基於usb傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀的製作方法

2023-06-19 03:09:46

基於usb傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，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據傳輸模塊，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；所述數據傳輸模塊包括單片機和USB轉串口橋接器，所述放大濾波模塊與單片機連接，所述單片機通過USB轉串口橋接器與上位機連接。本實用新型的心電和脈搏波檢測儀的供電和數據傳輸，使用同一根USB線，連接簡單、方便；只要與帶USB接口的PC機或其他智能終端連接，就能實現數據傳輸，通用性強，便於對心電信號和脈搏波信號進行後續處理，可以廣泛應用在臨床分析中。
【專利說明】基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種心電和脈搏波檢測儀，尤其是一種基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，屬於醫療儀器領域。

【背景技術】
[0002]在臨床分析中，心電信號一直扮演著極為重要的角色，而脈搏波信號也越來越受到重視，目前，多數的疾病監測以及對身體機能的評價都需要同時獲取心電和脈搏波的數據。其中，心電記錄的是心臟跳動的規律性，對心率失常、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情況，有助於心血管機能狀況的評價和動脈硬化程度的判別。心電信號和脈搏波信號都蘊藏有人體豐富的生理信息，它們可以很好地反映出人體內一些子系統的生理狀態和病理變化。
[0003]目前，市面上的儀器都是針對某一疾病進行分析的，缺少一種簡便的、能同時把心電信號和脈搏波信號上傳到PC機的裝置，若要對另一種疾病進行判斷則需要購買另外一個儀器，不利於開發利用，並且數據的傳輸形式也較為複雜，不利於普及利用。。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，該檢測儀結構簡單、使用方便，可以通過已廣泛使用的USB接口把數據實時傳輸到上位機。
[0005]本實用新型的目的可以通過採取如下技術方案達到:
[0006]基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀,其特徵在於: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據傳輸模塊，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；所述數據傳輸模塊包括單片機和USB轉串口橋接器，所述放大濾波模塊的輸出端與單片機連接，所述單片機通過USB轉串口橋接器與帶USB接口的上位機連接。
[0007]作為一種優選方案，所述放大濾波模塊包括心電信號處理電路和脈搏波信號處理電路，所述心電信號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]作為一種優選方案，所述心電信號處理電路中，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]作為一種優選方案，所述前置放大電路採用AD627晶片實現差模放大。
[0010]作為一種優選方案，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連接。
[0012]作為一種優選方案，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置有放大器。
[0013]作為一種優選方案,所述心電傳感器由三片心電電極構成，貼於人體體表特定位置上。
[0014]作為一種優選方案，所述脈搏波傳感器採用指夾式紅外血氧探頭，夾在人體手指指尖上。
[0015]作為一種優選方案，所述數據傳輸模塊中，所述單片機採用C8051F352晶片，所述USB轉串口橋接器採用CP2102晶片，所述C8051F352晶片具有A/D轉換器，該A/D轉換器上帶有模擬多路選擇器和一個可編程增益放大器。
[0016]本實用新型相對於現有技術具有如下的有益效果:
[0017]1、本實用新型的心電和脈搏波檢測儀能同時對心電信號和脈搏波信號進行放大濾波處理，並把這兩種信號得到的數據通過USB接口上傳到上位機，從而在上位機中可以對整個採集過程進行控制，如調節放大倍數和傳輸的波特率等，並實現心電和脈搏波的波形顯示以及相應的數據分析。
[0018]2、本實用新型的心電和脈搏波檢測儀的供電和數據傳輸，使用同一根USB線，連接簡單、方便；只要與帶USB接口的PC機或其他智能終端連接，就能實現數據傳輸，通用性強，便於對心電信號和脈搏波信號進行後續處理，可以廣泛應用在臨床分析中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的檢測儀結構框圖。
[0020]圖2為本實用新型的檢測儀中放大濾波模塊的心電信號處理電路示意圖。
[0021]圖3為本實用新型的檢測儀中放大濾波模塊的脈搏波信號處理電路示意圖。
[0022]圖4為本實用新型的檢測儀中電氣隔離電路的示意圖。
[0023]圖5為本實用新型的檢測儀中數據傳輸模塊的結構框圖。
[0024]圖6為本實用新型的檢測儀工作原理示意圖。
[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-數據傳輸模塊，7-單片機，8-USB轉串口橋接器，9-上位機，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。

【具體實施方式】
[0026]實施例1:
[0027]如圖1所示，本實施例檢測儀包括心電傳感器1、脈搏波傳感器2以及控制電路板3，所述控制電路板3可以安裝在一個殼體內，包括放大濾波模塊4、電氣隔離電路5和數據傳輸模塊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；所述數據傳輸模塊6包括單片機7和USB轉串口橋接器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7連接，所述單片機7通過USB轉串口橋接器8與上位機9連接，其中:
[0028]所述心電傳感器I由三片心電電極構成，貼於人體體表特定位置(如胸部、肢體等部位)上，以獲取心電信號；
[0029]所述脈搏波傳感器2採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；
[0030]所述放大濾波模塊4包括心電信號處理電路和脈搏波信號處理電路，兩部分電路相互獨立，互不幹擾；所述心電信號處理電路如圖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採用AD627晶片實現差模放大，在200Hz頻率範圍內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 ;所述心電信號處理電路和脈搏波信號處理電路的一階低通濾波器11的放大倍數由電阻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；所述心電信號處理電路和脈搏波信號處理電路的巴特沃斯二階低通濾波器12的放大倍數由電阻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]經過放大濾波後的心電信號和脈搏波信號通過電氣隔離電路5與單片機7連接，實現兩部分電氣隔離，所述電氣隔離電路5採用HCNR201光耦隔離器，如圖4所示，單一的HCNR201光耦隔離器實現的是電流的隔離，在所述光耦隔離器的輸入端和輸出端分別設置放大器等電路後，才實現了電流一電壓的轉換。
[0032]如圖5所示，所述單片機7採用C8051F352晶片，所述USB轉串口橋接器8採用CP2102晶片，C8051F352晶片具有A/D轉換器，該A/D轉換器上帶有模擬多路選擇器，能對多達8路的輸入源進行模數轉換，在保證性能最佳的情況下，其單路輸出字速率能達到960Hz，若要同時完成心電和脈搏波兩路信號的轉換，其速度也可達到480Hz，能滿足正常數據採集的需要；此外，該A/D轉換器還帶有一個可編程增益放大器(PGA)，可對A/D轉換器的輸入進行放大，可設置的放大倍數為1、2、4、8、16、32、64和128共8種增益。因此，用戶可通過上位機9向C8051F352晶片下發指令來設置A/D轉換器的輸出字速率以及其可編程放大器的增益倍數；同時，C8051F352晶片可以根據指令，控制心電和脈搏波這兩路A/D轉換的啟動和關閉，從而實現數據的同時採集或者單獨採集。
[0033]採集到的數據在經過放大濾波後，通過C8051F352晶片的UART串口傳輸到CP2102晶片，再由CP2102晶片直接把串口數據轉成符合USB傳輸格式的數據，從而通過USB接口把數據上傳到上位機9中；同樣地，上位機9發送的指令也是通過CP2102晶片，把USB數據轉換成UART串口數據，再發到C8051F35晶片上。
[0034]所述上位機9可以為帶USB接口的PC機或其他智能終端(如平板電腦)，利用一根USB線與檢測儀連接後，用戶根據自身的需要，在上位機9中通過USB接口向檢測儀發送相應指令，檢測儀即可單獨將心電信號或脈搏波信號，或同時將心電信號和脈搏波信號傳到上位機9中。
[0035]如圖6所示，本實施例的檢測儀工作原理如下:
[0036]I)當檢測儀通過USB上電後，心電傳感器和脈搏波傳感器開始工作，得到的心電信號和脈搏波信號經過放大濾波模塊和電氣隔離電路傳到C8051F352晶片的A/D轉換器的接口上,此時A/D轉換器並沒有開始工作，因此並無數據上傳給上位機；
[0037]2)當上位機通過USB接口發送指令後，CP2102晶片把USB的指令數據轉換成能通過串口傳輸的數據，從而傳到C8051F352晶片的UART串口 ；
[0038]3)C8051F352晶片接收到指令後，配置並啟動A/D轉換器，確定A/D轉換器的啟動方式，從而實現心電信號和脈搏信號的模數轉換，轉換後的數據再經由UART串口傳回CP2102晶片，CP2102晶片把UART串口數據轉成USB數據傳給上位機，從而實現數據控制傳輸。
[0039]上述工作原理是C8051F352晶片接收到上位機發送的指令後，才啟動A/D轉換器，其好處是:A/D轉換器無需一直處於工作狀態，既降低了晶片的功耗，又提高了晶片的壽命，並且根據命令可單獨啟動心電信號通道或脈搏波信號通道的轉換。
[0040]實施例2:
[0041]本實施例的檢測儀與實施例1的區別之處在於:當心電和脈搏波信號傳到C8051F352晶片的A/D轉換器的接口上時，C8051F352晶片不必在接收上位機的命令後才啟動A/D轉換器，而是直接啟動A/D轉換器開始工作，實現心電信號和脈搏信號的模數轉換，轉換後的數據再經由UART串口傳回CP2102晶片，CP2102晶片把UART串口數據轉成USB數據傳給上位機。
[0042]綜上所述，本實用新型的檢測儀通用性強，便於對心電信號和脈搏波信號進行後續處理，可以廣泛應用在臨床分析中。
[0043]以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型專利所公開的範圍內，根據本實用新型專利的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都屬於本實用新型專利的保護範圍。
【權利要求】
1.基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀,其特徵在於: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據傳輸模塊，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；所述數據傳輸模塊包括單片機和USB轉串口橋接器，所述放大濾波模塊的輸出端與單片機連接，所述單片機通過USB轉串口橋接器與帶USB接口的上位機連接。
2.根據權利要求1所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述放大濾波模塊包括心電信號處理電路和脈搏波信號處理電路，所述心電信號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.根據權利要求2所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述心電信號處理電路中，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.根據權利要求2所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述前置放大電路採用AD627晶片實現差模放大。
5.根據權利要求2所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述二階低通濾波器為巴特沃斯二階低通濾波器。
6.根據權利要求1所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於: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連接。
7.根據權利要求6所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述電氣隔離電路採用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置有放大器。
8.根據權利要求1所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述心電傳感器由三片心電電極構成，貼於人體體表特定位置上。
9.根據權利要求1所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述脈搏波傳感器採用指夾式紅外血氧探頭，夾在人體手指指尖上。
10.根據權利要求1所述的基於USB傳輸的可攜式心電和脈搏波檢測儀，其特徵在於:所述數據傳輸模塊中，所述單片機採用C8051F352晶片，所述USB轉串口橋接器採用CP2102晶片，所述C8051F352晶片具有A/D轉換器，該A/D轉換器上帶有模擬多路選擇器和一個可編程增益放大器。
【文檔編號】A61B5/0205GK203935175SQ201420302182
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】楊榮騫, 關沛峰, 肖偉虎, 呂瑞雪 申請人:華南理工大學, 深圳市是源醫學科技有限公司