專利名稱：一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，主要應用于體育競技心率統(tǒng)計、社區(qū)老人脈搏監(jiān)控和其它醫(yī)療衛(wèi)生領域。
背景技術：
隨著醫(yī)療事業(yè)的蓬勃發(fā)展，中醫(yī)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應用，脈搏信號的測量在中醫(yī)臨床診斷中具有很大的應用前景，為此開發(fā)一款低成本高精度的脈搏測量儀具有很大的意義。通常目前，脈搏測量儀的傳感部件分為兩類，一類是光電式傳感器，另一類是壓電式傳感器。通常壓電式傳感器所選用的材料為PVDF壓電薄膜，這種材料通常很貴，同時其輸出信號需要配備復雜信號調(diào)理電路，不利于產(chǎn)品的應用推廣。為此，找到一種低成本且開發(fā)簡單的替代傳感元件是十分有必要的，基于壓電陶瓷蜂鳴片的無線脈搏測量儀裝置正好滿足這一要求，同時還可以進行遠距離的無線傳輸。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其能快速、準確地測量出脈搏信號，并進行數(shù)據(jù)的無線傳輸與接收。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:—種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，包括用于測量脈搏的壓電蜂鳴片、信號調(diào)理電路、氣囊、測量所述氣囊壓力的壓力傳感器、主控數(shù)據(jù)采集芯片、信號發(fā)送天線、數(shù)據(jù)接收芯片、接收端電源、信號接收天線；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和數(shù)據(jù)接收芯片通過無線網(wǎng)絡連接；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片通過所述信號調(diào)理電路采集所述壓電蜂鳴片的輸出信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片控制所述氣囊產(chǎn)生需要的額定壓力；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片采集所述壓力傳感器的輸出信號；所述數(shù)據(jù)接收芯片通過ZigBee網(wǎng)絡接收所述主控數(shù)據(jù)采集芯片傳輸?shù)拿}搏信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片連接所述信號發(fā)送天線，所述數(shù)據(jù)接收芯片連接所述信號接收天線，所述信號發(fā)送天線和信號接收天線構成所述無線網(wǎng)絡通信的硬件接□。其中，所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和氣囊之間還設有微型氣泵，所述微型氣泵由所述主控數(shù)據(jù)采集芯片控制對所述氣囊產(chǎn)生的壓力進行微調(diào)。其中，所述主控數(shù)據(jù)采集芯片還連接有IXD顯示器和按鍵，所述按鍵操作所述主控數(shù)據(jù)采集芯片的系統(tǒng)參數(shù)，所述LCD顯示器實時顯示測量的脈搏波形和脈搏跳動頻率。其中，所述主控數(shù)據(jù)采集芯片為CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片，所述數(shù)據(jù)接收芯片為CC2530數(shù)據(jù)接收芯片。其中，所述信號調(diào)理電路對所述壓電蜂鳴片的輸出信號進行濾波、放大、二次濾波及二次放大后，轉化為0-3.3V范圍內(nèi)變化的電壓信號，輸出的電壓信號由所述CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片的AD (ΑΙΝΟ AIN7)采樣引腳采樣。其中，所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有指示燈和串口，所述指示燈標示數(shù)據(jù)傳輸狀況，所述串口連接到上位機并傳輸數(shù)據(jù)。其中，所述壓電蜂鳴片為兩電極型感應式圓形壓電蜂鳴片，包括由壓電陶瓷材料制成的內(nèi)層和由金屬材料制成的外層，脈搏跳動時會擠壓壓電蜂鳴片，并在其兩電極將會產(chǎn)生0.01 0.015V的電壓輸出。其中，所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有為其供電的接收端電源。其中，所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片還連接有接收端開關。(三)有益效果本實用新型相比較于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果:本實用新型為了降低干擾信號，提取出有效信號，針對不同的干擾采用不同的濾波和抗干擾措施，能夠很好的消除噪聲；陶瓷壓電蜂鳴片是一個低成本的壓力傳感器元件，通過對其輸出信號的硬件和軟件濾波處理后，輸出信號能夠滿足實際測量的需要，因此利用陶瓷壓電蜂鳴片對脈搏信號的進行測量是可行的，再加上ZigBee無線傳輸，使基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置有較好的商業(yè)應用前景。

圖1是本實用新型實施例的硬件方框圖。圖2是本實用新型實施例的主要測量部件的示意圖。圖3是本實用新型實施例的信號調(diào)理電路的硬件連接圖。圖4是本實用新型實施例的信號調(diào)理電路的電路框圖。圖5a是本實用新型實施例的脈搏信號的測量波形一。圖5b是本實用新型實施例的脈搏信號的測量波形二。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。如圖1所示的，一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，包括用于測量脈搏的壓電蜂鳴片、信號調(diào)理電路、氣囊、測量所述氣囊壓力的壓力傳感器、主控數(shù)據(jù)采集芯片、信號發(fā)送天線、數(shù)據(jù)接收芯片、接收端電源、信號接收天線；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和數(shù)據(jù)接收芯片通過無線網(wǎng)絡連接；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片通過所述信號調(diào)理電路采集所述壓電蜂鳴片的輸出信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片控制所述氣囊產(chǎn)生需要的額定壓力；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片采集所述壓力傳感器的輸出信號；所述數(shù)據(jù)接收芯片通過ZigBee網(wǎng)絡接收所述主控數(shù)據(jù)采集芯片傳輸?shù)拿}搏信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片連接所述信號發(fā)送天線，所述數(shù)據(jù)接收芯片連接所述信號接收天線，所述信號發(fā)送天線和信號接收天線構成所述無線網(wǎng)絡通信的硬件接口。所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和氣囊之間還設有微型氣泵，所述微型氣泵由所述主控數(shù)據(jù)采集芯片控制對所述氣囊產(chǎn)生的壓力進行微調(diào)。當壓力過大時，微型氣泵將放氣，壓力過小時，微型氣泵將會給氣囊充氣。[0027]所述主控數(shù)據(jù)采集芯片還連接有IXD顯示器和按鍵，所述按鍵操作所述主控數(shù)據(jù)采集芯片的系統(tǒng)參數(shù)，所述LCD顯示器實時顯示測量的脈搏波形和脈搏跳動頻率。所述主控數(shù)據(jù)采集芯片為CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片，所述數(shù)據(jù)接收芯片為CC2530數(shù)據(jù)接收芯片。如圖1、圖3和圖4所示的，所述信號調(diào)理電路對所述壓電蜂鳴片的輸出信號進行濾波、放大、二次濾波及二次放大后，轉化為0-3.3V范圍內(nèi)變化的電壓信號，輸出的電壓信號由所述CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片的AD (ΑΙΝ0 ΑΙΝ7)采樣引腳采樣。這里選用的CC2530的AINO作為AD米樣的輸入，由于米樣時的模擬信號存在著基線不穩(wěn)和其他的干擾，CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片需對采樣后的數(shù)據(jù)做進一步的數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過數(shù)字信號處理的數(shù)據(jù)最終將會通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳給CC2530數(shù)據(jù)接收芯片，而CC2530數(shù)據(jù)接收芯片則可以通過串口傳給電腦或者其它上位機軟件。所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有指示燈和串口，所述指示燈標示數(shù)據(jù)傳輸狀況，當有數(shù)據(jù)傳輸時，指示燈將會不斷閃爍，所述串口連接到上位機并傳輸數(shù)據(jù)。如圖2所示的，所述壓電蜂鳴片為兩電極型感應式圓形壓電蜂鳴片，包括由壓電陶瓷材料制成的內(nèi)層和由金屬材料制成的外層，脈搏跳動時會擠壓壓電蜂鳴片，并在其兩電極將會產(chǎn)生0.01 0.015V的電壓輸出。壓電陶瓷蜂鳴片被施加直流電壓時，產(chǎn)生交替重復的機械彎曲變形，從而在空氣中產(chǎn)生聲波，通常被用作發(fā)聲器件；然而壓電陶瓷片在外力的作用下，也會產(chǎn)生電波，將機械能轉化為電信號，此時便可以把壓電陶瓷蜂鳴片當作一種傳感器來使用。作為傳感器其具有靈敏度高，可靠性好，壽命長，厚度薄，重量輕，體積小等特點。為了能夠滿足測量微弱的脈搏信號，經(jīng)過大量實驗驗證，選擇兩電極型感應式圓形壓電蜂鳴片可以更好的滿足測量要求，該無線脈搏傳感器測量主要部件蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。通常用手指擠壓壓電蜂鳴片，在其兩電極將會產(chǎn)生0.01 0.015V的電壓輸出，在壓力相同的情況下蜂鳴片輸出的電壓數(shù)值越高，其靈敏度也就越高。本實用新型針對壓電陶瓷蜂鳴片設計了信號調(diào)理電路，脈搏跳動的機械信號經(jīng)壓電陶瓷蜂鳴片被轉換為電信號，經(jīng)過差分式一次放大電路放大后，被送入一個50Hz的陷波器中，濾除工頻干擾信號之后，信號再次經(jīng)過一個帶通濾波器電路，進一步濾除其它干擾信號，最后經(jīng)過一個二次放大電路將信號放大到AD轉換器的取樣電壓范圍之內(nèi)并輸出。壓電陶瓷蜂鳴片在測量脈搏跳動這樣微弱信號的時候，其輸出電壓一般在15mV以下，考慮到各種頻率的噪聲對傳感器輸出信號的影響，采取了不同的濾除和抑制措施。針對陷波電路和時間常數(shù)電路中用到電阻應選用0.1%的高精度金屬膜電阻，電容應選鉭電容作補償電容。對50Hz工頻噪聲應采取硬件工頻陷波的措施，實驗證明，該方法對工頻干擾信號的抑制效果較好；對電磁信號抑制應采取對信號線進行屏蔽和設計截止頻率為40Hz的2階低通濾波器等方法。盡管人的體溫基本保持恒定，但手腕部位皮膚表面的溫度受外界溫度變化的影響仍很大，且手腕部位皮膚與傳感器表面的溫差也會給測量帶來很大影響，為了消除溫度效應噪聲?？梢岳萌梭w脈搏(IHz左右)與熱電噪聲信號(0.5Hz以下)間存在頻率差別，設計一個下限頻率為0.5Hz的高通數(shù)字濾波器，來避免了溫度效應給脈搏測量帶來的不良影響。所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有為其供電的接收端電源。[0034]所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片還連接有接收端開關。如圖5a和圖5b所示的，本實用新型的基線校正方法采用的是一種能夠很好保持信號邊緣特性的非線性低通濾波器?；谥兄禐V波的基線校正方法的關鍵在于濾波器窗口寬度的選擇。如果窗口選得過窄，有用波可能會被濾除，即隨著窗口寬度的減小濾波器濾除的部分就增加，丟失的信息也就相應增加了 ；如果選得過寬，窗口不僅沒有明顯改善處理效果，而且增加了運算量，甚至還有可能達不到處理效果，則達不到抑制基線漂移的目的。由于CC2530芯片選用的采樣頻率為100Hz，可知中值濾波算法的窗口的寬度應該為(80 90)Hz，窗口寬度為85。wdata[170]為采集的脈搏原始數(shù)據(jù)存儲數(shù)組，mdata[85]為計算后的中值的存儲數(shù)組，new_data為最新采樣數(shù)據(jù)存儲，i當前處理數(shù)據(jù)索引，f_pos為當一個新數(shù)據(jù)被采集后排序數(shù)組tmp_data中要刪除的一個舊數(shù)據(jù)的索引位置。程序會每采樣85個數(shù)據(jù)后修正數(shù)據(jù)并更新顯示一次數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)對新添加數(shù)據(jù)后的wdata的快速排序，tmp_wdata排序處理子程序?qū)崿F(xiàn)了 wdata序列的排序功能。圖5a為沒有使用中值濾波算法所測量脈搏波形，從圖5a中可以看出輸出波形的基線存在波動。圖5b為采用中值濾波算法之后的脈搏波形，可以看出脈搏基線基本上在同一條軸線上。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:包括用于測量脈搏的壓電蜂鳴片、信號調(diào)理電路、氣囊、測量所述氣囊壓力的壓力傳感器、主控數(shù)據(jù)采集芯片、信號發(fā)送天線、數(shù)據(jù)接收芯片、接收端電源、信號接收天線；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和數(shù)據(jù)接收芯片通過無線網(wǎng)絡連接；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片通過所述信號調(diào)理電路采集所述壓電蜂鳴片的輸出信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片控制所述氣囊產(chǎn)生需要的額定壓力；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片采集所述壓力傳感器的輸出信號；所述數(shù)據(jù)接收芯片通過ZigBee網(wǎng)絡接收所述主控數(shù)據(jù)采集芯片傳輸?shù)拿}搏信號；所述主控數(shù)據(jù)采集芯片連接所述信號發(fā)送天線，所述數(shù)據(jù)接收芯片連接所述信號接收天線，所述信號發(fā)送天線和信號接收天線構成所述無線網(wǎng)絡通信的硬件接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述主控數(shù)據(jù)采集芯片和氣囊之間還設有微型氣泵。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述主控數(shù)據(jù)采集芯片還連接有IXD顯示器和按鍵。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述主控數(shù)據(jù)采集芯片為CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片，所述數(shù)據(jù)接收芯片為CC2530數(shù)據(jù)接收芯片。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述信號調(diào)理電路對所述壓電蜂鳴片的輸出信號進行濾波、放大、二次濾波及二次放大后，轉化為0-3.3V范圍內(nèi)變化的電壓信號，輸出的電壓信號由所述CC2530主控數(shù)據(jù)采集芯片的AD采樣引腳采樣。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有指示燈和串口。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述壓電蜂鳴片為兩電極型感應式圓形壓電蜂鳴片，包括由壓電陶瓷材料制成的內(nèi)層和由金屬材料制成的外層，脈搏跳動時會擠壓壓電蜂鳴片，并在其兩電極將會產(chǎn)生0.01 0.015V的電壓輸出。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片連接有為其供電的接收端電源。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，其特征在于:所述CC2530數(shù)據(jù)接收芯片還連接有接收端開關。
專利摘要本實用新型公開了一種基于壓電蜂鳴片的無線脈搏儀裝置，包括用于測量脈搏的壓電蜂鳴片、信號調(diào)理電路、氣囊、測量氣囊壓力的壓力傳感器、主控數(shù)據(jù)采集芯片、信號發(fā)送天線、數(shù)據(jù)接收芯片、接收端電源、信號接收天線；主控數(shù)據(jù)采集芯片和數(shù)據(jù)接收芯片通過無線網(wǎng)絡連接；主控數(shù)據(jù)采集芯片通過信號調(diào)理電路采集壓電蜂鳴片的輸出信號；主控數(shù)據(jù)采集芯片控制氣囊產(chǎn)生需要的額定壓力；主控數(shù)據(jù)采集芯片采集壓力傳感器的輸出信號；數(shù)據(jù)接收芯片通過ZigBee網(wǎng)絡接收主控數(shù)據(jù)采集芯片傳輸?shù)拿}搏信號；信號發(fā)送天線和信號接收天線構成無線網(wǎng)絡通信的硬件接口。本實用新型能快速、準確地測量出脈搏信號，并進行無線傳輸與接收。
文檔編號G08C17/02GK202981972SQ201220719558
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者劉忠杰, 黃榜, 何磊, 宋小波, 何峰, 李芬, 繆琴 申請人:常州先進制造技術研究所