CN104821123A - 一种医学电子综合试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医学电子教学综合试验系统,包括MCU单片机、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块,所述MCU单片机、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块作为生理信号采集前端,将采集到信号通过IO口发送给MCU单片机,MCU单片机经过处理后在液晶显示模块上显示。本发明电路简单,呈模块化设计,通过不同实验模块的组合实现了实验电路的模块化,一台仪器上可完成一个或者多个实验项目,大大提高了实验仪器的可靠性和方便性。

Description

一种医学电子综合试验系统
技术领域
本发明涉及教学实验仪器技术领域,具体涉及一种医学电子综合实验系统。
背景技术
当代医疗电子发展十分迅速,市场需求的刺激和国家的支持下,目前已有很多高校开设或正准备开设有关生物医学与仪器相结合的学科,并由几年前的十几家发展到如今的几十家。目前,教学用单片机或电子电路实验仪器基本上都是一体化设计,而且功能单一,不外乎传统的模拟电路实验系统或者数字电路实验系统。即使有个别采用模块化设计的实验装置,例如南京信息工程大学的模块化单片机实验系统,也只是作了结构和连接方式上的改变,其实验内容还是通用的模电或者数电,缺少专门针对生物医学工程教学领域所开发的实验仪器。纵观目前教学实验仪器现状,突出存在以下问题:1、实验功能不能扩展;2、实验时需要连线太多,容易出错;3、不能满足生物医学工程教学领域的实验需要。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明目的是提供一种医学电子综合实验系统。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种医学电子综合实验系统,包括MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块、PC信号处理存储模块、PC信号显示模块,所述MCU单片机模块与液晶显示模块单向连接、与PC双向连接,所述温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块和肺功能参数测试模块与MCU单片机模块单向连接,所述MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、
心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块作为生理信号采集前端,将采集到信号通过IO口发送给MCU单片机模块,MCU单片机模块经过处理后在液晶显示模块上显示,MCU单片机模块将信号通过USB/串口传输到PC,PC经过处理后,在PC的显示屏上显示和存储,通过PC上的操作界面将控制信息传输给MCU单片机模块控制信号采集。
进一步,所述温度测试模块由温度传感器、基准电源和温度信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH0信号端。
进一步,所述握力检测模块由握力传感器、传感器信号放大电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH5信号端。
进一步,所述心血管检测模块由心血管测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH3信号端。
进一步,所述脉搏波波速检测模块由两只脉搏波测量传感器、信号调理电路和比较电路构成,检测信号分别接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端。
进一步,所述血氧饱和度检测模块由血氧饱和度测量传感器、传感器激励电路和信号放大调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端。
进一步,所述心电测试模块由心电测量传感器、心电导联、导联选择器件CD4052、滤波器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH2信号端。
进一步,所述肺功能测试模块由肺功能测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH4信号端。
进一步,所述PC信号显示存储模块与MCU单片机模块的USB口和串口端口连接。
进一步,所述PC信号处理存储模块能处理MCU单片机模块传输来的信号,包括滤波、叠加、平均、特征点提取、数据计算,可以存储MCU单片机模块传输来的信号数据和处理后的信号数据。
本发明的有益效果是:该装置电路简单,呈模块化设计,通过不同实验模块的组合实现了实验电路的模块化,一台仪器上可完成一个或者多个实验项目,大大提高了实验仪器的可靠性和方便性。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图;
图2为本发明的液晶显示模块电路原理图;
图3为本发明中温度测试模块电路原理图;
图4为本发明中握力测试模块电路原理图;
图5为本发明中心血管参数测试模块电路原理图;
图6为本发明中脉搏波波速测试模块电路原理图;
图7为本发明中血氧饱和度测试模块电路原理图;
图8为本发明中心电测试模块电路原理图;
图9为本发明中肺功能参数测试模块电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
如图1所示:一种医学电子综合实验系统,包括MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块、PC信号 处理存储模块、PC信号显示模块,所述MCU单片机模块与液晶显示模块单向连接、与PC双向连接,所述温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块和肺功能参数测试模块与MCU单片机模块单向连接,所述MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块作为生理信号采集前端,将采集到信号通过IO口发送给MCU单片机模块,MCU单片机模块经过处理后在液晶显示模块上显示,MCU单片机模块将信号通过USB/串口传输到PC,PC经过处理后,在PC的显示屏上显示和存储,通过PC上的操作界面将控制信息传输给MCU单片机模块控制信号采集。
上述温度测试模块由温度传感器、基准电源和温度信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH0信号端,所述握力检测模块由握力传感器、传感器信号放大电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH5信号端,所述心血管检测模块由心血管测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH3信号端,所述脉搏波波速检测模块由两只脉搏波测量传感器、信号调理电路和比较电路构成,检测信号分别接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端,所述血氧饱和度检测模块由血氧饱和度测量传感器、传感器激励电路和信号放大调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端,所述心电测试模块由心电测量传感器、心电导联、导联选择器、滤波器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH2信号端,所述肺功能测试模块由肺功能测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH4信号端。
上述PC信号显示存储模块与MCU单片机模块的USB口和串口端口连接。所述PC信号处理存储模块能处理MCU单片机模块传输来的信号,包括滤波、叠加、平均、特征点提取、数据计算,可以存储MCU单片机模块传输来的信号数据和处理后的信号数据。PC信号显示存储模块能够在PC显示屏上显示MCU单片机模块传输来的信号波形和处理后的信号数据。
如图2所示:为液晶显示模块,包括液晶JM12864M-2模块,液晶JM12864M-2模块的1脚接地,液晶JM12864M-2模块的2脚接VCC电源,液晶JM12864M-2模块的15脚连接液晶JM12864M-2模块的16脚到VCC电源。
如图3所示:为温度测试模板。包括图3中G区的温度信号放大调理电路、H区中的温度传感器信号模拟电路、I区的温度测试实验电路接口。温度信号放大调理电路用恒流源方法获得温度所对应的电压值。温度传感器信号模拟电路提供一组由精密电阻构成的等效电路,来模拟不同的温度传感器信号。实验电路接口J5与主电路板1的扩展接口8相连接。
如图4所示:为握力测试模块。图4中M区是握力模拟信号处理电路。包括基准调整、放大等。N区是握力测试实验电路接口。
如图5所示:为心血管功能测试模块,图5所示的O区是心血管功能模拟信号处理电路。包括二次放大、滤波、电位抬高。P区是心血管功能测试实验电路接口。
如图6所示:为脉搏波速测试模块,图6中所示的Q区是脉搏波信号处理电路。包括放大电路,电位抬高电路。R区电路结构与Q区完全相同。S区是脉搏波速测试实验电路接口。
如图7所示:为血氧饱和度测试模板,图7所示的T区是血氧饱和度传感器驱动电路。提供电流给血氧饱和度传感器内的红光发光二极管和近红外发光 二极管。U区包括放大电路,电位抬高电路,主要对血氧饱和度传感器的输出信号进行处理。V区是血氧饱和度测试实验电路接口。
如图8所示:为心电测试模块,图8中所示的a区是心电信号低通滤波电路,b区是导联选择电路,c区是差分放大电路,d区是信号调理电路,e区是心电检测实验电路接口。
如图9所示:为肺功能测试模块。J区是肺功能模拟信号处理电路。包括放大、滤波、电位抬高。K区是J区信号处理电路中部分器件参数的组合选择电路。L区是肺功能测试实验电路接口。
工作原理:1、在作具体测温实验时:将温度测试模板实验电路接口J5通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA、-5VA电源通过彼此连接的温度测试模板实验电路接口J5和MCU单片机模块向温度测试模板供电。同时,MCU单片机模块转换电路与温度测试模板的连接信号TWAD(CH0)接通,将温度传感器插入温度测试模板的传感器插座,根据实验指导书的实验要求,在MCU单片机模块的生物医学工程实验仪器软件环境下,点击“温度实验”按钮进入温度测试,点击“测试”按钮,温度测试开始,温度测试模板所采集的信号TWAD通过MCU单片机模块处理在液晶显示模块上实时显示,由于温度传感器置于空气中,此时所测试的温度为环境温度。
2、在作具体握力测试实验时:将握力测试模板实验电路接口J7通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA、-5VA电源通过彼此连接的握力测试模板实验电路接口J7和MCU单片机向握力测试模板供电。同时,MCU单片机模块转换电路与握力测试模板的连接信号WLAD(CH5)接通,将握力传感器插入握力测试模板的传感器插座,根据实验指导书的实验要求,在MCU单片机模块的生物医学工程实验仪器软件环境下,点 击“握力实验”按钮进入握力测试,点击“测试”按钮开始测试,测试者握住握力传感器。握力测试模板将采集的传感器信号调理成WLAD,通过MCU单片机模块处理后在液晶显示模块上显示波形,同时显示瞬时握力(KG)和最大握力(KG)值,若要结束握力测试,点击“停止”按钮。
3、在作具体心血管功能测试实验时:将心血管功能测试模板实验电路接口J8通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA、-5VA电源通过彼此连接的心血管功能测试模板实验电路接口J8和MCU单片机向心血管功能测试模板供电,同时,MCU单片机模块转换电路与心血管功能测试模板的连接信号XXGAD(CH3)接通。3、将心血管功能传感器插入心血管功能测试模板的传感器插座,根据实验指导书的实验要求,在MCU单片机模块的模块化物医学工程实验仪器软件环境下,点击“心血管实验”按钮进入心血管功能测试,将心血管功能传感器固定于脉搏跳动位置。点击“测试”按钮,心血管功能测试模板将传感器采集的信号调理成XXGAD,通过MCU单片机模块的处理将其波形在液晶显示模块上显示,待合格波形出现后,点击“停止”按钮,波形采集结束,点击“信息”按钮,按照MCU单片机模块连接的液晶显示模块上显示所要求的项目输入信息,输入完毕点击“确定”按钮,点击“专家,,按钮,根据传感器所测试信号MCU单片机模块测试结果,分别列出标准值和测试值,在液晶显示模块上显示。
4、在作具体脉搏波速测试实验时:将脉搏波速测试模板实验电路接口J9通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA、5VA电源通过彼此连接的脉搏波速测试模板实验电路接口J8和MCU单片机模块向脉搏波速测试模板供电,同时,MCU单片机模块转换电路与脉搏波速测试模板的连接信号AD6(CH6)、AD7(CH7)、接通。将两只脉搏波传感器分别插入 脉搏波速测试模板的左右位置的传感器插座,根据实验指导书的实验要求,在MCU单片机模块的模块化生物医学工程实验仪器软件环境下,点击菜单上的“脉搏波速实验”按钮进入脉搏波速测试,将脉搏波速测试模板左边位置的脉搏波传感器固定于手腕部,脉搏波速测试模板右边位置的脉搏波传感器固定于脚腕部,点击“测试”按钮,脉搏波速测试开始,脉搏波速测试模板将传感器测得的信号调理成AD6,AD7,通过MCU单片机模块的处理在液晶显示模块上显示波形,其中蓝色为手腕脉搏波,绿色的为脚腕脉搏波,待合格波形出现后,点击“停止”按钮,波形采集结束,点击“计算”按钮,如果在这之前没有输入个人信息,MCU单片机模块会要求输入个人信息,按照液晶显示模块上显示所要求操作即可,MCU单片机模块连接的液晶显示模块上显示所测试的脉搏波波速。
5、在作具体血氧饱和度测试实验时:将血氧饱和度测试模板实验电路接口J10通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA、5VA电源通过彼此连接的血氧饱和度测试模板实验电路接口J10和MCU单片机模块向血氧饱和度测试模板供电,同时,MCU单片机模块转换电路与血氧饱和度测试模板的连接信号AD6(CH6)、AD7(CH7)接通。MCU单片机模块电路对血氧饱和度测试模板的控制信号PC4,PC5接通,将血氧饱和度传感器插入血氧饱和度测试模板的传感器插座,根据实验指导书的实验要求,在MCU单片机模块的模块化生物医学工程实验仪器软件环境下,点击菜单上的“血氧饱和度实验”按钮进入血氧饱和度测试,将食指或中指放入血氧饱和度传感器的夹子里,点击“测试”按钮,血氧饱和度测试开始,血氧饱和度测试模板将传感器测得的信号调理成AD6、AD7,通过MCU单片机模块的处理在液晶显示模块上显示波形、血氧饱和度、心率,且实时刷新,待合格波形出现后,可以点 击“停止”按钮,波形采集结束,此时MCU单片机模块连接的液晶显示模块上显示的是当前波形和血氧饱和度以及心率,其中绿色数码管显示的是血氧饱和度,红色数码管显示的是心率。
6、在作具体心电检测实验时:将心电检测模板实验电路接口J12通过电缆与MCU单片机模块连接好,接通MCU单片机模块的电源,此时+5VA,-5VA,+12VA电源通过彼此连接的心电检测模板实验电路接口J12和MCU单片机模块向心电检测模板供电,同时,MCU单片机模块电路与心电检测模板的连接信号XDA,XDB接通,MCU单片机模块转换电路与心电检测模板的连接信号XDAD(CH2)接通,测试者将四个导联分别连接右手、右腿,左腿和左手,不说话、不动作,选择“单组电位差(导联)测试”或“三组电位差(导联)测试”,在USB指示灯亮的情况下,点击“测试”按钮,这时测试者的心电波形显示在MCU单片机模块连接的液晶显示模块上,测试者在认为心电波形符合时,可点击“停止”按钮。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种医学电子教学综合试验系统,包括MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块、PC信号处理存储模块、PC信号显示模块,其特征在于:所述MCU单片机模块与液晶显示模块单向连接和PC双向连接,所述温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块和肺功能参数测试模块与MCU单片机模块单向连接,所述MCU单片机模块、液晶显示模块、温度测试模块、握力测试模块、心血管参数测试模块、脉搏波波速测试模块、血氧饱和度测试模块、心电测试模块、肺功能参数测试模块作为生理信号采集前端,将采集到信号通过IO口发送给MCU单片机模块,MCU单片机模块经过处理后在液晶显示模块上显示,MCU单片机模块将信号通过USB/串口传输到PC,PC经过处理后,在PC的显示屏上显示和存储,通过PC上的操作界面将控制信息传输给MCU单片机控制信号采集。
2.根据权利要求1所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述温度测试模块由温度传感器、基准电源和温度信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH0信号端。
3.根据权利要求1或2所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述握力检测模块由握力传感器、传感器信号放大电路构成,检测信号接入主电路板中模数转换电路的CH5信号端。
4.根据权利要求3所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述心血管检测模块由心血管测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH3信号端。
5.根据权利要求1或4所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述脉搏波波速检测模块由两只脉搏波测量传感器、信号调理电路和比较电路构成,检测信号分别接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端。
6.根据权利要求5所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述血氧饱和度检测模块由血氧饱和度测量传感器、传感器激励电路和信号放大调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH6和CH7信号端。
7.根据权利要求6所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述心电测试模块由心电测量传感器、心电导联、导联选择电路、滤波器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH2信号端。
8.根据权利要求1或7所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述肺功能测试模块由肺功能测量传感器和信号调理电路构成,检测信号接入主电路板中的模数转换电路的CH4信号端。
9.根据权利要求1所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述PC信号显示存储模块与MCU单片机模块的USB口和串口端口连接。
10.根据权利要求1或9所述的一种医学电子教学综合试验系统,其特征在于:所述PC信号处理存储模块能处理MCU单片机模块传输来的信号,包括滤波、叠加、平均、特征点提取、数据计算,可以存储MCU单片机模块传输来的信号数据和处理后的信号数据。
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