基于usb傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，包括心電傳感器、脈搏波傳感器以及控制電路板，所述控制電路板包括放大濾波模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述心電傳感器和脈搏波傳感器分別與放大濾波模塊連接；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括單片機(jī)和USB轉(zhuǎn)串口橋接器，所述放大濾波模塊與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)通過USB轉(zhuǎn)串口橋接器與上位機(jī)連接。本實(shí)用新型的心電和脈搏波檢測(cè)儀的供電和數(shù)據(jù)傳輸，使用同一根USB線，連接簡(jiǎn)單、方便；只要與帶USB接口的PC機(jī)或其他智能終端連接，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通用性強(qiáng)，便于對(duì)心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，可以廣泛應(yīng)用在臨床分析中。
【專利說明】基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種心電和脈搏波檢測(cè)儀，尤其是一種基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，屬于醫(yī)療儀器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在臨床分析中，心電信號(hào)一直扮演著極為重要的角色，而脈搏波信號(hào)也越來越受到重視，目前，多數(shù)的疾病監(jiān)測(cè)以及對(duì)身體機(jī)能的評(píng)價(jià)都需要同時(shí)獲取心電和脈搏波的數(shù)據(jù)。其中，心電記錄的是心臟跳動(dòng)的規(guī)律性，對(duì)心率失常、心肌勞損等判別有舉足輕重的作用；而脈搏波記錄的是血流的脈動(dòng)情況，有助于心血管機(jī)能狀況的評(píng)價(jià)和動(dòng)脈硬化程度的判別。心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)都蘊(yùn)藏有人體豐富的生理信息，它們可以很好地反映出人體內(nèi)一些子系統(tǒng)的生理狀態(tài)和病理變化。
[0003]目前，市面上的儀器都是針對(duì)某一疾病進(jìn)行分析的，缺少一種簡(jiǎn)便的、能同時(shí)把心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)上傳到PC機(jī)的裝置，若要對(duì)另一種疾病進(jìn)行判斷則需要購買另外一個(gè)儀器，不利于開發(fā)利用，并且數(shù)據(jù)的傳輸形式也較為復(fù)雜，不利于普及利用。。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，可以通過已廣泛使用的USB接口把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0005]本實(shí)用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0006]基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀,其特征在于:包括心電傳感器、脈搏波傳感器以及控制電路板，所述控制電路板包括放大濾波模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述心電傳感器和脈搏波傳感器分別與放大濾波模塊的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括單片機(jī)和USB轉(zhuǎn)串口橋接器，所述放大濾波模塊的輸出端與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)通過USB轉(zhuǎn)串口橋接器與帶USB接口的上位機(jī)連接。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述放大濾波模塊包括心電信號(hào)處理電路和脈搏波信號(hào)處理電路，所述心電信號(hào)處理電路包括依次連接的前置放大電路、一階低通濾波器和二階低通濾波器，所述脈搏波信號(hào)處理電路包括相連接的一階低通濾波器和二階低通濾波器。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述心電信號(hào)處理電路中，所述前置放大電路通過高通濾波器與一階低通濾波器連接。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述前置放大電路采用AD627芯片實(shí)現(xiàn)差模放大。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述二階低通濾波器為巴特沃斯二階低通濾波器。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述控制電路板還包括電氣隔離電路，所述放大濾波模塊的輸出端通過電氣隔離電路與單片機(jī)連接。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所述電氣隔離電路米用HCNR201光稱隔離器,在所述光I禹隔離器的輸入端和輸出端分別設(shè)置有放大器。
[0013]作為一種優(yōu)選方案,所述心電傳感器由三片心電電極構(gòu)成，貼于人體體表特定位置上。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述脈搏波傳感器采用指夾式紅外血氧探頭，夾在人體手指指尖上。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊中，所述單片機(jī)采用C8051F352芯片，所述USB轉(zhuǎn)串口橋接器采用CP2102芯片，所述C8051F352芯片具有A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器上帶有模擬多路選擇器和一個(gè)可編程增益放大器。
[0016]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0017]1、本實(shí)用新型的心電和脈搏波檢測(cè)儀能同時(shí)對(duì)心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理，并把這兩種信號(hào)得到的數(shù)據(jù)通過USB接口上傳到上位機(jī)，從而在上位機(jī)中可以對(duì)整個(gè)采集過程進(jìn)行控制，如調(diào)節(jié)放大倍數(shù)和傳輸?shù)牟ㄌ芈实?，并?shí)現(xiàn)心電和脈搏波的波形顯示以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析。
[0018]2、本實(shí)用新型的心電和脈搏波檢測(cè)儀的供電和數(shù)據(jù)傳輸，使用同一根USB線，連接簡(jiǎn)單、方便；只要與帶USB接口的PC機(jī)或其他智能終端連接，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通用性強(qiáng)，便于對(duì)心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，可以廣泛應(yīng)用在臨床分析中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀中放大濾波模塊的心電信號(hào)處理電路示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀中放大濾波模塊的脈搏波信號(hào)處理電路示意圖。
[0022]圖4為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀中電氣隔離電路的示意圖。
[0023]圖5為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀中數(shù)據(jù)傳輸模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖6為本實(shí)用新型的檢測(cè)儀工作原理示意圖。
[0025]其中，1-心電傳感器，2-脈搏波傳感器，3-控制電路板，4-放大濾波模塊，5-電氣隔離電路，6-數(shù)據(jù)傳輸模塊，7-單片機(jī)，8-USB轉(zhuǎn)串口橋接器，9-上位機(jī)，10-前置放大電路，11- 一階低通濾波器，12-巴特沃斯二階低通濾波器，13-高通濾波器。

【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1:
[0027]如圖1所示，本實(shí)施例檢測(cè)儀包括心電傳感器1、脈搏波傳感器2以及控制電路板3，所述控制電路板3可以安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，包括放大濾波模塊4、電氣隔離電路5和數(shù)據(jù)傳輸模塊6,所述心電傳感器I和脈搏波傳感器2分別與放大濾波模塊4的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊6包括單片機(jī)7和USB轉(zhuǎn)串口橋接器8，所述放大濾波模塊4的輸出端通過電氣隔離電路5與單片機(jī)7連接，所述單片機(jī)7通過USB轉(zhuǎn)串口橋接器8與上位機(jī)9連接，其中:
[0028]所述心電傳感器I由三片心電電極構(gòu)成，貼于人體體表特定位置(如胸部、肢體等部位)上，以獲取心電信號(hào)；
[0029]所述脈搏波傳感器2采用指夾式紅外血氧探頭，夾在人體手指指尖上，以獲取脈搏波信號(hào)；
[0030]所述放大濾波模塊4包括心電信號(hào)處理電路和脈搏波信號(hào)處理電路，兩部分電路相互獨(dú)立，互不干擾；所述心電信號(hào)處理電路如圖2所示，包括依次連接的前置放大電路10、一階低通濾波器11和巴特沃斯二階低通濾波器12，所述前置放大電路10采用AD627芯片實(shí)現(xiàn)差模放大，在200Hz頻率范圍內(nèi)其共模抑制比可保持在85dB以上的較高水平，有效抑制線路噪聲與諧波，前置放大電路10通過由CC2和RCO組成的高通濾波器13與一階低通濾波器11連接；所述脈搏波信號(hào)處理電路如圖3所示，包括相連接的一階低通濾波器11和巴特沃斯二階低通濾波器12 ;所述心電信號(hào)處理電路和脈搏波信號(hào)處理電路的一階低通濾波器11的放大倍數(shù)由電阻RC4與電阻RC3的比值決定，其截至頻率由電阻RC4和電容CC4的值控制；所述心電信號(hào)處理電路和脈搏波信號(hào)處理電路的巴特沃斯二階低通濾波器12的放大倍數(shù)由電阻RC5與電阻RC6的比值決定，其截至頻率由電阻RC1、電阻RC2、電容CCl和電容CC3的值控制。
[0031]經(jīng)過放大濾波后的心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)通過電氣隔離電路5與單片機(jī)7連接，實(shí)現(xiàn)兩部分電氣隔離，所述電氣隔離電路5采用HCNR201光耦隔離器，如圖4所示，單一的HCNR201光耦隔離器實(shí)現(xiàn)的是電流的隔離，在所述光耦隔離器的輸入端和輸出端分別設(shè)置放大器等電路后，才實(shí)現(xiàn)了電流一電壓的轉(zhuǎn)換。
[0032]如圖5所示，所述單片機(jī)7采用C8051F352芯片，所述USB轉(zhuǎn)串口橋接器8采用CP2102芯片，C8051F352芯片具有A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器上帶有模擬多路選擇器，能對(duì)多達(dá)8路的輸入源進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在保證性能最佳的情況下，其單路輸出字速率能達(dá)到960Hz，若要同時(shí)完成心電和脈搏波兩路信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其速度也可達(dá)到480Hz，能滿足正常數(shù)據(jù)采集的需要；此外，該A/D轉(zhuǎn)換器還帶有一個(gè)可編程增益放大器(PGA)，可對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入進(jìn)行放大，可設(shè)置的放大倍數(shù)為1、2、4、8、16、32、64和128共8種增益。因此，用戶可通過上位機(jī)9向C8051F352芯片下發(fā)指令來設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的輸出字速率以及其可編程放大器的增益倍數(shù)；同時(shí)，C8051F352芯片可以根據(jù)指令，控制心電和脈搏波這兩路A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)采集或者單獨(dú)采集。
[0033]采集到的數(shù)據(jù)在經(jīng)過放大濾波后，通過C8051F352芯片的UART串口傳輸?shù)紺P2102芯片，再由CP2102芯片直接把串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成符合USB傳輸格式的數(shù)據(jù)，從而通過USB接口把數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)9中；同樣地，上位機(jī)9發(fā)送的指令也是通過CP2102芯片，把USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成UART串口數(shù)據(jù)，再發(fā)到C8051F35芯片上。
[0034]所述上位機(jī)9可以為帶USB接口的PC機(jī)或其他智能終端(如平板電腦)，利用一根USB線與檢測(cè)儀連接后，用戶根據(jù)自身的需要，在上位機(jī)9中通過USB接口向檢測(cè)儀發(fā)送相應(yīng)指令，檢測(cè)儀即可單獨(dú)將心電信號(hào)或脈搏波信號(hào)，或同時(shí)將心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)傳到上位機(jī)9中。
[0035]如圖6所示，本實(shí)施例的檢測(cè)儀工作原理如下:
[0036]I)當(dāng)檢測(cè)儀通過USB上電后，心電傳感器和脈搏波傳感器開始工作，得到的心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)經(jīng)過放大濾波模塊和電氣隔離電路傳到C8051F352芯片的A/D轉(zhuǎn)換器的接口上,此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器并沒有開始工作，因此并無數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)；
[0037]2)當(dāng)上位機(jī)通過USB接口發(fā)送指令后，CP2102芯片把USB的指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能通過串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而傳到C8051F352芯片的UART串口 ；
[0038]3)C8051F352芯片接收到指令后，配置并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，確定A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)方式，從而實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)和脈搏信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)再經(jīng)由UART串口傳回CP2102芯片，CP2102芯片把UART串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成USB數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制傳輸。
[0039]上述工作原理是C8051F352芯片接收到上位機(jī)發(fā)送的指令后，才啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，其好處是:A/D轉(zhuǎn)換器無需一直處于工作狀態(tài)，既降低了芯片的功耗，又提高了芯片的壽命，并且根據(jù)命令可單獨(dú)啟動(dòng)心電信號(hào)通道或脈搏波信號(hào)通道的轉(zhuǎn)換。
[0040]實(shí)施例2:
[0041]本實(shí)施例的檢測(cè)儀與實(shí)施例1的區(qū)別之處在于:當(dāng)心電和脈搏波信號(hào)傳到C8051F352芯片的A/D轉(zhuǎn)換器的接口上時(shí)，C8051F352芯片不必在接收上位機(jī)的命令后才啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，而是直接啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器開始工作，實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)和脈搏信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)再經(jīng)由UART串口傳回CP2102芯片，CP2102芯片把UART串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成USB數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。
[0042]綜上所述，本實(shí)用新型的檢測(cè)儀通用性強(qiáng)，便于對(duì)心電信號(hào)和脈搏波信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，可以廣泛應(yīng)用在臨床分析中。
[0043]以上所述，僅為本實(shí)用新型專利較佳的實(shí)施例，但本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型專利的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀,其特征在于:包括心電傳感器、脈搏波傳感器以及控制電路板，所述控制電路板包括放大濾波模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述心電傳感器和脈搏波傳感器分別與放大濾波模塊的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括單片機(jī)和USB轉(zhuǎn)串口橋接器，所述放大濾波模塊的輸出端與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)通過USB轉(zhuǎn)串口橋接器與帶USB接口的上位機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述放大濾波模塊包括心電信號(hào)處理電路和脈搏波信號(hào)處理電路，所述心電信號(hào)處理電路包括依次連接的前置放大電路、一階低通濾波器和二階低通濾波器，所述脈搏波信號(hào)處理電路包括相連接的一階低通濾波器和二階低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述心電信號(hào)處理電路中，所述前置放大電路通過高通濾波器與一階低通濾波器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述前置放大電路采用AD627芯片實(shí)現(xiàn)差模放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述二階低通濾波器為巴特沃斯二階低通濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述控制電路板還包括電氣隔離電路，所述放大濾波模塊的輸出端通過電氣隔離電路與單片機(jī)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述電氣隔離電路采用HCNR201光耦隔離器，在所述光耦隔離器的輸入端和輸出端分別設(shè)置有放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述心電傳感器由三片心電電極構(gòu)成，貼于人體體表特定位置上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述脈搏波傳感器采用指夾式紅外血氧探頭，夾在人體手指指尖上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB傳輸?shù)谋銛y式心電和脈搏波檢測(cè)儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)傳輸模塊中，所述單片機(jī)采用C8051F352芯片，所述USB轉(zhuǎn)串口橋接器采用CP2102芯片，所述C8051F352芯片具有A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器上帶有模擬多路選擇器和一個(gè)可編程增益放大器。
【文檔編號(hào)】A61B5/0205GK203935175SQ201420302182
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】楊榮騫, 關(guān)沛峰, 肖偉虎, 呂瑞雪 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 深圳市是源醫(yī)學(xué)科技有限公司