CN101690661B - 一种耳穴检测系统 - Google Patents

Abstract

一种耳穴检测系统属于耳穴阻抗检测的技术领域，其特征在于，包含互相串接的测量部分与单片机部分，该测量部分含有依次串接的测量探笔、RC振荡电路、分压测量电路和检波放大电路；单片机部分含有依次串接的MCU单片机和UART电平转换芯片，以及设置在该MCU单片机内的信号检测模块。本发明使用耳穴电阻分布图显示测量结果，用红色表示耳穴电阻低阻区，便于进行病灶区域定位，同时系统的硬件电路大为简化，从而提高了定量准确性和精度。

Description

一种耳穴检测系统

技术领域

本发明属于电子学、计算机和信号处理技术领域，特别涉及一种用耳穴阻抗的伪彩色地形分布图来评价耳穴是否正常的耳穴检测仪。

背景技术

耳穴是耳廓皮肤表面与人体脏腑、经络、组织器官、四肢百骸相互沟通的部位，也是脉气输注的所在。在耳廓上反映人机体的生理功能和病理变化的部位统称为耳穴。耳穴的分布是有一定规律的，在耳廓前外侧面的排列像一个在子宫内倒置的胎儿，头部朝下，臀部及四肢朝上，胸部及躯干在中间。内脏器官在耳廓代表区的形态与器官自身的形态相似，往往呈“投影”的对应关系。耳前控制人体的前面、五脏六腑、组织器官和五官七窍，耳背控制人体的背面，神经系统，骨骼肌肉等运动系统。左耳控制人体左半身组织器官，右耳控制人体右半身组织器官。当人的脏腑、四肢、百骸、五官等器官患病时，即可导致与这些脏腑或器官相应的特定耳穴呈现病理阳性反应，如出现电阻改变、变色、变形、血管变化、丘疹、脱屑等。这些病理变化既包括颜色和形态的改变，也包括耳穴电学特性的变化，如：与疾病相关的耳穴电阻降低，因此可以通过测量耳穴电阻来进行疾病的定位。耳穴检测仪就是根据这个原理设计的，通过测量耳穴阻值情况，对整个耳廓电阻分布状况进行显示，进而得到与该耳穴对应的身体器官的疾病信息，对疾病进行早期诊断。

耳穴和疾病相关的中医理论早在中国古代四大经典著作之一的《黄帝内经》中就有提及，近年来，国内也有相关的一些发明专利。由温建红发明，于1993年5月19日公开的发明专利便携式耳穴计算机辅助诊断装置(专利申请号CN92109269.5)，由发光二极管耳穴显示部件、微处理机及其支持电路、接口和驱动电路、采样笔和采样笔上的操作按键、电阻或电导测量电路等构成，采用微处理机(80C31单片机)支持的语音合成部件输出诊断结果，使用单结管电阻/频率转换电路，使用单片机的定时/计数器完成电阻测量，测穴探针为手握电极，采样笔上有三个按键，分别为测量下一个耳穴NEXT，回答问诊或望诊提问的是(YES)和否(NO)。但是，该专利硬件电路功能及语音合成功能单一，没有定量的统计分析和计算功能，在检测探笔上缺乏对按压穴位力量进行定量测量的传感器装置，难以满足对穴位功能状况进行定量诊断的需求。由孙秀珍、吴庆祥和贾谊民发明的实用新型专利计算机人体疾病诊断仪(专利申请号CN90205833.9)，由8位微型计算机、磁盘机、打印机、显示器，以及由阻容元件、集成电路芯片构成的耳穴信息电路板组成，该装置申明可用于对人体疾病做出自动诊断。但与上一发明类似，此发明的硬件检测功能单一，难以满足对穴位功能状况进行准确、定量诊断的需求。另外，该发明的硬件电路设计主要使用离散元件，维修互换性较差，而且使用的是中华学习机等早期计算机，这些计算机早已淘汰，且没有完善的系统软件，使用不便。此外，还有一些类似发明，在功能和使用上都存在一些明显不足，如耳穴的定位缺乏统一的标准，穴位点定义缺乏规范性；仪器精度较差，测量耳穴电阻时准确性不足；显示功能较差，只给出了一个穴位点的电阻，相邻穴位点的阻值信息被忽略了；数据的统计、分析、处理功能较差，只能对单独穴位点的电阻进行处理，不能对解剖分区和神经分区内的所有穴位点电阻进行统计和分析；数据测量之后难以保存和对比，没有信息管理的功能；系统功能比较简单，大多数耳穴电测仪只用于定性即时检测，无法利用其进行科学研究。

和之前的专利相比，本发明克服了已有技术的不足之处，在对上述系统的硬件与软件进行技术革新改造的基础上，采用目前最新的科学技术成果，使用新的耳穴研究成果和耳穴图，结合计算机处理，不但将系统硬件电路设计大为简化，使精度、准确性和可靠性大大提高，而且使系统软件的功能更为强大，从而使整个系统的使用更为方便和直观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耳穴检测系统，包括由测量模块，转换和发送模块构成的系统硬件，包括信号检测模块和病案管理模块的系统软件。该检测系统通过测量每个耳穴穴位点的电阻并与参考点的电阻进行定量比较和统计分析，作为评价该耳穴阻值是否正常的标准，并根据定量的统计分析指标给出以伪彩色形式表示的耳穴电阻分布图。各部分连接关系如图1所示。

一种耳穴检测系统，其特征在于，含有：互相依次串联的测量部分和单片机部分，其中：

测量部分，含有：测量探笔、RC振荡电路、分压测量电路和检波放大电路，其中：

RC振荡电路，是一个正弦波振荡电路，输出一串频率不低于500kHz的正弦波；

分压测量电路，由互相依次串接的电阻分压电路和跟随器组成，所述电阻分压电路由分压电阻(Rn)与测量探笔检测的待测耳穴电阻(Rx)依次串联而成，该分压电阻(Rn)的电压输入端接所述正弦波振荡电路的输出端，待测电阻的一端接地，所述跟随器的正输入端与所述电阻分压电路的串联点相连，负输入端与该跟随器的输出端相连，输出待测的正弦信号，该跟随器的两个电源端分别接+5伏电压和-5伏电压；

检波放大电路，含有第一检波放大电路和第二检波放大电路，其中：

第一检波放大电路，由第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)、以及正负依次串联于该第一运算放大器(A1)的输出端和该第二运算放大器(A2)的正输入端之间的二极管(D1)和电阻(R3)组成，该二极管(D1)的负极对地接地电容(C1)，同时该二极管(D1)的负极又与所述第一运算放大器(A1)的负极相连，所述第一运算放大器(A1)的正输入端接所述正弦波振荡电路的输入端；所述第二运算放大器(A2)的输出端经电阻(R2)后与该第二运算放大器(A2)的负输入端相连，所述两个运算放大器(A1，A2)各自的两个电源端分别接+12伏和-12伏电压，该第二运算放大器(A2)的输出端输出第一直流电压(DC_out1)作为参考电压；

第二检波放大电路，由第三运算放大器(A3)、第四运算放大器(A4)、以及正负依次串接于该第三运算放大器(A3)的输出端和该第四运算放大器(A4)的正输入端之间的二极管(D2)和电阻(R4)组成，该二极管(D2)的负极对地接电容(C2)，同时该二极管(D2)的负极又与所述第三运算放大器(A3)的负输入端相连，所述第三运算放大器(A3)的正输入端与经过分压测量电路的输出端相连；所述第四运算放大器(A4)的输出端经电阻(R5)与所述第四运算放大器(A4)的负输入端相连，所述两个运算放大器(A3，A4)各自的两个电源端分别接+12伏电压和-12伏电压，该第四运算放大器(A4)的输出端输出第二直流电压(DC_out2)作为待测电压；

单片机部分，含有由单片机(MCU)和UART电平转换芯片组成的转换与发送组件，其中：

单片机MCU设有以下接口：

RST口，为单片机RESET端，按下开关(S2)时单片机输入+5伏电压，单片机重启；

LED1控制端口和LED2控制端口，分别控制红色LED器件和绿色LED器件，红色表示“BUSY”状态，正在测试，绿色表示“READY”状态，允许进行新耳穴测试；

P1.4和P1.7输入端口，分别和检波放大电路输出的第一直流电压DC_out1和第二直流电压DC_out2相连；

P3.0输入和P3.1输出端口，分别为单片机的串行通讯输入RXD1和串行通讯输出TXD1；

UART电压转换芯片，通过TXD1口和RXD1口经串行通讯输出经电压转换后的耳穴电阻检测信号，并通过USB通讯协议发送到外部计算机中。

本发明具有如下特点：

其一，使系统的硬件电路大为简化。本发明采用集成电路芯片，尽可能少的使用离散元件，硬件电路体积小，携带方便。本发明选用带有A/D转换功能的单片机，取代了传统的单片机芯片，进一步降低了硬件电路体积，且使对A/D的控制更为方便。

其二，本发明使用标准电阻与待测电阻的分压测量模块，使测量结果定量化。

其三，本发明使用具有压力示数的探笔，使检测标准统一，测量结果精确。

附图内容

图1为本发明的系统组成框图。

图2为本发明的测量模块构成框图。

图3为本发明的转换与发送模块构成框图。

图4为本实施例的测量模块正弦波振荡电路原理图。

图5为本实施例的测量模块分压测量电路原理图。

图6为本实施例的测量模块检波放大电路原理图。

图7为本实施例的转换与发送模块电路单片机及外围电路原理图。

图8为本实施例的转换与发送模块UART电平转换芯片及外围电路原理图。

具体实施方式

本发明提出一种耳穴检测的系统实施例，由硬件电路及软件两大部分组成。结合各附图详细说明如下：

本实施例硬件电路整体构成如图1所示，由测量模块、转换和发送模块构成。即包括由测量探笔及其外围电路组成的测量模块，由单片机和UART电平转换芯片组成的转换与发送模块。其中，测量模块的外围电路包括RC振荡电路、分压测量电路和检波放大电路。

测量模块由测量探笔及其外围电路组成，测量外围电路由RC振荡电路、分压测量电路和检波放大电路的模拟电子电路构成。测量模块的原理框图如图2所示。其工作原理简述如下：RC振荡电路产生高频正弦振荡电路，振荡电路的输出经放大后，施加于分压测量电路中，经测量、放大、检波和电压调整，得到检测信号。此时得到的检测信号为两路，一路是待测电阻的电阻两端的电压，即待测电压；一路是精密电阻两端的电压，即参考电压。这两路检测信号分别送入检波放大电路。检波放大电路的作用是将输入信号的峰值保持，将高频正弦振荡信号转化为低频缓变信号，实现峰值保持。检波的同时还将信号放大到5V左右，便于充分利用后续转换与发送模块的A/D量程及精度。

转换与发送模块由自带A/D功能的单片机及其外围电路和以UART的转换芯片为核心的PC机的通讯电路的集成数字电路组成。转换与发送模块的原理框图如图3所示。其工作原理简述如下：转换和发送模块负责将测量结果进行A/D转换，并按照USB通讯协议发送至计算机。当探笔上的按键按下时，测量模块中得到的待测电压和参考电压被送入带有A/D功能的单片机，首先进行模数转换，然后通过计算得到待测耳穴电阻阻值，通过单片机串口发送出来。由于系统采用USB进行通讯，UART转换芯片就可以实现硬件电路与PC机的接口通讯。此外，该部分还具有指示灯，指示硬件电路的工作状态。

RC振荡电路的主要作用是产生振荡频率大于500kHz的正弦波，用来当作测量耳穴电阻的电压源，电路设计原理图如图4所示。按照电路的参数设置；理论上该电路产生530kHz的正弦波。电路中加入二极管D1、D2的作用是加入非线性环节，使输出电压稳定。可变电阻R5可以通过分压的方式调节输出信号的幅度。由A2组成的电压跟随器的作用是增大信号源的带负载能力，使测量电阻变化时信号源的幅度稳定。

分压检测电路是在得到高频的交流电源后，用分压电路对耳穴电阻进行测量。电路设计原理图如图5所示。电路中电阻Rn就是用来分压的电阻，测量时相当于将要测量的电阻串联如电路中通过分压的多少计算待测电阻的值。后面的跟随器A3用于增大带载能力，使对信号后续处理时信号不会发生衰减，尽可能的增大测量的准确性。

检波放大电路是对输入和输出波形进行检波，便于后续的A/D操作。电路设计原理图如图6所示。正弦信号通过AC_Input进入，后续运放的作用是作为比较器，当DC_out1端的输出电压小于输入电压时，运放输出端输出高电平，此时二极管导通，电容充电；而DC_out1端的电压等于或高于输入电压的时候运放输出端输出低电平，由于此时二极管处于截止状态，因此电容不能放电，保持之前的电压实现峰值保持。后面紧接着有运放组成的放大电路将幅值放大到5V左右的水平，便于充分利用A/D的量程及精度。

单片机系统通过单片机内部自带的A/D功能对检波结果进行A/D转换，控制整个硬件电路的工作情况，得到输入输出两个正波的幅值信息并通过串口发送。电路设计原理图如图7所示。该系统主要由单片机、按键控制开关、复位电路、指示灯等组成。该系统中选择的单片机是自带A/D功能的STC12C5410AD型号的单片机，可以节省硬件上的需求，减少了对A/D芯片的要求。单片机系统直接通过USB口的5V电源进行供电，简化了电源模块的设计。指示灯能够指示电路当前的工作情况，红灯表示电路处于“BUSY”状态(正在测试)，绿灯表示电路处于“READY”状态，表示可以进行新的耳穴点的测试。同时单片机系统也涉及一些软件编程，主要包括主程序的流程，这个流程决定了各个耳穴点的测量方法、A/D过程的控制，按键开关的检测，通过按键来控制系统的工作情况。

电平转换是通过CP2102进行通讯，这样单片机端相当于对串口进行操作，而PC端只要安装CP2101的驱动程序就可以直接从USB口(相当于一个虚拟串口)按照串口的协议读取数据。电路原理设计图如图8所示。数据的上传设置了一定的格式，A/D的结果是10位的整形数据，每次测量后立即进行数据的上传。每帧的数据保持如下格式{0X55，0X？？，0X？？，0X？？，0X？？，0Xaa}。帧头和帧尾是为了测试上传数据的正确性设置的。中间的数据前两个数据分别是输入正弦波幅度的高8位和低2位，后两个字节的数据分别是输出波形的幅度的高8位和低2位。

Claims (1)

1.一种耳穴检测系统，其特征在于，含有：互相依次串联的测量部分和单片机部分，其中：

测量部分，含有：测量探笔、RC振荡电路、分压测量电路和检波放大电路，其中：

RC振荡电路，是一个正弦波振荡电路，输出一串频率不低于500kHz的正弦波；

分压测量电路，由互相依次串接的电阻分压电路和跟随器组成，所述电阻分压电路由分压电阻(Rn)与测量探笔检测的待测耳穴电阻(Rx)依次串联而成，该分压电阻(Rn)的电压输入端接所述正弦波振荡电路的输出端，待测耳穴电阻(R_x)的一端接地，所述跟随器的正输入端与所述电阻分压电路的串联点相连，负输入端与该跟随器的输出端相连，输出待测的正弦信号，该跟随器的两个电源端分别接+5伏电压和-5伏电压；

检波放大电路，含有第一检波放大电路和第二检波放大电路，其中：

第一检波放大电路，由第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)、以及正负依次串联于该第一运算放大器(A1)的输出端和该第二运算放大器(A2)的正输入端之间的二极管(D1)和电阻(R3)组成，该二极管(D1)的负极对地接电容(C1)，同时该二极管(D1)的负极又与所述第一运算放大器(A1)的负极相连，所述第一运算放大器(A1)的正输入端接所述正弦波振荡电路的输入端；所述第二运算放大器(A2)的输出端经电阻(R2)后与该第二运算放大器(A2)的负输入端相连，所述第一运算放大器(A1)和第二运算放大器(A2)，各自的两个电源端分别接+12伏和-12伏电压，该第二运算放大器(A2)的输出端输出第一直流电压(DC_out1)作为参考电压；

第二检波放大电路，由第三运算放大器(A3)、第四运算放大器(A4)、以及正负依次串接于该第三运算放大器(A3)的输出端和该第四运算放大器(A4)的正输入端之间的二极管(D2)和电阻(R4)组成，该二极管(D2)的负极对地接电容(C2)，同时该二极管(D2)的负极又与所述第三运算放 大器(A3)的负输入端相连，所述第三运算放大器(A3)的正输入端与经过分压测量电路的输出端相连；所述第四运算放大器(A4)的输出端经电阻(R5)与所述第四运算放大器(A4)的负输入端相连，所述第三运算放大器(A3)和第四运算放大器(A4)，各自的两个电源端分别接+12伏电压和-12伏电压，该第四运算放大器(A4)的输出端输出第二直流电压(DC_out2)作为待测电压；

单片机部分，含有由单片机MCU和UART电压转换芯片组成的转换与发送组件，其中：

单片机MCU是自带A/D功能的STC12C5410AD型号的单片机，设有以下接口：

RST口，为单片机RESET端，按下开关(S2)时单片机输入+5伏电压，单片机重启；

LED1控制端口和LED2控制端口，分别控制红色LED器件和绿色LED器件，红色表示“BUSY”状态，正在测试，绿色表示“READY”状态，允许进行新耳穴测试；

P1.4和P1.7输入端口，分别和检波放大电路输出的第一直流电压(DC_out1)和第二直流电压(DC_out2)相连；

P3.0输入和P3.1输出端口，分别为单片机的串行通讯输入RXD1和串行通讯输出TXD1；

UART电压转换芯片，通过TXD1口和RXD1口经串行通讯输出经电压转换后的耳穴电阻检测信号，并通过USB通讯协议发送到外部计算机中。 

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