CN105547546A - 一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统 - Google Patents

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陆正南
刘再良
刘开明
旷金
钱志勤
王寅
章文俊
周康
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SHANGHAI YIGUANG INSTRUMENTS CO LTD
East China University of Science and Technology
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SHANGHAI YIGUANG INSTRUMENTS CO LTD
East China University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，包含上位机和下位机，所述下位机安装在结肠镜的软管上，用于采集医生施加给软管的推拉力和扭转力矩，并通过无线传输给上位机，其特征在于所述下位机包含依次相连传感器部件、主控制部件，所述传感器部件包含依次相接的外力传感器、传感器采集转换模块；所述传感器采集转换模块为HX711芯片，用于采集外力传感器输出的电压信号后进行放大并转换成脉冲信息；所述主控模块用于定时读取所述脉冲信息并对脉冲信息进行解码，转化为推拉力和扭转力矩的信息后通过无线网络发送给上位机。本发明结构简单、抗干扰能力强、成本低、可持续工作时间长。

Description

一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统
技术领域
本发明涉及一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，具体来说，是一种可以实时监测对结肠镜操手柄施加力大小的技术，属于结肠镜外力手柄技术领域。
背景技术
现在结肠镜手术已经取得了重大成就，结肠镜手术以其高效性、微创性已被广泛应用到肠病的检查、诊断和治疗当中。但是，由于在结肠镜手术中缺少一种能够有效检测医生对结肠镜施加的操作力的外力监测系统，如果我们在做结肠镜检查前发现病人的肠道的某一个位置有病变产生或者是有先天性的生理缺陷，那么当我们在操作结肠镜遇到这一位置时，就能够利用这个检测装置精确地控制用力来更好地避免对肠道的损伤，那么学生接受训练给病人做结肠镜手术时就会减轻病人的痛苦，因为被训练者可以通过电脑屏幕的显示器时刻知道自己所施加力的大小，将要超过警示线的时候就相应减小力，即便是训练也可以用肠胃模型作为练手对象，那么患者可免于受苦。
目前，国内结肠镜外力传感器数据传输存在的问题主要有：1)采用有线传输方式，结构复杂，影响医生的操作，经常使用对线材损坏较大；2)传感器信号采集电路尺寸过大，无法放入结肠镜外力手柄中；3)信号最终输出的还是电压信号，在单片机应用上有欠缺。国外结肠镜外力传感器数据传输存在的问题主要有：1)结构太过复杂以至于整个手柄的体积过大，影响医生的操作；2)成本昂贵，一般的医院无法购买得起。
发明内容
针对以上的这些问题，本发明的目的在于提供一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，能够将传感器的力有关信号传输给上位机，且具备通信质量高，能够将信号实时的传输到上位机，成本低等优点，弥补国内外设计中的不足之处。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，包含上位机和下位机，所述下位机安装在结肠镜的软管上，用于采集医生施加给软管的推拉力和扭转力矩，并通过无线传输给上位机，其特征在于所述下位机包含依次相连的传感器部件、主控制部件，所述传感器部件包含依次相接的外力传感器、传感器采集转换模块；
所述传感器采集转换模块为HX711芯片，用于采集外力传感器输出的电压信号后进行放大并转换成脉冲信息；
所述主控模块用于定时读取所述脉冲信息并对脉冲信息进行解码，转化为推拉力和扭转力矩的信息后通过无线网络发送给上位机。
依据上述特征，所述所述HX711芯片中设有第一采集通道和第二采集通道，第一采集通道采集放大外力传感器输出推拉力部分的电压信号，第二采集通道采集放大外力传感器输出的扭转力矩部分的电压信号。
依据上述特征，所述HX711芯片向外力传感器提供电源。
优选地，所述主控制部件包含单片机和蓝牙主模块，单片机的RX口与蓝牙主模块的TX口相接，单片机的TX口与蓝牙主模块的RX口相接。
优选地，所述上位机包含串口模块、蓝牙从模块和PC机，串口模块与蓝牙从模块相接，串口模块的USB口与PC机USB口相接。
本发明的有益效果在于：
1)本发明具有价格低廉、兼容性强、抗干扰能力强、低功耗、PCB板最大宽度不超过22mm、成本在100RMB以内、可持续工作6h等优点。
2)能帮助医生在做结肠镜手术前的训练，大大缓解医生的压力，以及可以帮助患者缓解疼痛，避免肠道的穿孔、出血等并发症。
附图说明
图1是本发明的系统框架图。
图2是本发明中传感器采集转换模块的原理图。
图3是本发明中的蓝牙主模块的原理图。
图4是本发明中下位机的PCB设计布线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1，本发明型所述的一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统的具体实施方式结合附图叙述如下：其结构由下位机和上位机；下位机和上位机通过无线网络配对后相互通信；下位机(1)的电源由3.7V的锂电池提供；上位机(2)的电源由PC机的USB口提供。
所述的下位机由多个部件组成：包括传感器部件和主控制部件；传感器部件与主控制部件相接。所述传感器部件由多个模块组成：包括外力传感器、传感器采集转换模块，外力传感器与传感器采集转换模块相接。主控制部件由多个模块组成：包括单片机、蓝牙主模块，单片机与蓝牙主模块相接。
上位机有多个模块组成：包括蓝牙从模块、串口模块、PC机组成，蓝牙从模块与串口模块相接，串口模块与PC机相拉。
参见图2，传感器采集转换模块的采集与放大功能由HX711芯片来实现。HX711采集放大电路可以提供第一采集通道和第二采集通道，第一采集通道和第二采集通道的增益分别为128或64倍和32倍。在第一采集通道中，电路INA-、INA+可以直接和测推拉力的传感器相接，通过第一采集通道采集和放大推拉力方向上外部传感器的电压信号。同理，在第二采集通道中，第二采集通道采集和放大扭矩方向上外部传感器的电压信号。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源，外围电路中的R1、R2和HX711芯片内部的VBG为外力传感器提供了稳定的电压。HX711模块串口通讯线由管脚PD_SCK和DOUT组成，PD_SCK和DOUT分别和单片机的两个数字口相接，单片机可以读取PD_SCK的脉冲数据，并通过程序对这些二进制脉冲数据进行解码，最终转化为力和力矩的信息，而且单片机还可以控制DOUT口，用于控制HX711读数据和写数据的切换第25至27个时钟脉冲用来选择下一次A/D转换的输入通道和增益。在本实施例中，单片机选用的是ATMEGA328P芯片。
参见图3，蓝牙主模块选用HC-05芯片，HC-05的引脚1(UART-TX)，引脚2(UART-RX)分别是串口数据输出和串口数据输入，当单片机采集的数据通过串口传递给HC-05，再通过HC-05无线发送到上位机，所以单片机的RX与HC-05的TX相接，单片机的TX与HC-05的RX相接。HC-05的引脚12(3.3V)，13(GND)用于给蓝牙模块提供3.3V的工作电压，另外在3.3V电压出加电容104uF电容起滤波作用，引脚31，32都是状态指示灯，31连接的LED显示工作状态，快闪表示上电但还没配对，慢闪表示配对成功或进入AT命令，32连接的LED灯只有在配对成功才会亮而且长亮。
如图4所示，为下位机的PCB设计布线图,最大宽度不超过22mm。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，包含上位机和下位机，所述下位机安装在结肠镜的软管上，用于采集医生施加给软管的推拉力和扭转力矩，并通过无线传输给上位机，其特征在于所述下位机包含依次相连的传感器部件、主控制部件，所述传感器部件包含依次相接的外力传感器、传感器采集转换模块；
所述传感器采集转换模块为HX711芯片，用于采集外力传感器输出的电压信号后进行放大并转换成脉冲信息；
所述主控模块用于定时读取所述脉冲信息并对脉冲信息进行解码，转化为推拉力和扭转力矩的信息后通过无线网络发送给上位机。
2.根据权利要求1所述的一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，其特征在于所述HX711芯片中设有第一采集通道和第二采集通道，第一采集通道采集放大外力传感器输出推拉力部分的电压信号，第二采集通道采集放大外力传感器输出的扭转力矩部分的电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，其特征在于所述HX711芯片向外力传感器提供电源。
4.根据权利要求1所述的一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，其特征在于所述主控制部件包含单片机和蓝牙主模块，单片机的RX口与蓝牙主模块的TX口相接，单片机的TX口与蓝牙主模块的RX口相接。
5.根据权利要求1所述的一种小体积结肠镜外力传感器无线传输系统，其特征在于所述上位机包含串口模块、蓝牙从模块和PC机，串口模块与蓝牙从模块相接，串口模块的USB口与PC机USB口相接。
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