本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域中的一種醫(yī)療康復(fù)設(shè)備，具體是一種用于醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的多通道混合信號采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著中國老齡化的進(jìn)程加快，越來越多的老人的健康問題逐步成為社會問題，腦卒中是老年人普遍發(fā)生的一種疾病，有著發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高的特點(diǎn)，對老年人的健康威脅重大。腦卒中是導(dǎo)致患者偏癱的重要因素，偏癱可直接造成患者的運(yùn)功功能及日常生活自理能力逐漸喪失，對患者的生活質(zhì)量帶來了嚴(yán)重影響。因此出現(xiàn)了很多的醫(yī)療康復(fù)設(shè)備幫助老年人康復(fù)治療，在醫(yī)療康復(fù)設(shè)備中需要很多傳感器對病人的康復(fù)情況和康復(fù)的過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，因此需要一款穩(wěn)定的多用途的醫(yī)用信號檢測系統(tǒng)。

現(xiàn)有的醫(yī)用信號檢測系統(tǒng)多數(shù)采集信號單一，體積過大不方便攜帶，針對性差，因此開發(fā)針對醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的小型化多通道混合信號采集系統(tǒng)迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的醫(yī)用信號檢測系統(tǒng)多數(shù)采集信號單一，體積過大不方便攜帶，針對性差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的多通道混合信號采集系統(tǒng)。

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種用于醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的多通道混合信號采集系統(tǒng)，其包括：

8個模擬傳感器，分別用來檢測兩只手的腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和手部的壓力，并實(shí)時輸出相應(yīng)的8路電壓信號in0～in7；

數(shù)字傳感器，檢測心臟的心率，并實(shí)時輸出相應(yīng)心電壓力信號in8；

電壓采集電路，收集8路電壓信號in0～in7，并轉(zhuǎn)換成1路輸入信號dout；

前置放大電路，對心電壓力信號in8做兩級放大處理形成1路輸入信號adc；以及

中央處理器，接收輸入信號dout和輸入信號adc，并形成1路串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多通道混合信號采集系統(tǒng)還包括信號處理電路，所述信號處理電路采用：在8路電壓信號in0～in7上分別串聯(lián)一個100ω的小阻值的電阻，再分別同時并聯(lián)一個1nf的小電容值的電容和一個電阻，才作為電壓采集電路的8路輸入信號ch0～ch7。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，前置放大電路包括兩個放大器u7a、u7b和六個電阻r30～r35；放大器u7a的同相端經(jīng)由電阻r30接收心電壓力信號in8，放大器u7a的反相端一方面經(jīng)由電阻r31接地，另一方面經(jīng)由電阻r32連接放大器u7a的輸出端；放大器u7b的同相端經(jīng)由電阻r34連接放大器u7a的輸出端，放大器u7b的反相端一方面經(jīng)由電阻r33接地，另一方面經(jīng)由電阻r35連接放大器u7b的輸出端，放大器u7b的輸出端輸出中央處理器的輸入信號adc。

進(jìn)一步地，放大器采用運(yùn)放芯片opa2333。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電壓采集電路采用芯片ads1256。

進(jìn)一步地，芯片ads1256的引腳avdd與地接并聯(lián)的兩個電容c17和c16；芯片ads1256的引腳dvdd與地接并聯(lián)的兩個電容c23和c24，其中電容c16為電解電容。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多通道混合信號采集系統(tǒng)還包括與中央處理器連接的下載電路，實(shí)現(xiàn)中央處理器的程序下載和仿真的同時進(jìn)行。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多通道混合信號采集系統(tǒng)還包括與中央處理器連接的接口電路，所述串行數(shù)據(jù)通過接口電路實(shí)現(xiàn)傳輸。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多通道混合信號采集系統(tǒng)還包括復(fù)位電路，復(fù)位電路用于中央處理器程序下載前復(fù)位對正在運(yùn)行的程序終止。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多通道混合信號采集系統(tǒng)還包括電源電路，電源電路用于對所述多通道混合信號采集系統(tǒng)的各部件供電。

本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的精確信號采集，在醫(yī)療康復(fù)設(shè)備中需要同時對多種不同類型的信號進(jìn)行采集，要考慮數(shù)據(jù)采集時的兼容性，針對這種市場需求設(shè)計本采集系統(tǒng)，多路信號混合輸入，處理后統(tǒng)一輸送到上位機(jī)處理，達(dá)到多種信號多路的同時實(shí)時采集，達(dá)到復(fù)雜信號的測量目的，實(shí)現(xiàn)多路信號的混合測量，也便于上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的多通道混合信號采集系統(tǒng)的框圖。

圖2為圖1中8個模擬傳感器1與電壓采集電路之間增設(shè)的信號處理電路的電路圖。

圖3為圖1中前置放大電路的電路圖。

圖4為圖1中電壓采集電路的電路圖。

圖5為圖1中中央處理器的電路圖。

圖6為圖1中下載電路的電路圖。

圖7為圖1中復(fù)位電路的電路圖。

圖8為圖1中電源電路的電路圖。

圖9為圖1中復(fù)用外接電路的電路圖。

圖10為圖1中接口電路的電路圖。

圖11為圖1中基準(zhǔn)電壓電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，其為本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)的模塊示意圖，多通道混合信號采集系統(tǒng)是針對醫(yī)療康復(fù)設(shè)備開發(fā)設(shè)計的。

根據(jù)醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，需要對患者兩只手的腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)運(yùn)動和手部共計8處的壓力，進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換及與上位機(jī)的通信?？筛鶕?jù)安裝在關(guān)節(jié)處的傳感器類型來設(shè)計多通道混合信號采集系統(tǒng)，把采集到的電壓信號傳送到下位機(jī)進(jìn)行儲存。除此之外，還需要對患者心臟的心率，進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換及與上位機(jī)的通信。心率屬于微弱信號，采用數(shù)字傳感器進(jìn)行數(shù)字信號采集得到對應(yīng)的心電壓力信號，用于了解患者的康復(fù)情況。

因此，康復(fù)醫(yī)療設(shè)備被采集的信號種類繁多，需要多路信號通道，但考慮到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)的兼容性，設(shè)計多通道混合信號采集系統(tǒng)統(tǒng)一輸送到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。

本發(fā)明的用于康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的多通道混合信號采集系統(tǒng)采用模擬信號(如8路電壓信號)和數(shù)字信號(如1路弱信號)混合信號的同時采集的方式，采用多種信號的兼容實(shí)時采集，達(dá)到復(fù)雜信號的測量目的，突破康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的傳統(tǒng)單一類型信號采集的方式。為了能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的混合信號的同時采集，在框架設(shè)計上包括8個模擬傳感器1、數(shù)字傳感器2、電壓采集電路3、前置放大電路4、中央處理器5、下載電路6、復(fù)用外接電路7、復(fù)位電路8、電源電路9、接口電路10、基準(zhǔn)電壓電路11。

在電性連接關(guān)系上，8個模擬傳感器1和基準(zhǔn)電壓電路11分別經(jīng)由電壓采集電路3連接中央處理器5，數(shù)字傳感器2經(jīng)由前置放大電路4連接中央處理器5，下載電路6、復(fù)用外接電路7、接口電路10直接連接中央處理器5，電源電路9可選擇性的對整個系統(tǒng)的各部件提供電源，復(fù)位電路8可選擇性的對整個系統(tǒng)的各部件中的芯片進(jìn)行復(fù)位。

8個模擬傳感器1分別用來檢測兩只手的腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和手部的壓力，從而實(shí)時輸出8路電壓信號給電壓采集電路3。請結(jié)合圖2，在傳送給電壓采集電路3時，8路電壓信號in0～in7，做了一定的信號處理，增設(shè)了信號處理電路。信號處理電路具體為，在8路電壓信號in0～in7上分別串聯(lián)一個100ω的小阻值的電阻，再分別同時并聯(lián)一個1nf的小電容值的電容和一個電阻，才作為電壓采集電路3的8路輸入信號ch0～ch7。

8路電壓信號in0～in7上串聯(lián)的8個電阻分別為電阻r11、電阻r12、電阻r17、電阻r18、電阻r22、電阻r23、電阻r26、電阻r27，用來防止通電一瞬間的階躍信號對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。由于本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)理論設(shè)計做出了實(shí)際電路板，因此，在布線以及電路板制作時，電阻、電容等各器件的編號有所改動，并不是同一電路采用連續(xù)性編號，但是這并不影響本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)。

8路輸入信號ch0～ch7上分別同時并聯(lián)的一個1nf的小電容值的電容和一個電阻，是用來減小高頻信號的阻抗。8路輸入信號ch0～ch7上并聯(lián)的8個電容分別為：c18、c19、c20、c21、c27、c28、c34、c35；8路輸入信號ch0～ch7上并聯(lián)的8個電阻分別為：r13、r14、r19、r20、r24、r25、r28、r28。

數(shù)字傳感器2用來檢測患者心臟的心率，實(shí)時輸出相應(yīng)心電壓力信號給中央處理器5。請結(jié)合圖3，在傳送給中央處理器5時，對這1路心電壓力信號in8做了一定的信號處理，即增設(shè)前置放大電路4。具體為，在心電壓力信號in8上串聯(lián)前置放大電路4后才作為中央處理器5的輸入信號adc。前置放大電路4采用ti公司的高精度低噪聲的運(yùn)放芯片opa2333，做兩級放大處理，電路采用的是同向比例放大電路前級放大50倍后級放大4倍一共放大200。

在圖3中，前置放大電路4對心電壓力信號in8做兩級放大處理。前置放大電路4包括兩個放大器：u7a、u7b；六個電阻：r30～r35。兩個放大器u7a、u7b都采用型號opa2333aid。放大器u7a的同相端經(jīng)由電阻r30接收心電壓力信號in8，放大器u7a的反相端一方面經(jīng)由電阻r31接地，另一方面經(jīng)由電阻r32連接放大器u7a的輸出端。放大器u7b的同相端經(jīng)由電阻r34連接放大器u7a的輸出端，放大器u7b的反相端一方面經(jīng)由電阻r33接地，另一方面經(jīng)由電阻r35連接放大器u7b的輸出端，放大器u7b的輸出端輸出中央處理器5的輸入信號adc。

請結(jié)合圖4，電壓采集電路3收集8路輸入信號ch0～ch7，轉(zhuǎn)換成1路信號dout，并傳送給中央處理器5的，電壓采集電路3采用ti公司的芯片ads1256，它采用的spi通信協(xié)議，可以同時采集8路模擬信號精度高達(dá)24位滿足采集需求。設(shè)計時為了保證采集的穩(wěn)定性在芯片ads1256電源處與地直接接個電容過濾電源里的紋波為芯片提供良好的電壓，如，芯片ads1256的引腳avdd與地接并聯(lián)的兩個電容c17和c16；芯片ads1256的引腳dvdd與地接并聯(lián)的兩個電容c23和c24，其中電容c16為電解電容。在ads1256芯片的引腳aincom與地接電阻r16。

請結(jié)合圖5，中央處理器5接收信號dout和經(jīng)兩級放大處理的心電壓力信號in8，并形成1路串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。中央處理器5采用48引腳的stm32f103c8t6芯片u5a，芯片u5a做中央處理器，其外圍電路簡單(如芯片u5b)，既可以滿足系統(tǒng)的采集需求又可以降低系統(tǒng)的占用空間。

請結(jié)合圖6，下載電路6采用jatg，jatg可以下載和仿真同時進(jìn)行，既方便程序的燒錄有方便系統(tǒng)的檢測。

請參閱圖7，復(fù)位電路8用于中央處理器5程序下載前需要復(fù)位對正在運(yùn)行的程序終止。

請參閱圖8，電源電路9采集系統(tǒng)中需要給stm32、ads1256等芯片供電需要3.3v和5v的電壓。使用asm1117-5組成5v電壓電路，asm1117-3芯片搭成外圍電路組成3.3v電路供電。同時把模擬區(qū)域的地和數(shù)字區(qū)域的地用一個0歐的電阻隔離開這樣工作的時候不互相干擾同時又保參考地電勢相等。

請參閱圖9，復(fù)用外接電路7用于外接終端，多個終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的。

請參閱圖10，接口電路10采用rs232串口電路，上位機(jī)與下位機(jī)需要進(jìn)行串口通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，rs232系統(tǒng)在短距離通信上穩(wěn)定高效，本系統(tǒng)使用rs232進(jìn)行串口通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

請參閱圖11，多通道混合信號采集系統(tǒng)采集電壓時需要給其提供一個基準(zhǔn)的參考電壓?；鶞?zhǔn)電壓的穩(wěn)定與準(zhǔn)確直接決定信號采集分析的準(zhǔn)確與否，基準(zhǔn)電壓電路11采用超低噪聲高精度的芯片adr4525為ads1256提供穩(wěn)定的2.5v基準(zhǔn)電壓。

綜上所述，本發(fā)明的多通道混合信號采集系統(tǒng)主要應(yīng)用在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備的精確信號采集，在醫(yī)療康復(fù)設(shè)備中需要同時對多種不同類型的信號進(jìn)行采集，要考慮數(shù)據(jù)采集時的兼容性，針對這種市場需求設(shè)計本采集系統(tǒng)，多路信號混合輸入，處理后統(tǒng)一輸送到上位機(jī)處理，達(dá)到多種信號多路的同時實(shí)時采集，達(dá)到復(fù)雜信號的測量目的，實(shí)現(xiàn)多路信號的混合測量，也便于上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。