CN102938228B - 一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸式穴位考试、学习、模拟诊疗的装置。一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，包括整体或局部的仿真人体穴位模型本体、控制电路、上位机，所述上位机采用台式或笔记本电脑；所述控制电路设置于仿真人体穴位模型本体内的电路板上，人体穴位模型本体上对应每个穴位在其内部设置微型按键，从所述各微型按键分别引出导线连接到电路板上的控制电路，所述控制电路包含有单片机、译码器、串口通信接口电路，微型按键采用译码器来扩展键盘，实现按键与单片机连接；单片机通过串口通信接口电路与上位机连接。本发明可根据上位机软件系统不同的选择，实现不同的功能，主要用于考试测试，同时还具有学习和模拟诊病功能，功能多样，实用性强。

Description

一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置

技术领域

本发明涉及一种触摸式穴位考试、学习、模拟诊疗的装置，特别是涉及一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置。

背景技术

中医是中国的国粹，而经络穴位是中医的精髓之一，为此中华人民共和国专门制定了国家标准，人体穴位模型国标GB12346-90。但人体经络穴位数目庞大，仅针灸穴位就409个，在实践中难于记忆。目前很多中医专家制作了人体和实物及挂图，准确地标出了穴位的具体地方和名称，然后再配套书籍进行查找和介绍，这样对记忆和学习起到了一定的辅助作用，但还是存在学习难、查询难、记忆难的问题。随着计算机科学、微电子技术、数据存储、语音处理、光学识别、隐形编码识别等技术的发展，有很多专业技术人员为此不断地研究，试图制作出好学易懂的经络和穴位模型。

中国发明专利200420102160.9公开了一种隐形码光学识别单体学习笔，将隐形码光学识别技术和成熟的数字信号处理技术DSP结合，把识别传感器、资料采集、编解码、声音播放等集中在一支笔形的工具上，然后在学习阅读的纸媒介上点击相应文字或图案对应的识别码，笔就发出相应的声音，携带方便、操作简单。发明专利200820094692.0和200820141782.0在上述专利基础上，将码点读技术应用到人体穴位模型上，在标注经络和穴位的人体模型上，将语音笔在模型的具体穴位上方感应，语音笔将会播放此穴位语音信息，介绍朗读该穴位功能位置、针灸按摩方法，这种方法实现语音播放穴位功能，能够提高记忆和学习效果，但并不适合医生实际学习和中医针灸的基础。中医治疗疾病需要对穴位进行按摩和针灸，实际操作时医生需用手接触病人身体，通过触摸和经验准确找到某一穴位，但是上述方法没有用手指触摸穴位而完全依赖语音笔，若语音笔丢失或损坏，那么该模型就将成为没有任何语音功能的废品。

其他的此类利用电子语音对人体穴位进行识别及解说的相关技术均存在上述缺点，模型和识别装置及辅助设施不是一体化设计，使用受到局限，重要的是，不适合各种教学方式的实际需要，功能单一。为解决上述局限，专利号201020681832.1的实用新型专利公开了一种触摸式电子语音人体穴位模型，用单片机技术来实现触摸式按键的语音模型，符合中医针灸理论基础及实际操作特点，但该技术仅用单片机实现，只具备用于学习穴位的单一功能。。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种基于仿真皮肤人体模型的触摸式穴位考试装置，用于穴位的考试和测试，同时具备穴位学习、模拟诊病等功能。

本发明所采用的技术方案：

一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，包括整体或局部的仿真人体穴位模型本体、控制电路、上位机，所述上位机采用台式或笔记本电脑；所述控制电路设置于仿真人体穴位模型本体内的电路板上，人体穴位模型本体上对应每个穴位在其内部设置微型按键，从所述各微型按键分别引出导线连接到电路板上的控制电路，所述控制电路包含有单片机（10）、译码器（13）、串口通信接口电路（12），微型按键采用译码器（13）来扩展键盘，实现按键与单片机连接；单片机通过串口通信接口电路（12）与上位机连接。

所述的基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，单片机（10）采用80C51系列的任意一种，串口通信接口电路（12）采用MAX232芯片，MAX232芯片的控制端和数据端口与80C51的对应端口连接，键盘扩展使用4个74LS138译码器扩展到128个按键与单片机连接；4个译码器的1、2、3引脚分别都连在单片机P3.3、P3.2、P3.1，U1的E1接VCC，E2和E3分别连接P2.5和P3.0；U2的E1连接P3.0，E3接地，E2接P2.5；U3的E1接P2.5，E2接P3.0，E3接地；U4的E1接P2.5，E2接地，E3接一个非门之后再接P3.0；扩展布局为32*4的矩阵键盘，32列，4行，按键的列分别连在74LS138译码器的输出口，行连在单片机的IO口上。

所述的基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，人体穴位模型本体采用微型按键镶嵌或焊接在穴位对应处，外表面覆盖一层仿真皮肤，在模型外部表明看不到任何按键和导线，模型本体底部设有底座（3），电路板存放在底座（3）内，底座内有电源或电源模块为控制电路供电，电源采用内置蓄电池，或者外接交流电转换后的5V电压。

本发明的有益积极效果：

1、本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，可根据上位机软件系统不同的选择，实现不同的功能。仿真皮肤上没有标注任何穴位经络信息标识，主要用于考试测试，同时还具有学习和模拟诊病功能，功能多样，实用性强。也可标注穴位信息用于学习、记忆使用。符合中医针灸取穴实际操作的基础，适合学生、教师和学术爱好者实际学习和研究。利用单片机程序控制电路板、上位机软件控制使用模型、串口通信技术实现上位机和模型的通信，达到了使用上位机软件系统控制操作人体穴位模型，从而能方便地用于考试、学习、模拟诊病等实际用途。

2、本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，模型本体外层是一层仿真皮肤组成，其外观、触感都与真实皮肤接近。可用于学习、考试和模拟诊病，符合中医上对穴位进行按摩和针灸的实际情况，实际操作时医生用手接触人体皮肤，以通过触摸和经验定位准确找到某一穴位，适用范围广泛，实用价值高，非常有利于中医学的推广和普及。

3、本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，操作使用方便，当医生、学生等使用者用手指或借助其它辅助工具按下穴位按键时，上位机系统根据具体功能即播放对应的穴位信息和按键正确与否等。该模型不需要配套语音笔，与实际的学习和诊疗情景近似，可应用于学习和实际诊疗中。电路板集成于模型本体内部底座，也可用铅笔等任何细长坚硬的物体按下某个穴位按键，上位机软件系统即做出相应反应。

4、本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，按照国标GB12346-90制作人体穴位立体模型，模型可以是局部器官模型，也可以是全身模型，每个穴位内嵌入设置或粘贴轻触式微型按键，每按键引出导线从模型内连接到控制电路板（按键也可无导线，使用红外或无线向控制电路板和电脑传递信号），控制电路板设置在模型底部的底座内，电路板通过串口线与电脑通信连接，电脑可以是任何带有串口的普通计算机，上位机控制软件安装在电脑中。所有功能依靠上位机软件、单片机控制电路板、模型本体穴位按键三部分联合实现，技术含量高。

附图说明

图1：本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置示意图；

图2：本发明穴位考试装置的底座结构剖视图；

图3：本发明穴位考试装置的控制电路原理方框图；

图4：本发明的上位机软件系统功能流程图；

图5：本发明穴位考试装置控制电路中单片机与电脑通信电路图；

图6a～图6c：本发明的控制电路中按键扩展电路图。

具体实施方式

实施例一：参见图1～图6，本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，包括整体或局部的仿真人体穴位模型本体、控制电路、上位机，所述上位机采用台式或笔记本电脑；所述控制电路设置于仿真人体穴位模型本体内的电路板上，人体穴位模型本体上对应每个穴位在其内部设置微型按键，从所述各微型按键分别引出导线连接到电路板上的控制电路，所述控制电路包含有单片机10、译码器13、串口通信接口电路12，微型按键采用译码器13来扩展键盘，实现按键与单片机连接；单片机通过串口通信接口电路12与上位机连接。

单片机10采用80C51系列，键盘扩展使用4个74LS138译码器扩展到128个按键与单片机连接，在实际开发中，根据具体需要的按键数量来选择使用多少译码器来扩展。对128个按键具体扩展方法为，使用4个译码器，4个译码器的1、2、3引脚分别都连在单片机P3.3、P3.2、P3.1，U1的E1接VCC，E2和E3分别连接P2.5和P3.0；U2的E1连接P3.0，E3接地，E2接P2.5；U3的E1接P2.5，E2接P3.0，E3接地；U4的E1接P2.5，E2接地，E3接一个非门之后再接P3.0；扩展布局的为32*4矩阵键盘，32列，4行，按键的列分别连在74LS138译码器的输出口，行连在单片机的IO口上，扫描按键时，先将连接行的IO口变为高电平，通过改变译码器的选择输入引脚的编码（高低电平）来逐个使矩阵键盘的列为低电平，然后逐个判断变为低电平的这一列对应的行中哪一行为低电平，若出现低电平，则有键按下，这样就判断出具体按键的位置和其键值。

对128个按键扫描时逐列扫描，当给定某一列是低电平，就不需考虑列上的电平变化，只关心每一行电平变化，扫描行时，若某一行中有低电平，则在给定某列中该行对应的按键就是被按下的键，获取到按键的键值。

键值被发送到上位机后，上位机软件根据键值进行相应操作，软件中采用委托事件来处理接受键值和判断正误，上位机软件接受到键值后开始播放音频文件，若按键按下频率过高，可能发生前一个音频没有播完却又接收新的键值要求播放下一个音频文件的问题，采用委托事件处理，单片机发送数据触发委托事件，停止播放前一个音频文件开始接受新的键值并播放对应文件。委托事件避免了音频的播放冲突问题，即实现了中断处理功能，又可以通过该委托同时处理软件中多个控件的变化。

串口通信接口电路12采用MAX232芯片，MAX232芯片的控制端和数据端口与80C51的对应端口连接，串口通信使用串口座（公头对母头的串口座）上的三个引脚，2（RXD）、3（TXD）、5（GND），和max232芯片来实现电平转换，max232有两路输入输出接口，选择使用第二路（第一路也可）。即单片机P3.0接max232的第九脚，P3.1接max232的第十脚，max232第八脚接串口座的第三脚，第七脚接串口座的第二脚。单片机发送的数据由P3.1发出，到第十脚经过max232电平转换为RS-232电平由max232的第七脚输出，再传到串口座的第二脚，由串口座传到PC机，这时PC机接受到单片机发送的数据；PC机发送的数据由串口座的引脚3发出，到max232引脚8经过max232芯片转换为TTL电平后输出到max232引脚9，再传送到单片机的P3.0，此时单片机就接收到PC机发送的数据，实现通信过程。

实施例二：参见图1～图6，本实施例基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，人体穴位模型本体采用微型按键镶嵌或焊接在穴位对应处，按键规格长4mm宽4mm厚1mm，也可以是圆式按键，按键是镶嵌或焊接在穴位处需牢固，模型外表面覆盖一层仿真皮肤，在模型外部表面看不到任何按键和导线，模型本体底部设有底座3，电路板存放在底座3内，底座内有电源或电源模块为控制电路供电，电源采用内置蓄电池，或者外接交流电转换后的5V电压。

本发明基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，实施后的实体装置包括整体或局部人体穴位模型本体1，控制电路板由单片机芯片10以及其供电电源11、串口通信芯片12、扩展按键的译码器13组成，控制电路板放置于穴位模型本体底座3内。所述串口通信芯片12使用串口线14连接电脑8和单片机芯片10，所述电脑8是普通的台式电脑或笔记本电脑。使用所述译码器13扩展按键后，可以实现任意数量的微型按键9与单片机10进行连接通信。

人体穴位模型本体1表面是仿真人体皮肤，其表面没有标识穴位信息，且外观、质感与真实皮肤近似，但模型内每个穴位对应位置内设有触摸式微型按键9，每个按键引出两根导线从胸腔引至底座内，与控制电路板上的译码器13连接。（按键9也可不引出导线，使用红外或无线按键向控制控制电路板中的单片机传递信号）。

电路板上的控制电路作为中间枢纽分别与电脑8和模型上的穴位按键9连接。使用MAX232串口芯片12实现单片机10与电脑8进行通信，电路板控制程序在单片机芯片10中存储运行，该程序使用C51语言开发，其主要功能是实现模型穴位按键与上位机软件之间通信。上位机控制软件在使用模型时负责与使用者交互，是整个模型系统使用的软件界面，具有友好的交互性和实用性，该软件可方便地装卸于普通电脑8中，上位机控制软件使用visual studio 2010平台VC#开发研制，上位机软件系统功能流程如图4所示。

系统使用时依靠上位机软件和单片机程序同时工作，相互协作完成所有功能。具体流程如下：程序运行后由上位机软件选择进入某项功能，若选择进入学习功能时，上位机软件等待使用者按下模型中某个穴位按键，当穴位按键被按下，单片机程序读取该键值并发送至上位机，上位机软件根据该键值调用并播放相应的穴位信息；进入测试功能时，上位机系统随机抽取若干个穴位，然后等待测试者依次按下模型中对应穴位，单片机程序依次读取该键值并发送至上位机，上位机软件判断按键是否正确，正确得分，错误不得分，最后给出总分；进入模拟诊病功能，上位机系统随机抽取一种疾病，该疾病已知可用若干个穴位搭配治疗，然后等待测试者按下模型中的穴位，单片机程序读取所按键值并发送至上位机，上位机进行判断，如果全部按正确算对，否则算诊断错误。

电脑8负责运行上位机软件及存储、播放所有穴位语音信息。控制电路板中单片机10采用80C51系列，价格低廉，使用方便，并将编制的控制程序烧录到单片机10中，单片机控制程序算法如下：

step1: 启动程序，初始化变量和寄存器；

step2: 等待接收上位机软件传递的功能命令；

step3: 如果接收到学习功能命令,跳转到step4；若接收到考试功能命令，则跳转到step5；若接收到模拟诊病功能，则跳转到step6；

step4：学习功能，进入键盘扫描程序，单片机一直扫描所有按键，当某按键为低电平即该按键被按下时，单片机读取该键值，然后通过串口发送该键值到上位机，上位机软件根据该值播放显示对应穴位信息。完成后返回step2。

step5：进入考试功能，上位机首先播放待考的某穴位名，然后单片机扫描键盘，等待某一穴位按键被按下，并读取该穴位键值发送至上位机，由上位机软件判断该穴位与待考穴位是否一致，一致则回答正确，不一致则回答错误。然后进行下一题的测试，最后计算总分。完成后返回step2。

step6：进入模拟诊病功能，上位机首先播放某一疾病信息，然后单片机程序扫描键盘，等待被测试者按下治疗该疾病所需的穴位按键，单片机读取这些被按下的穴位信息并发送至上位机，由上位机软件判断模拟诊疗是否正确。完成后返回step2。

Claims (2)

1. 一种基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，包括整体或局部的仿真人体穴位模型本体、控制电路、上位机，所述上位机采用台式或笔记本电脑；所述控制电路设置于仿真人体穴位模型本体内的电路板上，人体穴位模型本体上对应每个穴位在其内部设置微型按键，从所述各微型按键分别引出导线连接到电路板上的控制电路，其特征是：所述控制电路包含有单片机（10）、译码器（13）、串口通信接口电路（12），微型按键采用译码器（13）来扩展键盘，实现按键与单片机连接；单片机通过串口通信接口电路（12）与上位机连接，单片机（10）采用80C51系列的任意一种，串口通信接口电路（12）采用MAX232芯片，MAX232芯片的控制端和数据端口与80C51的对应端口连接，键盘扩展使用4个74LS138译码器扩展到128个按键与单片机连接；4个译码器的1、2、3引脚分别都连在单片机P3.3、P3.2、P3.1，U1的E1接VCC，E2和E3分别连接P2.5和P3.0；U2的E1连接P3.0，E3接地，E2接P2.5；U3的E1接P2.5，E2接P3.0，E3接地；U4的E1接P2.5，E2接地，E3接一个非门之后再接P3.0；扩展布局为32*4的矩阵键盘，32列，4行，按键的列分别连在74LS138译码器的输出口，行连在单片机的IO口上。

2. 根据权利要求1所述的基于仿真人体模型的触摸式穴位考试装置，其特征是：人体穴位模型本体采用微型按键镶嵌或焊接在穴位对应处，外表面覆盖一层仿真皮肤，在模型外部表明看不到任何按键和导线，模型本体底部设有底座（3），电路板存放在底座（3）内，底座内有电源或电源模块为控制电路供电，电源采用内置蓄电池，或者外接交流电转换后的5V电压。