CN202173396U - 便携式多功能生理电信号采集装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度、可复用的便携式生理电信号采集装置。该装置由模拟前端模块(ADS1298)、微处理器控制模块(STM32)、USB电气隔离模块(ADUM4160)和PC机数字信号处理代码构成。生理电信号直接由模拟前端模块进行24bit模数转换，并使用SPI总线传送至微处理器控制模块。微处理器控制模块将数据转换为USB格式，通过电气隔离的USB链路传送至PC机。由PC机数字信号处理代码进行数字滤波，得到生理电信号。该方案用数字信号处理方式代替了传统的模拟信号处理方式，减小了系统体积，方便调节参数，增加了系统的复用性，并提升了系统精度。

Description

便携式多功能生理电信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种采集人体生理电信号的装置，是一种能高精度采集人体脑电、心电、肌电等多种生理电信号的便携式采集系统。

技术背景

目前，公知的生理电信号采集装置是由采集电极、模拟预放模块、模拟滤波模块、模拟放大模块、模数转换模块和数字处理模块组合而成。生理电信号由电极引入系统，经信号放大和滤波后，将其转换为数字信号，用于显示或存储。

现有的生理电信号采集装置(如脑电图机、心电图机)由于每个通道都须包含模拟滤波和放大模块，使得信号不可避免地产生畸变失真；当采集通道的数量较大时，相应地，整个系统的体积会更加庞大，不利于便携使用；由于各种生理电信号之间的幅度和频率差异，大多数采集装置仅能采集一种生理电信号，而可采集多种生理电信号的装置往往系统结构复杂、体积较大，且其采集通道无法灵活配置，以适应采集多种生理信号。

发明内容

本实用新型提供一种生理电信号采集装置，该装置精度高、体积小，便于携带，通过简单配置，各个通道均能够采集脑电、心电等多种生理电信号，为在日常环境下精确采集生理电信号提供了简便的工具。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该系统包括模拟前端模块(ADS1298)、微处理器控制模块(STM32)、USB电气隔离模块(ADUM4160)和PC机数字信号处理代码。经电极采集的生理电信号直接利用ADS1298采集芯片转换为数字信号，通过SPI总线传送至STM32。STM32将数据打包成USB数据包，通过USB总线，经ADUM4160电气隔离，传送至PC机。PC机数字信号处理代码将得到的数字信号进行数字滤波和数字放大，得到所需要的生理电信号。由于将信号处理从模拟方式改为数字方式，一方面，删除了模拟放大和滤波模块，减少了噪声侵入信号的几率，避免了信号放大和滤波过程中的畸变，减小了系统体积；另一方面，数字信号处理的参数可通过软件方式方便设置，故可根据不同生理电信号设置不同参数，使设备具有复用性。

本实用新型的有益效果是，为家庭环境提供了能同时满足高采样精度、便携且能复用的生理电信号采集。

附图说明

图1是模拟前端模块内部结构图。

图2是本实用新型的系统框图。

图3是本实用新型的数字信号处理的软件流程图。

图4是本实用新型的一个实施例示意图。

图5是使用本采集装置测试脑电信号的波形图。

图6是使用本采集装置测试心电信号的波形图。

具体实施方式

模拟前端模块内部结构图如图1所示。其内部结构主要由通道选择单元、仪用放大器(A1-A8)、24bit模数转换器(ADC1-ADC8)数字逻辑单元、SPI接口和右腿驱动电路构成。模拟前端模块可以同时对8通道生理电信号进行24bit模数转换。将通道选择器配置为8通道输入后，信号经电极引入模拟前端模块。首先，信号经放大器(A1-A8)放大，同时引入右腿驱动信号，抑制信号共模干扰。根据不同生理信号，放大倍数在1-12倍可调。然后，对放大信号进行模数转换，转换精度24位，参考电压为1.25V。那么，理论上，得到的数字信号每比特代表模拟电压为1.25/(2²⁴)V，约为75nV。转换数据由SPI总线传输至微处理器控制模块(STM32)。

如图2本实用新型的系统框图所示，微处理器控制模块(STM32)将得到的数据转换为USB数据格式传送至PC机进行数字信号处理。为保证人体安全和减少电源纹波干扰，模拟前端模块和微处理器控制模块采用电池供电，并与PC机之间电气隔离。

PC机数字信号处理代码的流程框图如图3所示。程序初始化后，根据要测量的具体生理电信号，加载不同的参数(如采样频率、导通频率、截止频率等)，并对模拟前端模块进行初始化。开始采样后，程序对接收到的数据进行数字滤波，并将结果显示出来。

实施例：

在图4所示实施例中，左侧方框表示人体，三根曲线分别表示侦测电极、参考电极和右腿驱动电极(图中三根电极的电极位置仅起到示意作用，具体放置位置可参考心电导联图、脑电10-20导联图或肌电连线图等文件)。数据采集单元由电池供电，直接采集混有干扰信号的生理电信号，通过电气隔离，将数据传输给控制与数据处理单元，运用数字滤波方式提取生理电信号，并将其显示。图5、图6分别为脑电测试和心电测试的波形图。

Claims (2)

1.一种便携式多功能生理电信号采集装置，由模拟前端模块ADS1298、微处理器控制模块STM32、USB电气隔离模块ADUM4160和PC机数字信号处理代码构成，其特征是：模拟前端模块ADS1298采集到的数字信号由SPI总线传输至微处理器控制模块STM32，微处理器控制模块STM32将数据通过由ADUM4160电气隔离的USB链路传送至PC。

2.根据权利要求1所述的便携式多功能生理电信号采集装置，其特征是：模拟前端模块ADS1298、微处理器控制模块STM32和USB电气隔离模块ADUM4160所组成的电路。 

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