一種usb接口多道生理信息採集系統的製作方法

2023-06-14 04:39:01

專利名稱：一種usb接口多道生理信息採集系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及生理信息採集領域，尤其是一種USB接口多道生 理信息採集系統。
背景技術：
目前的生理信息採集系統多只能採集單通道生理信息且採用低 速的串口通訊方式，參數設置功能不全。 發明內容
為了克服已有的生理信息採集系統只能單通道採集、速度慢、功 能不全的不足，本實用新型提供一種能實現多通道採集、速度快、功 能較為齊全的USB接口多道生理信息採集系統。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是
一種USB接口多道生理信息採集系統，包括信號發生和輸出電 路，用於產生刺激人體的正弦激勵信號；基於串口信號釆集電路，用 於低速採集人體生理信息；電源電路，用於為整個系統提供電源；所 述一種USB接口多道生理信息採集系統還包括多通道輸入和調理電 路，用於多通道採集人體生理信息，並對人體生理信息進行A/D轉換 後輸出生理信息數據；基於USB高速信號採集電路，用於基於USB2.0 和PC機進行高速數據通訊，採集生理信息數據；人機界面，'用於進 行各類測量參數的設置，並實時在顯示屏上顯示；基於USB高速信號 採集電路與多通道輸入和調理電路、人機界面相接，基於串口信號採 集電路與多通道輸入和調理電路相接。所述的多通道輸入和調理電路包括用於接收外部信號的6個15 芯DB-F接頭和6個20腳雙列JTAG接頭，以及用於切換通道的6個 MAX306模擬開關組成多通道信號切換網絡。所述的6個15芯DB-F 接頭和6個20腳雙列JTAG接頭按照左右平均分成2組，用戶可以選 擇使用DB-F接頭或者JTAG接頭，每個接頭只使用16腳，其餘4腳 空閒，因而總共可以切換96路通道。系統通過EZ-USBFX2LP單片機 或者PIC16C72單片機控制MAX306模擬開關以切換信號通道。獲取 的信號輸入到A/D轉換晶片AD536或者輸入到高速A/D轉換晶片 ADS803E。
所述的基於USB高速信號採集電路為採用12bit的ADS803E芯 片，ADS803E晶片為12位，最大採樣頻率為5MHZ、並行高速A/D 轉換器，工作電壓為5v,最大功耗135mw，轉換時間從200ns到100us; ADS803E晶片處理過的數據經過EZ-(JSBFX2LP控制器上傳到計算 機。
所述的信號發生和輸出電路中，用ICL8038產生正弦波信號，並 用3296電位器對正弦波信號的頻率和幅度進行調節，正弦波信號連同 外部輸入1視頻頭IN1和外部輸入2音頻頭IN2、內部的DC12V、GND 四個信號源，由跳線器手動5選1輸入到DG401，通過EZ-USBFX1P 單片機控制2選1向外輸出，輸出是兩個音頻頭。
所述基於串口信號採集電路中，採用單片機PIC16C72及A/D轉 換晶片AD536對信號進行採集，通過RS232控制器MAX232上傳到 計算機。
所述人機界面包括LCD、 4個按鍵，4個信號指示器和1個電源指示器和l個蜂鳴器。可以設置的基本功能有選擇要採集的通道， 每個採集通道的採集時間。
所述電源電路採用外接DC+5V或者採用USB總線+5V供電， 儀器內部經過LT1763CS8轉換成+3.3V對數字部分供電，經過 IA0512KS模塊轉換成土 12V與信號發生和輸出電路、多通道輸入和 調理電路連接。
本實用新型的技術構思為採集多通道生理信息且使用高速 USB2，0通訊方式，另外液晶屏提供信息更豐富、顯示更直觀的人機界
面，同時可修改多項參數。
本實用新型的有益效果主要表現在1、它具有友好的人機互動界
面，用戶可以進行測量參數的設置，並實時在LCD液晶屏上顯示；2、
能產生正弦信號，接受音頻和視頻信號，輸出音頻信號；可切換近100
路採集通道，高速採集信，號，通過USB通訊或串口通訊傳輸到上位機。


圖1是本實用新型的結構原理框圖2是本實用新型的原理圖。
圖3是信號發生和輸出電路原理圖4和圖5是多通道輸入和調理電路原理圖6和圖7是基於USB高速信號採集電路原理圖8是基於串口信號採集電路原理圖9是人機界面；
圖10是電源電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖1 圖10， 一種USB接口多道生理信息採集系統，包括-信號發生和輸出電路1，用於產生刺激人體的正弦激勵信號；基於串 口信號採集電路2，用於低速採集人體生理信息；電源電路3，用於為 整個多通道輸入和調理電路4，用於多通道採集人體生理信息，並對
人體生理信息進行A/D轉換後輸出生理信息數據；基於USB高速信 號採集電路5，用於基於USB2，0和PC機進行高速數據通訊，採集生
理信息數據。
所述生理信息採集系統還包括人機界面6，用於進行各類測量參
數的設置，並實時在顯示屏上顯示。 所述信號發生和輸出電路1與人體直接連接，用於產生刺激人體的
正弦激勵信號，信號發生和輸出電路l、多通道輸入和調理電路4、基 於串口信號採集電路2、人機界面6和基於USB高速信號採集電路5 均與電源電路3連接，所述多通道輸入和調理電路4連接人體，採集 人體生理fe息，所述基於串口信號採集電路2和基於USB高速信號採 集電路5分別與多通道輸入和調理電路4連接，所述基於串口信號採 集電路2和基於USB高速信號採集電路5同時與PC機連接，所述人 機界面6與基於USB高速信號採集電路5連接。
如圖3所示，它用ICL8038(U13)產生正弦波信號，用10K的3296 電位器(R21)對該正弦信號的頻率進行調節，用100K的3296電位器 (R26)對該正弦信號的輸出幅度進行調節，後經過高性能放大器 0PA134UA進行放大，得到正弦激勵信號。該激勵信號連同外部輸入視 頻頭IN1 (J8)、外部輸入音頻頭IN2(J9)、內部的DC12V和GND這四 個信號源，由跳線器(JP11)手動5選1輸入到DG401 (U15)。 EZ-USBFX2LP單片機(U9)控制DG401 (U15) 2選1向外輸出音頻頭OUT—R(J13)和音頻頭OUT—L(J12)。
如圖4、圖5所示，它用6個15芯DB-F接頭和6個20腳雙列JTAG 接頭，按照左右平均分成2組，接受外部信號。每個DB-F接頭或JTAG 接頭使用16個引腳，另外兩個引腳備用，能夠採集16路信號，因而 每組能夠採集48路信號，編號為LI-L48和Rl-R48。系統提供了 DB-F 接頭和JTAG接頭，操作人員可以自由選擇使用。通道的採樣時間是在 10ms 5s之間，通道切換最短可以達到10ms,另外為了儘量減少信號 損耗，系統選擇高精度高性能的模擬開關MAX306。 MAX306是16通道 高精度高性能的模擬開關。系統用6個MAX306模擬開關組成多通道信 號切換網絡，可切換左右各48路通道。系統可以設置每個通道的採樣 時間，繼而通過EZ-USBFX2LP(U9)單片機切換信號通道。如圖7顯示， 通過手動選擇跳線(JPIO)，使獲取的信號輸入到A/D轉換晶片 AD536(U17)或者輸入到高速A/D轉換晶片ADS803E (U18)。
如圖6和圖7所示，它採用12bit的ADS803E (U18)高速ADC進 行數據採集，並經過EZ-USBFX2LP(U9)控制器上傳到計算機。ADS80犯 晶片為12位，最大採樣頻率為5MHZ、並行高速A/D轉換器，具有高信 噪比、低失真度、低功耗、輸入範圍變化靈活和輸入溢出報警等優點。 工作電壓為5v最大功耗135mw，轉換時間從200ns到100us。 ADS803E 晶片的性能基本符合系統對採樣精度和採樣速度的要求。ADS803E芯 片處理過的數據經過EZ-USBFX2LP(U9)控制器上傳到計算機，在計算 機端保存成文件。EZ-USBFX2LP是一款全球最低功耗全集成化外設控 制器，包括一個8051微處理器、 一個串行接口引擎、 一個高速USB2.0 收發器、片上RAM與FIFO以及一個通用可編程接口 (GPIF)。它能夠處
8理所有的基本USB功能，從而使主機系統的微處理器能夠集中於專用 功能的處理，並確保持續穩定的高性能數據傳輸速率。EZ-USBFX2LP 具有480Mbps的數據速率、16KB的片上內存以及多達40個可編程I/O 等特性，且體積較小，非常適合於小型化的移動應用。本系統此用 EZ-USBFX2LP晶片處理此過程。它有兩個EEPROM，分別是 2禮C128SN(U10)和24LC04B(U11)，可通過跳線(JP8)手動選擇EEPROM。
如圖8所示，它採用PIC16C72(U19)及AD536(U17)對信號進行採 集，通過RS232控制器MAX232E呢(U20)上傳到計算機。當跳線JP10 手動選擇，採集得到的信號輸入基於串口採集電路。
如圖9所示，它有LCD和4個按鍵，方便用戶設置儀器參數；另 外有4個信號指示器和1個電源指示器、1個蜂鳴器。在計算機端包 含一個控制和顯示軟體，用於計算機端的控制和數據保存、顯示。4 個按鍵分別是FUCTI0N/0K(S1)、 UP(S2)、 DO麗(S3)和CANCEL(S4)。 FUCTI0N為主功能鍵盤和確定鍵，可以設置的基本功能有選擇要採 集的通道，每個採集通道的採集時間。UP和DOWN用於修改通道數或 者採集時間的數字大小，CANCEL為退出鍵。四個按鍵通過一個IC接 口 8位擴展口晶片PCF8574T(U12)和EZ-USBFX2LP晶片相連; EZ-USBFX2LP晶片通過液晶驅動晶片HT1621B控制LCD顯示。
如圖10所示，它可以採用外接DC+5V或者採用USB總線+5V供電， 內部經過LT1763CS8(U8)轉換成+3.3V對數字部分供電，經過 IA0512KS(U7)模塊轉換成土 12V對信號發生和輸出電路、多通道輸入 和調理電路供電。
權利要求1、一種USB接口多道生理信息採集系統，包括信號發生和輸出電路，用於產生刺激人體的正弦激勵信號；基於串口信號採集電路，用於低速採集人體生理信息；電源電路，用於為整個系統提供電源；其特徵在於所述一種USB接口多道生理信息採集系統還包括多通道輸入和調理電路，用於多通道採集人體生理信息，並對人體生理信息進行A/D轉換後輸出生理信息數據；基於USB高速信號採集電路，用於基於USB2.0和PC機進行高速數據通訊，採集生理信息數據；人機界面，用於進行各類測量參數的設置，並實時在顯示屏上顯示；基於USB高速信號採集電路與多通道輸入和調理電路、人機界面相接，基於串口信號採集電路與多通道輸入和調理電路相接。
2、 如權利要求1所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述的多通道輸入和調理電路包括用於接收外部信號的6個 15芯DB-F接頭和6個20腳雙列JTAG接頭，以及用於切換通道的6 個MAX306模擬開關組成多通道信號切換網絡，所述的6個15芯DB-F 接頭和6個20腳雙列JTAG接頭按照左右平均分成2組；設置每個通 道的採樣時間，繼而通過FX2LP單片機切換信號通道，獲取的信號輸 入A/D轉換晶片AD536或者輸入到A/D轉換晶片ADS803E。
3、 如權利要求1所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述的基於USB高速信號採集電路採用1Mbps、 12bit的 ADS803E晶片，ADS803E晶片處理過的數據經過EZ-USBFX2LP控制器上傳到計算機。
4、 如權利要求1所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述的信號發生和輸出電路中，用ICL8038產生正弦波信號， 並用3296電位器對正弦波信號的頻率和幅度進行調節，正弦波信號連 同外部輸入視頻頭IN1和音頻頭IN2、內部的DC12V、 GND四個信 號源，由跳線器手動5選1輸入到DG401，通過FX2LP單片機控制2 選l向外輸出。
5、 如權利要求1所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述基於串口信號採集電路中，採用PIC16C72及ADC536 對信號進行採集，通過RS232控制器上傳到計算機。
6、 如權利要求2所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述人機界面包括LCD、 4個按鍵，4個信號指示器和1個 電源指示器和l個蜂鳴器。
7、 如權利要求1所述的一種USB接口多道生理信息採集系統，其特 徵在於所述電源電路可以採用外接DC+5V或者採用USB總線+5V 供電，內部經過LT1763CS8轉換成+3.3V對數字部分供電，經過 IA0512KS模塊轉換成土 12V與信號發生和輸出電路、多通道輸入和 調理電路連接。
專利摘要一種USB接口多道生理信息採集系統，包括信號發生和輸出電路，用於產生刺激人體的正弦激勵信號；基於串口信號採集電路，用於低速採集人體生理信息；電源電路，用於為整個系統提供電源；所述一種USB接口多道生理信息採集系統還包括多通道輸入和調理電路，用於多通道採集人體生理信息，並對人體生理信息進行A/D轉換後輸出生理信息數據；基於USB高速信號採集電路，用於基於USB2.0和PC機進行高速數據通訊，採集生理信息數據；基於USB高速信號採集電路與多通道輸入和調理電路、人機界面相接，基於串口信號採集電路與多通道輸入和調理電路相接。本實用新型提供一種能實現多通道採集、速度快、功能較為齊全的USB接口多道生理信息採集系統。
文檔編號A61B5/00GK201290763SQ20082012059
公開日2009年8月19日 申請日期2008年7月2日 優先權日2008年7月2日
發明者劉曉暉, 江 李, 陳正亮 申請人:浙江大學