CN101422357A - Usb接口多道生理信息采集系统 - Google Patents

Abstract

一种USB接口多道生理信息采集系统，包括：信号发生和输出电路，用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路，用于低速采集人体生理信息；电源电路，用于为整个系统提供电源；所述USB接口多道生理信息采集系统还包括：多通道输入和调理电路，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。本发明提供一种能实现多通道采集、速度快、功能较为齐全的USB接口多道生理信息采集系统。

Description

USB接口多道生理信息采集系统

技术领域

本发明涉及生理信息采集领域，尤其是一种USB接口多道生理信息采集系统。

背景技术

目前的生理信息采集系统多只能采集单通道生理信息且采用低速的串口通讯方式，参数设置功能不全。

发明内容

为了克服已有的生理信息采集系统只能单通道采集、速度慢、功能不全的不足，本发明提供一种能实现多通道采集、速度快、功能较为齐全的USB接口多道生理信息采集系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种USB接口多道生理信息采集系统，包括：信号发生和输出电路，用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路，用于低速采集人体生理信息；电源电路，用于为整个系统提供电源；所述USB接口多道生理信息采集系统还包括：多通道输入和调理电路，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。

进一步，所述生理信息采集系统还包括：人机界面，用于进行各类测量参数的设置，并实时在显示屏上显示。

所述的多通道输入和调理电路包括用于接收外部信号的6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头，以及用于切换通道的6个MAX306模拟开关组成多通道信号切换网络。所述的6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头按照左右平均分成2组，用户可以选择使用DB-F接头或者JTAG接头，每个接头只使用16脚，其余4脚空闲，因而总共可以切换96路通道。系统通过EZ-USBFX2LP单片机或者PIC16C72单片机控制MAX306模拟开关以切换信号通道。获取的信号输入到A/D转换芯片AD536或者输入到高速A/D转换芯片ADS803E。

所述的基于USB高速信号采集电路为采用12bit的ADS803E芯片，ADS803E芯片为12位，最大采样频率为5MHZ、并行高速A/D转换器，工作电压为5v，最大功耗135mw，转换时间从200ns到100us；ADS803E芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP控制器上传到计算机。

所述的信号发生和输出电路中，用ICL8038产生正弦波信号，并用3296电位器对正弦波信号的频率和幅度进行调节，正弦波信号连同外部输入1视频头IN1和外部输入2音频头IN2、内部的DC12V、GND四个信号源，由跳线器手动5选1输入到DG401，通过EZ-USBFX2LP单片机控制2选1向外输出，输出是两个音频头。

所述基于串口信号采集电路中，采用单片机PIC16C72及A/D转换芯片AD536对信号进行采集，通过RS232控制器MAX232上传到计算机。

所述人机界面包括LCD、4个按键，4个信号指示器和1个电源指示器和1个蜂鸣器。可以设置的基本功能有：选择要采集的通道，每个采集通道的采集时间。

所述电源电路采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电，仪器内部经过LT1763CS8转换成+3.3V对数字部分供电，经过IA0512KS模块转换成土12V与信号发生和输出电路、多通道输入和调理电路连接。

本发明的技术构思为：采集多通道生理信息且使用高速USB2.0通讯方式，另外液晶屏提供信息更丰富、显示更直观的人机界面，同时可修改多项参数。

本发明的有益效果主要表现在：1、它具有友好的人机交互界面，用户可以进行测量参数的设置，并实时在LCD液晶屏上显示；2、能产生正弦信号，接受音频和视频信号，输出音频信号；可切换近100路采集通道，高速采集信号，通过USB通讯或串口通讯传输到上位机。

附图说明

图1是本发明的结构原理框图；

图2是本发明的原理图。

图3是信号发生和输出电路原理图；

图4和图5是多通道输入和调理电路原理图；

图6和图7是基于USB高速信号采集电路原理图；

图8是基于串口信号采集电路原理图；

图9是人机界面；

图10是电源电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图10，一种USB接口多道生理信息采集系统，包括：信号发生和输出电路1，用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路2，用于低速采集人体生理信息；电源电路3，用于为整个多通道输入和调理电路4，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路5，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。

所述生理信息采集系统还包括：人机界面6，用于进行各类测量参数的设置，并实时在显示屏上显示。

所述信号发生和输出电路1与人体直接连接，用于产生刺激人体的正弦激励信号，信号发生和输出电路1、多通道输入和调理电路4、基于串口信号采集电路2、人机界面6和基于USB高速信号采集电路5均与电源电路3连接，所述多通道输入和调理电路4连接人体，采集人体生理信息，所述基于串口信号采集电路2和基于USB高速信号采集电路5分别与多通道输入和调理电路4连接，所述基于串口信号采集电路2和基于USB高速信号采集电路5同时与PC机连接，所述人机界面6与基于USB高速信号采集电路5连接。

如图3所示，它用ICL8038(U13)产生正弦波信号，用10K的3296电位器(R21)对该正弦信号的频率进行调节，用100K的3296电位器(R26)对该正弦信号的输出幅度进行调节，后经过高性能放大器OPA134UA进行放大，得到正弦激励信号。该激励信号连同外部输入视频头IN1(J8)、外部输入音频头IN2(J9)、内部的DC12V和GND这四个信号源，由跳线器(JP11)手动5选1输入到DG401(U15)。EZ-USBFX2LP单片机(U9)控制DG401(U15)2选1向外输出音频头OUT_R(J13)和音频头OUT_L(J12)。

如图4、图5所示，系统用6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头，按照左右平均分成2组，接受外部信号。每个DB-F接头或JTAG接头使用16个引脚，另外两个引脚备用，能够采集16路信号，因而每组能够采集48路信号，编号为L1-L48和R1-R48。系统提供了DB-F接头和JTAG接头，操作人员可以自由选择使用。通道的采样时间是在10ms～5s之间，通道切换最短可以达到10ms，另外为了尽量减少信号损耗，系统选择高精度高性能的模拟开关MAX306。MAX306是16通道高精度高性能的模拟开关。系统用6个MAX306模拟开关组成多通道信号切换网络，可切换左右各48路通道。系统可以设置每个通道的采样时间，继而通过EZ-USBFX2LP(U9)单片机切换信号通道。如图7显示，通过手动选择跳线(JP10)，使获取的信号输入到A/D转换芯片AD536(U17)或者输入到高速A/D转换芯片ADS803E(U18)。

如图6和图7所示，它采用12bit的ADS803E(U18)高速ADC进行数据采集，并经过EZ-USBFX2LP(U9)控制器上传到计算机。ADS803E芯片为12位，最大采样频率为5MHZ、并行高速A/D转换器，具有高信噪比、低失真度、低功耗、输入范围变化灵活和输入溢出报警等优点。工作电压为5v最大功耗135mw，转换时间从200ns到100us。ADS803E芯片的性能基本符合系统对采样精度和采样速度的要求。ADS803E芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP(U9)控制器上传到计算机，在计算机端保存成文件。EZ-USBFX2LP是一款全球最低功耗全集成化外设控制器，包括一个8051微处理器、一个串行接口引擎、一个高速USB2.0收发器、片上RAM与FIFO以及一个通用可编程接口(GPIF)。它能够处理所有的基本USB功能，从而使主机系统的微处理器能够集中于专用功能的处理，并确保持续稳定的高性能数据传输速率。EZ-USBFX2LP具有480Mbps的数据速率、16KB的片上内存以及多达40个可编程I/O等特性，且体积较小，非常适合于小型化的移动应用。本系统此用EZ-USBFX2LP芯片处理此过程。它有两个EEPROM，分别是24LC128SN(U10)和24LC04B(U11)，可通过跳线(JP8)手动选择EEPROM。

如图8所示，它采用PIC16C72(U19)及AD536(U17)对信号进行采集，通过RS232控制器MAX232EWE(U20)上传到计算机。当跳线JP10手动选择，采集得到的信号输入基于串口采集电路。

如图9所示，它有LCD和4个按键，方便用户设置仪器参数；另外有4个信号指示器和1个电源指示器、1个蜂鸣器。在计算机端包含一个控制和显示软件，用于计算机端的控制和数据保存、显示。4个按键分别是FUCTION/OK(S1)、UP(S2)、DOWN(S3)和CANCEL(S4)。FUCTION为主功能键盘和确定键，可以设置的基本功能有：选择要采集的通道，每个采集通道的采集时间。UP和DOWN用于修改通道数或者采集时间的数字大小，CANCEL为退出键。四个按键通过一个IC接口8位扩展口芯片PCF8574T(U12)和EZ-USBFX2LP芯片相连；EZ-USBFX2LP芯片通过液晶驱动芯片HT1621B控制LCD显示。

如图10所示，它可以采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电，内部经过LT1763CS8(U8)转换成+3.3V对数字部分供电，经过IA0512KS(U7)模块转换成土12V对信号发生和输出电路、多通道输入和调理电路供电。

Claims (8)

1、一种USB接口多道生理信息采集系统，包括：

信号发生和输出电路，用于产生刺激人体的正弦激励信号；

基于串口信号采集电路，用于低速采集人体生理信息；

电源电路，用于为整个系统提供电源；

其特征在于：所述USB接口多道生理信息采集系统还包括：

多通道输入和调理电路，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；

基于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。

2、如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述生理信息采集系统还包括：

人机界面，用于进行各类测量参数的设置，并实时在显示屏上显示。

3、如权利要求1或2所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述的多通道输入和调理电路包括用于接收外部信号的6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头，以及用于切换通道的6个MAX306模拟开关组成多通道信号切换网络，所述的6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头按照左右平均分成2组；设置每个通道的采样时间，继而通过FX2LP单片机切换信号通道，获取的信号输入A/D转换芯片AD536或者输入到A/D转换芯片ADS803E。

4、如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述的基于USB高速信号采集电路采用ADS803E芯片(1Mbps，12bit)，ADS803E芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP控制器上传到计算机。

5、如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述的信号发生和输出电路中，用ICL8038产生正弦波信号，并用3296电位器对正弦波信号的频率和幅度进行调节，正弦波信号连同外部输入视频头IN1和音频头IN2、内部的DC12V、GND四个信号源，由跳线器手动5选1输入到DG401，通过FX2LP单片机控制2选1向外输出。

6、如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述基于串口信号采集电路中，采用PIC16C72及ADC536对信号进行采集，通过RS232控制器上传到计算机。

7、如权利要求2所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述人机界面包括LCD、4个按键，4个信号指示器和1个电源指示器和1个蜂鸣器。

8、如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于：所述电源电路可以采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电，内部经过LT1763CS8转换成+3.3V对数字部分供电，经过IA0512KS模块转换成土12V与信号发生和输出电路、多通道输入和调理电路连接。

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