本發(fā)明涉及醫(yī)療領域中的一種信號采集系統(tǒng)，具體是一種多通道混合信號采集系統(tǒng)。

背景技術：

對于上肢康復機器人領域，國內尚處于起步研發(fā)階段，產品主要分布在純機械結構領域和帶數據采集系統(tǒng)的半自動化和自動化領域。對應的純機械結構產品調動不了患者參與的主動積極性；對應帶數據采集系統(tǒng)的產品往往采用的是專用的數據采集裝置，需要定制且不具有普遍性和通用性，數據采集系統(tǒng)也相應的需要根據數據采集裝置進行定制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多通道混合信號采集系統(tǒng)，其考慮到了上肢康復機器人中需要對運動學信號、力學信號進行采集，并且采用的是通用的采集裝置，采集裝置的輸出數據類型可以是模擬量也可以是數字量。

本發(fā)明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種多通道混合信號采集系統(tǒng)，其應用于上肢康復機器人，所述上肢康復機器人具有單圈角度傳感器、多圈角度傳感器、壓力傳感器；所述多通道混合信號采集系統(tǒng)包括多路數據采集模塊、多路數據處理模塊、多路數據傳輸模塊；

所述多路數據采集模塊包括單圈角度傳感器數值采集單元、壓力傳感器數值采集單元、多圈角度傳感器數值采集單元；所述單圈角度傳感器數值采集單元讀取所述單圈角度傳感器的采樣值；所述壓力傳感器數值采集單元讀取所述壓力傳感器的采樣值；所述多圈角度傳感器數值采集單元讀取所述多圈角度傳感器的采樣值；

所述多路數據處理模塊包括采集值轉換成電壓值單元、電壓值轉換成角度值單元、電壓值轉換成壓力值單元、字符串數據解析單元、多圈傳感器值轉換成實際關節(jié)角度值單元；所述采集值轉換成電壓值單元通過所述單圈角度傳感器數值采集單元將所述單圈角度傳感器的采樣值轉換成采樣點實際對應的電壓值一，其還通過所述壓力傳感器數值采集單元將所述壓力傳感器的采樣值轉換成采樣點實際對應的電壓值二；所述電壓值轉換成角度值單元通過采用在所述采集值轉換成電壓值單元中獲取的采樣點實際對應的電壓值一，根據所述單圈角度傳感器的自身參數將采樣點實際對應的電壓值一轉換成所述上肢康復機器人的上肢關節(jié)轉動的角度；所述電壓值轉換成壓力值單元通過采用在所述采集值轉換成電壓值單元中獲取的采樣點實際對應的電壓值二，根據所述壓力傳感器的自身參數將采樣點實際對應的電壓值二轉換成所述上肢康復機器人的手部施加的握力；所述字符串數據解析單元通過讀取所述多圈角度傳感器數值采集單元中獲得的所述多圈角度傳感器的采樣值，根據所述多圈角度傳感器的數據協(xié)議解析出所述多圈傳感器的轉軸的實際轉動圈數數據和不滿一圈時的角度數據；所述多圈傳感器值轉換成實際關節(jié)角度值單元通過所述字符串數據解析單元中得到的實際轉動圈數數據和不滿一圈時的角度數據，與所述上肢康復機器人的齒輪傳動比結合，換算成實際采樣時刻關節(jié)的實際轉動位置；

所述多路數據傳輸模塊包括自定義協(xié)議組包單元、數據填充發(fā)送單元、uart通信單元；所述自定義協(xié)議組包單元實現(xiàn)數組的組包；所述數據填充發(fā)送單元將所述多路數據處理模塊中獲得的對應傳感器及其數據，放在所述自定義協(xié)議組包單元的數據區(qū)的編碼和數據位置，并將相應數據的幀數據交由所述uart通信單元發(fā)送。

作為上述方案的進一步改進，所述自定義協(xié)議組包單元按照幀頭_數據長度_數據區(qū)_幀校驗_幀尾的數據幀格式，進行數組的組包。

進一步地，所述數據區(qū)為編碼+數據的數據幀格式。

作為上述方案的進一步改進，所述數據填充發(fā)送單元相應數據的幀數據發(fā)送到一個串口的發(fā)送寄存器，所述標準uart通信單元將所述發(fā)送寄存器的數值通過所述串口發(fā)送。

進一步地，所述單圈角度傳感器數值采集單元通過spi協(xié)議，從ad芯片中讀取所述單圈角度傳感器的采樣值。

再進一步地，所述壓力傳感器數值采集單元通過spi協(xié)議，從ad芯片中讀取所述壓力傳感器的采樣值。

優(yōu)選地，所述多圈角度傳感器數值采集單元通過uart協(xié)議，讀取所述多圈角度傳感器的采樣值。

再優(yōu)選地，步驟s101、系統(tǒng)上電之后，將系統(tǒng)初始化一下，初始化部分包括通信接口的初始化，各模塊初始化及寄存器的初始化；

步驟s102、初始化完成之后，系統(tǒng)進入循環(huán)掃描階段，直到掃描到spi或者uart2通信中斷標志位，進入通信中斷處理程序；

步驟s103、判斷是spi通信中斷標志位，進入主控制程序中的spi通信中斷處理程序，再執(zhí)行步驟s105，讀取spi總線傳輸的數據，數據讀取完成設置標志位成默認狀態(tài)，此時讀取的數據是模擬量傳感器輸出數據的轉換值；

步驟s104、判斷是uart2通信中斷標志位，進入主控制程序中的uart2通信中斷程序，再執(zhí)行步驟s106，讀取uart2總線傳輸的數據，讀取完成后設置標志位成默認狀態(tài)，此時讀取的數據是包含多圈傳感器轉動圈數和不足一圈時的角度數據的字符串；

步驟s107、接收完通信總線傳輸的數據后，主控制程序將存儲的傳感器數據發(fā)送至多路數據處理模塊，供所述多路數據處理模塊對采集的數據做進一步的處理；

步驟s109、所述多路數據處理模塊處理完成后，主控制程序將處理后的數據發(fā)送至所述多路數據傳輸模塊，供所述多路數據傳輸模塊組包使用；

步驟s111、組包數據發(fā)送至主控制程序的串口驅動中的發(fā)送寄存器中，發(fā)送給上位機。

再優(yōu)選地，步驟s107之后，執(zhí)行步驟s108，判斷數據處理是否完成，完成則執(zhí)行步驟s109，否則返回步驟s107。

再優(yōu)選地，步驟s109之后，執(zhí)行步驟s110，判斷數據是否發(fā)送至寄存器，是則執(zhí)行步驟s111，否則返回步驟s109。

本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)用于解決上肢康復機器人的關節(jié)運動及手部握力數據的采集、處理及傳輸，針對上肢康復機器人的上肢全自由度數據及手部壓力數據進行信號采集，可以用于全模擬量的數據采集，也可以用于模擬量和數據量混合的數據采集，采集信號包括運動學信號和力學信號，在采用通用型采集裝置時，通過本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)也可以在上位機上真實的還原上肢運動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)的框圖。

圖2為圖1中多通道混合信號采集系統(tǒng)的運行及數據流向的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)應用于上肢康復機器人，上肢康復機器人具有單圈角度傳感器、多圈角度傳感器、壓力傳感器，單圈角度傳感器檢測上肢康復機器人的上肢關節(jié)轉動的角度，多圈角度傳感器檢測上肢康復機器人的手部施加的握力，壓力傳感器檢測上肢康復機器人的轉軸的實際轉動圈數數據和不滿一圈時的角度數據，也即是本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)針對上肢康復機器人的上肢全自由度數據及手部壓力數據進行信號采集。

請參閱圖1，本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)包括多路數據采集模塊11、多路數據處理模塊12、多路數據傳輸模塊13。多路數據采集模塊11用于采集多路模擬量數字量傳感器的數據；多路數據處理模塊12用于采集數據域電壓值的換算，電壓值與角度值的換算，電壓值與壓力值的換算；多路數據傳輸模塊13用于自定義協(xié)議組包和數據發(fā)送。

多通道混合信號采集系統(tǒng)可設置主控制模塊2控制多路混合數據采集系統(tǒng)運行及數據流向：驅動并協(xié)調多路數據采集模塊11、多路數據處理模塊12、多路數據傳輸模塊13。主控制模塊2控制多路數據采集模塊11的通信，數據存儲，進一步將采集數據輸送至多路數據處理模12塊進行數據處理，輸送至多路數據傳輸模塊13進行數據的組包發(fā)送。多通道混合信號采集系統(tǒng)也可以通過上肢康復機器人的處理器驅動協(xié)調多路數據采集模塊11、多路數據處理模塊12、多路數據傳輸模塊13。

多路數據采集模塊11采集的數據可以是模擬傳感器輸出通過模擬量數字量轉換之后的數據，具體可以是上肢康復機器人設備上所需要的角度傳感器，壓力傳感器等，也可以是數字傳感器輸出能通過標準串口通信協(xié)議采集的數據，具體可以是針對特定關節(jié)處的多圈傳感器數據等。多路數據采集模塊11包括單圈角度傳感器數值采集單元110、壓力傳感器數值采集單元111、多圈角度傳感器數值采集單元112。

單圈角度傳感器數值采集單元110讀取所述單圈角度傳感器的采樣值，如單圈角度傳感器數值采集單元110通過spi協(xié)議，從ad芯片中讀取所述單圈角度傳感器的采樣值。壓力傳感器數值采集單元111讀取所述壓力傳感器的采樣值，如壓力傳感器數值采集單元11通過spi協(xié)議，從ad芯片中讀取所述壓力傳感器的采樣值；多圈角度傳感器數值采集單元112讀取所述多圈角度傳感器的采樣值，如多圈角度傳感器數值采集單元112通過uart協(xié)議，讀取所述多圈角度傳感器的采樣值。

多路數據處理模塊12在主控制模塊2的調度下，讀取并辨識采集的數據與對應的傳感器的類型及對應的關節(jié)位置，進一步將模擬量傳感器的數據根據采用的ad轉換芯片的配置參數轉換成采集點處的實際電壓值，根據傳感器的類型及配置參數將實際電壓值轉換成對應關節(jié)實際轉動的角度值和壓力值；將接收到的數字量傳感器輸出的字符串信息解析成圈數和不滿足一圈的角度值，利用對應關節(jié)處的傳動比換算成關節(jié)的實際轉動角度。多路數據處理模塊12包括采集值轉換成電壓值單元121、電壓值轉換成角度值單元122、電壓值轉換成壓力值單元123、字符串數據解析單元124、多圈傳感器值轉換成實際關節(jié)角度值單元125。

采集值轉換成電壓值單元121通過單圈角度傳感器數值采集單元110將所述單圈角度傳感器的采樣值轉換成采樣點實際對應的電壓值一，其還通過壓力傳感器數值采集單元111將所述壓力傳感器的采樣值轉換成采樣點實際對應的電壓值二；電壓值轉換成角度值單元122通過采用在采集值轉換成電壓值單元121中獲取的采樣點實際對應的電壓值一，根據所述單圈角度傳感器的自身參數將采樣點實際對應的電壓值一轉換成所述上肢康復機器人的上肢關節(jié)轉動的角度；電壓值轉換成壓力值單元123通過采用在采集值轉換成電壓值單元121中獲取的采樣點實際對應的電壓值二，根據所述壓力傳感器的自身參數將采樣點實際對應的電壓值二轉換成所述上肢康復機器人的手部施加的握力；字符串數據解析單元124通過讀取多圈角度傳感器數值采集單元112中獲得的所述多圈角度傳感器的采樣值，根據所述多圈角度傳感器的數據協(xié)議解析出所述多圈傳感器的轉軸的實際轉動圈數數據和不滿一圈時的角度數據；多圈傳感器值轉換成實際關節(jié)角度值單元125通過字符串數據解析單元124中得到的實際轉動圈數數據和不滿一圈時的角度數據，與所述上肢康復機器人的齒輪傳動比結合，換算成實際采樣時刻關節(jié)的實際轉動位置。

多路數據傳輸模塊13根據自定義協(xié)議組建數據幀格式按照幀頭_數據長度_數據區(qū)(編碼+數據)_幀校驗_幀尾的形式進行數據存儲，在主控制模塊2的調度下將對應關節(jié)處傳感器的編碼和數據放到上述數據幀的數據區(qū)中，在主控制模塊2的調度將數據幀數據通過串口輸送到上位機。多路數據傳輸模塊13包括自定義協(xié)議組包單元131、數據填充發(fā)送單元132、uart通信單元133。

自定義協(xié)議組包單元131實現(xiàn)數組的組包；數據填充發(fā)送單元132將多路數據處理模塊12中獲得的對應傳感器及其數據，放在自定義協(xié)議組包單元131的數據區(qū)的編碼和數據位置，并將相應數據的幀數據交由uart通信單元發(fā)送133。

自定義協(xié)議組包單元131按照幀頭_數據長度_數據區(qū)(編碼+數據)_幀校驗_幀尾的數據幀格式，進行數組的組包。數據填充發(fā)送單元132相應數據的幀數據發(fā)送到一個串口的發(fā)送寄存器，標準uart通信單元133將所述發(fā)送寄存器的數值通過所述串口發(fā)送。

請結合圖2，其為主控制模塊2控制多路混合數據采集系統(tǒng)運行及數據流向的流程圖。如圖2所示，系統(tǒng)上電之后，主控制模塊2會先將系統(tǒng)初始化一下(步驟s101)，初始化部分包括通信接口的初始化，模塊初始化及寄存器的初始化。

初始化完成之后，系統(tǒng)進入循環(huán)掃描階段(步驟s102)，直到掃描到spi或者uart2通信中斷標志位(步驟s103，或者步驟s104：y)，進入通信中斷處理程序。

判斷是spi通信中斷標志位，進入主控制程序中的spi通信中斷處理程序，讀取spi總線傳輸的數據(步驟s105)，數據讀取完成設置標志位成默認狀態(tài)，此時讀取的數據是模擬量傳感器輸出數據的轉換值。

判斷是uart2通信中斷標志位，進入主控制程序中的uart2通信中斷程序，讀取uart2總線傳輸的數據(步驟s106)，讀取完成后設置標志位成默認狀態(tài)，此時讀取的數據是包含多圈傳感器轉動圈數和不足一圈時的角度數據的字符串。

接收完通信總線傳輸的數據后，主控制程序將存儲的傳感器數據發(fā)送至多路數據處理模塊(步驟s107)，供該模塊對采集的數據做進一步的處理。

數據處理模塊處理完成后，主控制程序將處理后的數據發(fā)送至多路數據發(fā)送模塊(步驟s109)，供該模塊組包使用，組包數據發(fā)送至主控制程序的串口驅動中的發(fā)送寄存器中，發(fā)送給上位機。

本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)針對上肢康復機器人的上肢全自由度數據及手部壓力數據進行采集，可以用于全模擬量的數據采集，也可以用于模擬量和數據量混合的數據采集，采集信號包括運動學信號和力學信號，并且采集裝置是通用型裝置，通過本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)可以在上位機上真實的還原上肢運動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。