一種用于醫療康復設備的多通道混合信號采集系統的制作方法

本發明涉及醫療領域中的一種醫療康復設備，具體是一種用于醫療康復設備的多通道混合信號采集系統。

背景技術：

隨著中國老齡化的進程加快，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生的一種疾病，有著發病率高、死亡率高、致殘率高的特點，對老年人的健康威脅重大。腦卒中是導致患者偏癱的重要因素，偏癱可直接造成患者的運功功能及日常生活自理能力逐漸喪失，對患者的生活質量帶來了嚴重影響。因此出現了很多的醫療康復設備幫助老年人康復治療，在醫療康復設備中需要很多傳感器對病人的康復情況和康復的過程進行實時監控，因此需要一款穩定的多用途的醫用信號檢測系統。

現有的醫用信號檢測系統多數采集信號單一，體積過大不方便攜帶，針對性差，因此開發針對醫療康復設備的小型化多通道混合信號采集系統迫在眉睫。

技術實現要素：

本發明針對現有的醫用信號檢測系統多數采集信號單一，體積過大不方便攜帶，針對性差的技術問題，本發明提供一種用于醫療康復設備的多通道混合信號采集系統。

本發明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現：一種用于醫療康復設備的多通道混合信號采集系統，其包括：

8個模擬傳感器，分別用來檢測兩只手的腕關節、肘關節、肩關節和手部的壓力，并實時輸出相應的8路電壓信號in0～in7；

數字傳感器，檢測心臟的心率，并實時輸出相應心電壓力信號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路串行數據進行傳輸。

作為上述方案的進一步改進，所述多通道混合信號采集系統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上分別串聯一個100ω的小阻值的電阻，再分別同時并聯一個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。

作為上述方案的進一步改進，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的反相端一方面經由電阻r31接地，另一方面經由電阻r32連接放大器u7a的輸出端；放大器u7b的同相端經由電阻r34連接放大器u7a的輸出端，放大器u7b的反相端一方面經由電阻r33接地，另一方面經由電阻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。

進一步地，放大器采用運放芯片opa2333。

作為上述方案的進一步改進，電壓采集電路采用芯片ads1256。

進一步地，芯片ads1256的引腳avdd與地接并聯的兩個電容c17和c16；芯片ads1256的引腳dvdd與地接并聯的兩個電容c23和c24，其中電容c16為電解電容。

作為上述方案的進一步改進，所述多通道混合信號采集系統還包括與中央處理器連接的下載電路，實現中央處理器的程序下載和仿真的同時進行。

作為上述方案的進一步改進，所述多通道混合信號采集系統還包括與中央處理器連接的接口電路，所述串行數據通過接口電路實現傳輸。

作為上述方案的進一步改進，所述多通道混合信號采集系統還包括復位電路，復位電路用于中央處理器程序下載前復位對正在運行的程序終止。

作為上述方案的進一步改進，所述多通道混合信號采集系統還包括電源電路，電源電路用于對所述多通道混合信號采集系統的各部件供電。

本發明的多通道混合信號采集系統主要應用在醫療康復領域的康復醫療設備的精確信號采集，在醫療康復設備中需要同時對多種不同類型的信號進行采集，要考慮數據采集時的兼容性，針對這種市場需求設計本采集系統，多路信號混合輸入，處理后統一輸送到上位機處理，達到多種信號多路的同時實時采集，達到復雜信號的測量目的，實現多路信號的混合測量，也便于上位機進行實時顯示。

附圖說明

圖1為本發明的用于醫療康復設備的多通道混合信號采集系統的框圖。

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中基準電壓電路的電路圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發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明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1，其為本發明的多通道混合信號采集系統的模塊示意圖，多通道混合信號采集系統是針對醫療康復設備開發設計的。

根據醫療康復設備的機械結構，需要對患者兩只手的腕關節、肘關節、肩關節運動和手部共計8處的壓力，進行實時的數據采集、轉換及與上位機的通信。可根據安裝在關節處的傳感器類型來設計多通道混合信號采集系統，把采集到的電壓信號傳送到下位機進行儲存。除此之外，還需要對患者心臟的心率，進行實時的數據采集、轉換及與上位機的通信。心率屬于微弱信號，采用數字傳感器進行數字信號采集得到對應的心電壓力信號，用于了解患者的康復情況。

因此，康復醫療設備被采集的信號種類繁多，需要多路信號通道，但考慮到數據采集系統對康復醫療設備的機械結構的兼容性，設計多通道混合信號采集系統統一輸送到上位機進行數據的分析與處理。

本發明的用于康復醫療設備的多通道混合信號采集系統采用模擬信號(如8路電壓信號)和數字信號(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時采集，達到復雜信號的測量目的，突破康復醫療設備的傳統單一類型信號采集的方式。為了能夠實現模擬信號和數字信號的混合信號的同時采集，在框架設計上包括8個模擬傳感器1、數字傳感器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、復用外接電路7、復位電路8、電源電路9、接口電路10、基準電壓電路11。

在電性連接關系上，8個模擬傳感器1和基準電壓電路11分別經由電壓采集電路3連接中央處理器5，數字傳感器2經由前置放大電路4連接中央處理器5，下載電路6、復用外接電路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的各部件提供電源，復位電路8可選擇性的對整個系統的各部件中的芯片進行復位。

8個模擬傳感器1分別用來檢測兩只手的腕關節、肘關節、肩關節和手部的壓力，從而實時輸出8路電壓信號給電壓采集電路3。請結合圖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上分別串聯一個100ω的小阻值的電阻，再分別同時并聯一個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產生干擾。由于本發明已經根據理論設計做出了實際電路板，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性編號，但是這并不影響本發明的技術方案的實現。

8路輸入信號ch0～ch7上分別同時并聯的一個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上并聯的8個電阻分別為：r13、r14、r19、r20、r24、r25、r28、r28。

數字傳感器2用來檢測患者心臟的心率，實時輸出相應心電壓力信號給中央處理器5。請結合圖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，即增設前置放大電路4。具體為，在心電壓力信號in8上串聯前置放大電路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的反相端一方面經由電阻r31接地，另一方面經由電阻r32連接放大器u7a的輸出端。放大器u7b的同相端經由電阻r34連接放大器u7a的輸出端，放大器u7b的反相端一方面經由電阻r33接地，另一方面經由電阻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。

請結合圖4，電壓采集電路3收集8路輸入信號ch0～ch7，轉換成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通信協議，可以同時采集8路模擬信號精度高達24位滿足采集需求。設計時為了保證采集的穩定性在芯片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與地接并聯的兩個電容c17和c16；芯片ads1256的引腳dvdd與地接并聯的兩個電容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。

請結合圖5，中央處理器5接收信號dout和經兩級放大處理的心電壓力信號in8，并形成1路串行數據進行傳輸。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)，既可以滿足系統的采集需求又可以降低系統的占用空間。

請結合圖6，下載電路6采用jatg，jatg可以下載和仿真同時進行，既方便程序的燒錄有方便系統的檢測。

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

請參閱圖8，電源電路9采集系統中需要給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。同時把模擬區域的地和數字區域的地用一個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，從而達到節省信道資源的目的。

請參閱圖10，接口電路10采用rs232串口電路，上位機與下位機需要進行串口通信來實現數據的傳輸，rs232系統在短距離通信上穩定高效，本系統使用rs232進行串口通信來實現數據的傳輸。

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

綜上所述，本發明的多通道混合信號采集系統主要應用在醫療康復領域的康復醫療設備的精確信號采集，在醫療康復設備中需要同時對多種不同類型的信號進行采集，要考慮數據采集時的兼容性，針對這種市場需求設計本采集系統，多路信號混合輸入，處理后統一輸送到上位機處理，達到多種信號多路的同時實時采集，達到復雜信號的測量目的，實現多路信號的混合測量，也便于上位機進行實時顯示。

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