別是經(jīng)過億萬(wàn)年進(jìn)化而形成的生物信息處理的優(yōu)異特性將會(huì)給電子學(xué)科以重要的啟示，這不僅會(huì)推動(dòng)電子學(xué)的發(fā)展，還將會(huì)使信息科學(xué)發(fā)生革命性的變革。
[0003]生物電信號(hào)大多處于微伏級(jí)，對(duì)生物信號(hào)的米集大多使用兩種方案，一種方案是提高前置放大器的放大倍數(shù)，配合低精度的AD轉(zhuǎn)換芯片來(lái)采集信號(hào)。另外一種方案是前置放大器為低增益狀態(tài)，配合高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片來(lái)采集信號(hào)。第一種方案雖然簡(jiǎn)便，可是系統(tǒng)本身會(huì)引入比生物信號(hào)大得多的噪聲，并且選擇很高的增益，干擾信號(hào)會(huì)使得放大器飽和，難以濾出。目前，大多數(shù)采集生物信號(hào)的設(shè)備由于每個(gè)通道都包含模擬濾波、放大模塊，并且通道較多、AD轉(zhuǎn)換精度較高，所以體積較龐大，不便于攜帶。因此，迫切的需要一種新的技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易多參數(shù)生物電信號(hào)采集裝置，電極使用的是自主設(shè)計(jì)的Spring干電極，信號(hào)采集系統(tǒng)由ARM處理器和ADS1298模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，通道可以做到16個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸采用三種通信方式，USB通信方式、串口通信方式和無(wú)線通信方式。整個(gè)裝置體積較小，精度高，便于攜帶。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述采集裝置包括前端Spring有源干電極、AD轉(zhuǎn)換器、ARM處理器、通信模塊、電池供電模塊和上位機(jī)波形顯示模塊，所述Spring有源干電極連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、交換，ARM處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)波形顯示模塊。
[0006]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述通信模塊設(shè)置為USB通信模塊、串口通信模塊、無(wú)線通信模塊三種模塊中的至少一個(gè)。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，Spring有源電極設(shè)置為帶有彈簧的指狀針作為信號(hào)引入裝置。在接觸頭皮時(shí)，彈簧伸縮會(huì)使得頭皮感覺到的壓力減小，也能確保電極與頭皮緊密接觸。由于無(wú)需涂抹導(dǎo)電膏，導(dǎo)致頭皮與電極之間的阻抗很大，所以要求后級(jí)前置放大器的輸入阻抗必須足夠大。有源電極是在普通電極的基礎(chǔ)上附加上有源電路以增加電流，主要是通過高輸入阻抗、低輸出阻抗的緩沖放大器實(shí)現(xiàn)的。本技術(shù)方案選擇低功耗精密放大器TLV2262，為了不讓干擾信號(hào)將放大器飽和，放大器在低增益狀態(tài)下應(yīng)用，選擇放大倍數(shù)在5到10倍，并在電極電路中加如了一級(jí)低通濾波器，一級(jí)MFB即無(wú)限增益多路反饋，高通濾波器。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述ARM處理器配置AD轉(zhuǎn)換器的工作方式、接收AD轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過USB模塊、串口模塊或無(wú)線模塊發(fā)送到上位機(jī)上顯示，所述ARM處理器為STM32處理器，32位處理器，工作頻率為72MHz。每片ADS1298有8通道的差分輸入，用于輸入前端電極采集的生物電信號(hào)。通過SPI總線讀寫寄存器的方式可以配置芯片具體的工作方式，如:使能或禁能采集通道、各個(gè)功能模塊，如右腿驅(qū)動(dòng)、威爾遜中心電端、內(nèi)部參考源和晶振等，配置采集通道參數(shù)，如PGA倍數(shù)、采樣頻率等和配置芯片的工作模式。ARM處理器設(shè)置為STM32處理器，32位處理器，工作頻率為72MHz，外設(shè)豐富，滿足此系統(tǒng)所需要的GPIO、SPI和USART功能模塊。GPIO和SPI外設(shè)模塊聯(lián)合控制ADS1298、NFR24L01和CH372 USB模塊的工作方式和數(shù)據(jù)傳輸。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置為ADS1298進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其有24bit的高精度delta-sigma ( Λ - Σ)型ADC，其采樣頻率為250SPS~32kSPS，具有8通道，各通道含可編程放大器，其放大倍數(shù)在f 12倍可調(diào)，內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)放大器和威爾遜中心電端；采用SPI總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。BIAS_RLD_1接芯片的右腿驅(qū)動(dòng)引腳，ADS1298內(nèi)置了右腿驅(qū)動(dòng)電路，為了減少差分輸入的共模干擾。ReferenCe_0ut接入8個(gè)通道的反向端，為差分輸入提供參考源。然后電極通過各通道的同向端輸入生物電信號(hào)。選擇AD轉(zhuǎn)換的參考電壓為2.4V，這樣AD的轉(zhuǎn)換精度可以達(dá)到0.14 μ V。
[0010]作為本發(fā)明的一種 改進(jìn)，所述USB通信模塊設(shè)置為CH372芯片，輔助STM32處理器進(jìn)行USB通信。CH372是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片，內(nèi)置了 USB通訊中的底層協(xié)議，所以本地端處理器只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，配置程序非常簡(jiǎn)潔。8位數(shù)據(jù)從D(T7 口并行輸入進(jìn)入CH372，外部時(shí)鐘12M被芯片倍頻到48M作為傳輸時(shí)鐘。然后UD+和UD-引腳通過USB口向上位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述串口通信模塊設(shè)置為CH340芯片，波特率設(shè)置為460800kb/s。本發(fā)明的串口通信模塊選擇STM32本身的外設(shè)USART功能，CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線。數(shù)據(jù)傳輸波特率設(shè)置為460800kb/s，本系統(tǒng)通過TXD 口寫數(shù)據(jù)，通過RXD 口讀數(shù)據(jù)，然后UD+和UD-引腳通過USB 口向上位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述無(wú)線通信模塊設(shè)置為單片無(wú)線收發(fā)器芯片NRF24L01，頻段為2.4GHz^2.5GHz，通信接口為SPI同步串行通信接口，最大傳輸速率為10Mb/s。無(wú)線設(shè)備通信方式采用下位機(jī)發(fā)送設(shè)備，接收器接收數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)串口然后發(fā)送給PC機(jī)處理。NRF24L01通過SPI協(xié)議與STM32進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸。本無(wú)線模塊要配對(duì)使用，接收端也是NRF24L01模塊，然后通過USB 口或串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0013]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電源模塊設(shè)置為充電鋰電池供電模塊，電池選擇電壓為3.7V，電池充電模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC4065線性充電器芯片，電量檢測(cè)模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC2941芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量。電源管理芯片選擇LINEAR公司的LTC1763-3來(lái)產(chǎn)生3V的電壓，工作電路如圖10所示，選用LTC1763-2.5來(lái)輸出2.5V的電壓，工作電路如圖11所示，選用LTC1614芯片輸出-2.5V的電壓，工作電路如圖12所示。電源分配的這三個(gè)不同的電壓值用來(lái)供給系統(tǒng)ARM處理器、ADS1298、USB模塊、無(wú)線模塊、串口模塊和Spring有源干電極工
作使用。
[0014]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述采集裝置的印刷電路板設(shè)置為四層布板結(jié)構(gòu)，第一層(TopLayer)為信號(hào)布線層，第二層(Inner_lLayer)為模擬地和數(shù)字地層，第三層(Inner_2Layer)為電源層,第四層(BottomLayer)為信號(hào)布線層,第一層設(shè)置有STM32處理器、第一片ADS1298模塊、串口通信模塊和USB通信模塊，第二層設(shè)置有模擬地和數(shù)字地覆銅塊，第三層設(shè)置有電源層的分布?jí)K，第四層設(shè)置有第二片ADS1298模塊和無(wú)線通信模塊。當(dāng)在頂層和底層都需要放置元器件，而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大，耦合不佳時(shí)，就需要考慮哪一層布置的信號(hào)線較少。對(duì)于本發(fā)明的布線方案而言，底層的信號(hào)線較少，可以采用大面積的銅膜來(lái)與POWER層耦合。而對(duì)于布線接地原則，一般都是就近接地，但要區(qū)分模擬和數(shù)字地:模擬器件就接模擬地，數(shù)字器件就接數(shù)字地，大信號(hào)地和小信號(hào)地也分開來(lái)，并且模擬地與數(shù)字地之間用磁珠連接。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，I)整個(gè)裝置設(shè)置巧妙，體積小、精度高、便于攜帶；2)自主設(shè)計(jì)的Spring有源干電極,Spring電極是選擇帶有彈簧的指狀針作為信號(hào)引入裝置，在接觸頭皮時(shí)，彈簧伸縮會(huì)使得頭皮感覺到的壓力減小，也能確保電極與頭皮緊密接觸。由于無(wú)需涂抹導(dǎo)電膏，導(dǎo)致頭皮與電極之間的阻抗很大，所以要求后級(jí)前置放大器的輸入阻抗必須足夠大。有源電極是在普通電極的基礎(chǔ)上附加上有源電路以增加電流，主要是通過高輸入阻抗、低輸出阻抗的緩沖放大器實(shí)現(xiàn)的。前置放大器工作電路采用經(jīng)過低通濾波器、緩沖器和MFB (無(wú) 限增益多路反饋)高通濾波器，然后輸出到ADS1298各個(gè)通道，這種電極電路有效的避免了高、低頻干擾、減少在測(cè)量過程中的人為誤差，也可以減少基線的偏移，使得輸出信號(hào)在0.8HZ到150Hz頻帶之內(nèi)的生物信號(hào)能完整無(wú)失真的測(cè)出；3) AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置為24bit的高精度delta-sigma (Δ-Σ)型低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1298，采樣頻率可工作在250SPS~32kSPS，具有8個(gè)采集通道，各通道含可編程放大器，其放大倍數(shù)在廣12倍可調(diào)。內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)放大器和威爾遜中心電端；采用SPI總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？梢圆杉綆孜⒎奈⑷跣盘?hào)，完全適合各種生物電信號(hào)的采集，STM32處理器時(shí)鐘頻率可以達(dá)到72M，具有豐富的外設(shè)功能，兼容與ADS1298的數(shù)據(jù)交換模式，也能滿足數(shù)據(jù)的快速傳輸；4)通信模塊中，三種通信方式可以根據(jù)自己的條件選擇，當(dāng)測(cè)量心電信號(hào)時(shí)，可以選擇串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)量腦電信號(hào)時(shí)，可以選擇USB通信進(jìn)行數(shù)據(jù)高速傳輸，當(dāng)遠(yuǎn)距離測(cè)量或有線傳輸數(shù)據(jù)不方便時(shí)，可以選擇無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；5)電池供電系統(tǒng)，選擇鋰電池供電，可以縮小系統(tǒng)的體積，使用方便，也方便攜帶，供電系統(tǒng)含有充電系統(tǒng)，選擇可充電的鋰電池，減少了干電池的浪費(fèi)與污染。6)整個(gè)系統(tǒng)選擇高度集成化的低功耗芯片，容易在市場(chǎng)上獲得，系統(tǒng)的體積也能設(shè)計(jì)得更小，本發(fā)明的采集系統(tǒng)板尺寸為33mm*57mm，供電系統(tǒng)板尺寸為27mm*25mm，電池尺寸為60mm*35mm，并且功耗也比較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。[0017]圖2為本發(fā)明的Spring干電極實(shí)物圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的電極工作電路圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的STM32主系統(tǒng)工作電路圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的ADS1298工作電路圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的USB模塊的工作電路圖。
[0022]圖7為本發(fā)明的串口通信模塊的工作電路圖。
[0023]圖8為本發(fā)明的下位機(jī)無(wú)線發(fā)送模塊工作電路圖。
[0024]圖9為本發(fā)明的電池充電模塊。
[0025]圖10為本發(fā)明的3V電壓產(chǎn)生電路。
[0026]圖11為本發(fā)明的2.5V電壓產(chǎn)生電路。
[0027]圖12為本發(fā)明的-2.5V電壓產(chǎn)生電路。
[0028]圖13為本發(fā)明的8通道的波形顯示界面。
[0029]圖14為本發(fā)明的16通道的波形顯示界面。
[0030]圖15為本發(fā)明印刷電路板分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解和認(rèn)識(shí)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述和介紹。
[0032]實(shí)施例1:參見圖1，一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，所述采集裝置包括前端Spring有源干電極、AD轉(zhuǎn)換器、ARM處理器、通信模塊、電池供電模塊和上位機(jī)波形顯示模塊，所述Spring有源干電極連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、交換，ARM處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)波形顯示模塊，所述通信模塊設(shè)置為USB通信模塊、串口通信模塊、無(wú)線通信模塊三種模塊中的至少一種方式，一般三種方式同時(shí)設(shè)置，三種通信方式可以根據(jù)自己的條件選擇，當(dāng)測(cè)量心電信號(hào)時(shí)，可以選擇串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)量腦電信號(hào)時(shí)，可以選擇USB通信進(jìn)行數(shù)據(jù)高速傳輸，當(dāng)遠(yuǎn)距離測(cè)量或有線傳輸數(shù)據(jù)不方便時(shí)，可以選擇無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，精度高，并且非常方便。
[0033]實(shí)施例2:參見圖2，圖3，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，Spring有源電極設(shè)置為帶有彈簧的指狀針作為信號(hào)引入裝置。在接觸頭皮時(shí)，彈簧伸縮會(huì)使得頭皮感覺到的壓力減小，也能確保電極與頭皮緊密接觸，電極實(shí)物如圖2所示，由于無(wú)需涂抹導(dǎo)電膏，導(dǎo)致頭皮與電極之間的阻抗很大，所以要求后級(jí)前置放大器的輸入阻抗必須足夠大。有源電極是在普通電極的基礎(chǔ)上附加上有源電路以增加電流，主要是通過高輸入阻抗、低輸出阻抗的緩沖放大器實(shí)現(xiàn)的。本技術(shù)方案選擇低功耗精密放大器TLV2262，工作電路如圖3所示，為了不讓干擾信號(hào)將放大器飽和，放大器在低增益狀態(tài)下應(yīng)用，選擇放大倍數(shù)在5到10倍，并在電極電路中加如了一級(jí)低通濾波器，一級(jí)MFB即無(wú)限增益多路反饋，高通濾波器。
[0034]實(shí)施例3:參見圖1，圖4，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述ARM處理器配置AD轉(zhuǎn)換器的工作方式、接收AD轉(zhuǎn)換器傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過USB模塊、串口模塊或無(wú)線模塊發(fā)送到上位機(jī)上顯示，所述ARM處理器為STM32處理器，32位處理器，工作頻率為72MHz。每片ADS1298有8通道的差分輸入，用于輸入前端電極采集的生物電信號(hào)。通過SPI總線讀寫寄存器的方式可以配置芯片具體的工作方式，如:使能或禁能采集通道、各個(gè)功能模塊，如右腿驅(qū)動(dòng)、威爾遜中心電端、內(nèi)部參考源和晶振等，配置采集通道參數(shù)，如PGA倍數(shù)、采樣頻率等和配置芯片的工作模式。ARM處理器設(shè)置為STM32處理器，32位處理器，工作頻率為72MHz，外設(shè)豐富，滿足此系統(tǒng)所需要的GPIO、SPI和USART功能模塊。GPIO和SPI外設(shè)模塊聯(lián)合控制ADS1298、NFR24L01和CH372 USB模塊的工作方式和數(shù)據(jù)傳輸，電路如圖4所示。
[0035]實(shí)施例4:參見圖5，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置為ADS1298進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其有24bit的高精度delta-sigma ( Λ - Σ)型ADC，其采樣頻率為250SPS~32kSPS，具有8通道，各通道含可編程放大器，其放大倍數(shù)在f 12倍可調(diào)，內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)放大器和威爾遜中心電端；采用SPI總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其工作電路如圖5所示。BIAS_RLD_1接芯片的右腿驅(qū)動(dòng)引腳，ADS1298內(nèi)置了右腿驅(qū)動(dòng)電路，為了減少差分輸入的共模干擾，ReferenCe_0ut接入8個(gè)通道的反向端，為差分輸入提供參考源。然后電極通過各通道的同向端輸入生物電信號(hào)。選擇AD轉(zhuǎn)換的參考電壓為2.4V，這樣AD的轉(zhuǎn)換精度可以達(dá)到
0.14 μ V。
[0036]實(shí)施例5:參見圖6，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述USB通信模塊設(shè)置為CH372芯片，輔助STM32處理器進(jìn)行USB通信。CH372是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片，內(nèi)置了USB通訊中的底層協(xié)議，所以本地端處理器只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，配置程序非常簡(jiǎn)潔。USB通信模塊工作電路如圖6所示，8位數(shù)據(jù)從D(T7 口并行輸入進(jìn)入CH372，外部時(shí)鐘12M被芯片倍頻到48M作為傳輸時(shí)鐘。然后UD+和UD-引腳通過USB 口向上位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0037]實(shí)施例6:參見圖7，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述串口通信模塊設(shè)置為CH340芯片，波特率設(shè)置為460800kb/s。本發(fā)明的串口通信模塊選擇STM32本身的外設(shè)USART功能，CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口。在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線。串口通信模塊的工作 電路圖如圖7所示，數(shù)據(jù)傳輸波特率設(shè)置為460800kb/s，本系統(tǒng)通過TXD 口寫數(shù)據(jù)，通過RXD 口讀數(shù)據(jù)，然后UD+和UD-引腳通過USB 口向上位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0038]實(shí)施例7:參見圖8，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述無(wú)線通信模塊設(shè)置為單片無(wú)線收發(fā)器芯片NRF24L01，頻段為2.4GHz^2.5GHz，通信接口為SPI同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s。無(wú)線設(shè)備通信方式采用下位機(jī)發(fā)送設(shè)備，接收器接收數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)串口然后發(fā)送給PC機(jī)處理，下位機(jī)無(wú)線發(fā)送模塊工作電路如圖8所示，NRF24L01通過SPI協(xié)議與STM32進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸。本無(wú)線模塊要配對(duì)使用，接收端也是NRF24L01模塊，然后通過USB 口或串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0039]實(shí)施例8:參見圖9-圖12，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電源模塊設(shè)置為充電鋰電池供電模塊，電池選擇電壓為3.7V，電池充電模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC4065線性充電器芯片，電量檢測(cè)模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC2941芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量，工作電路如圖9所示。電源管理芯片選擇LINEAR公司的LTC1763-3來(lái)產(chǎn)生3V的電壓，工作電路如圖10所示，選用LTC1763-2.5來(lái)輸出2.5V的電壓，工作電路如圖11所示，選用LTC1614芯片輸出_2.5V的電壓，工作電路如圖12所示。電源分配的這三個(gè)不同的電壓值用來(lái)供給系統(tǒng)ARM處理器、ADS1298、USB模塊、無(wú)線模塊、串口模塊和Spring有源干電極工作使用。
[0040]實(shí)施例9:參見圖13-圖14，生物電信號(hào)波形顯示模塊，顯示模塊選用美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開發(fā)一款LABVIEW軟件，LABVIEff軟件使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，其編寫的波形顯示界面如圖13為8通道和圖14為16通道所示。[0041]實(shí)施例10:參見圖15，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述采集裝置的印刷電路板設(shè)置為四層布板結(jié)構(gòu)，第一層(TopLayer)為信號(hào)布線層,第二層(Inner_lLayer)為模擬地和數(shù)字地層，第三層(Inner_2Layer)為電源層,第四層(BottomLayer)為信號(hào)布線層,第一層設(shè)置有STM32處理器、第一片ADS1298模塊、串口通信模塊和USB通信模塊，第二層設(shè)置有模擬地和數(shù)字地覆銅塊，第三層設(shè)置有電源層的分布?jí)K，第四層設(shè)置有第二片ADS1298模塊和無(wú)線通信模塊。當(dāng)在頂層和底層都需要放置元器件，而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大，耦合不佳時(shí)，就需要考慮哪一層布置的信號(hào)線較少。對(duì)于本發(fā)明的布線方案而言，底層的信號(hào)線較少，可以采用大面積的銅膜來(lái)與電源層耦合。而對(duì)于布線接地原則，一般都是就近接地，但要區(qū)分模擬和數(shù)字地:模擬器件就接模擬地，數(shù)字器件就接數(shù)字地，大信號(hào)地和小信號(hào)地也分開來(lái)，并且模擬地與數(shù)字地之間用磁珠連接。該電路板整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，分布更加緊湊、合理，大大減小了采集裝置的體積。
[0042]本發(fā)明還可以將實(shí)施例2、3、4、5、6、7、8、9、10所述技術(shù)特征中的至少一個(gè)與實(shí)施
例I組合形成新的實(shí)施方式。
[0043] 需要說明的是上述實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述采集裝置包括前端Spring有源干電極、AD轉(zhuǎn)換器、ARM處理器、通信模塊、電池供電模塊和上位機(jī)波形顯示模塊，所述Spring有源干電極連接AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、交換，ARM處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)波形顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述通信模塊設(shè)置為USB通信模塊、串口通信模塊、無(wú)線通信模塊三種模塊中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，Spring有源電極設(shè)置為帶有彈簧的指狀針作為信號(hào)引入裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述ARM處理器配置AD轉(zhuǎn)換器的工作方式、接收AD轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過USB模塊、串口模塊或無(wú)線模塊發(fā)送到上位機(jī)上顯示，所述ARM處理器為STM32處理器，數(shù)量為兩個(gè)，32位處理器，工作頻率為72MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置為ADS1298進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其有24bit的高精度delta-sigma (Δ-Σ)型ADC，其采樣頻率為250SPS~32kSPS，具有8通道，各通道含可編程放大器，其放大倍數(shù)在f 12倍可調(diào)，內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)放大器和威爾遜中心電端；采用SPI總線與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述USB通信模塊設(shè)置為CH372芯片，輔助STM32處理器進(jìn)行USB通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述串口通信模塊設(shè)置為CH340芯片，波特率設(shè)置為460800kb/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述無(wú)線通信模塊設(shè)置為單片無(wú)線收發(fā)器芯片NRF24L01，頻段為2.4GHz^2.5GHz，通信接口為SPI同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述電源模塊設(shè)置為充電鋰電池供電模塊，電池選擇電壓為3.7V，電池充電模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC4065線性充電器芯片，電量檢測(cè)模塊設(shè)置為L(zhǎng)TC2941芯片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多參數(shù)生物電生理信號(hào)采集裝置，其特征在于，所述采集裝置的印刷電路板設(shè)置為四層布板結(jié)構(gòu)，第一層(TopLayer)為信號(hào)布線層，第二層(Inner_lLayer)為模擬地和數(shù)字地層，第三層(Inner_2Layer)為電源層，第四層(BottomLayer)為信號(hào)布線層，第一層設(shè)置有STM32處理器、第一片ADS1298模塊、串口通信模塊和USB通信模塊，第二層設(shè)置有模擬地和數(shù)字地覆銅塊，第三層設(shè)置有電源層的分布?jí)K，第四層設(shè)置有第二片ADS1298模塊和無(wú)線通信模塊。
【文檔編號(hào)】A61B5/0478GK103961093SQ201410208067
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月18日
【發(fā)明者】吳正平, 馬梅方, 貢旭彬, 李衛(wèi)東 申請(qǐng)人:吳正平, 南京格瑞斯電子科技有限公司