CN206603770U - 一种基于单片机的生理阻抗测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的生理阻抗测试仪，包括依次连接的单片机、DDS、电流转电压电路、功率放大电路和线圈T1，线圈T1输出端连接驱动电极，通过驱动电极向检测对象送入交变信号，同时驱动电极上设有用于感应电流和电压的线圈T2、TFl，测量驱动电极的电流和电压信号，并分别输出连接单片机，从而计算出相应阻抗，所述单片机采用MSP430F149，其通过自带的串口将数据进行远距离实时传输至上位机。本实用新型利用生物组织与器官的电特性及其变化，提取与生物体生理、病理状况相关的生物医学信息。它借助于驱动电极向检测对象送入一微小的交变电流/电压信号，同时测量两极的电压/电流信号，从而计算出相应阻抗，然后应用于不同目的。

Description

一种基于单片机的生理阻抗测试仪

技术领域

本实用新型涉及医学阻抗测量装置，特别涉及一种基于单片机的生理阻抗测试仪。

背景技术

目前所用的生物医学阻抗测量方法被用来不仅对健康的人而且也对病人确定其营养状况。身体组成的直接测量目前只能在研究设备中通过在水下对病人称重，在所谓的流体静力学称重中，利用脂肪、肌肉、骨骼体液和其它人体组成部分具有不同的单位密度来测量。由于这种测量方法很复杂，并且对病人来说不舒服，所以通常采用间接方法来确定身体组成。

一种广泛采用的间接方法是测量人体的生物电阻抗。在这种技术中利用的原理是，人体的阻抗与体内不同的导电性相关。如果在生物结构中施加一个小幅度的恒定交流电流，则可测量出与频率有关的阻抗。人体被看作是电导体的内细胞液和外细胞液以及具有电容特征的细胞壁组成。在约IkHz的低频下电流主要流过外细胞液，因为细胞壁由于其电容特性而起到电容器的作用。在较高频率下电流还通过细胞壁和内细胞液传导。在高频范围内电流不仅以欧姆性方式通过外细胞液，而且还以电容性方式通过细胞壁和内细胞液。因此导的可测得的交流阻抗具有一个欧姆分量R(电阻）和一个电容分量Xc(电抗），称之为生物电阻抗Z的量度。长期以来一直试图根据被检查人的年龄、身高和性别来分析和评估身体组成。可以借助于众多的假设：在人体中所施加电流的大部分流过身体中所含的液体。在以下假设下：人体质量恰好有73.2%由水组成，可以由“测得的”总身体水量（TBW)估计出无脂质量（FFM)。如果知道了无脂质量，则可简单地由病人的总质量（GM)确定脂肪质量(FM)。这些已知的和已开发的技术为被检查病人确定了一个全局指标。这个全局指标是在这些技术中所使用的整个测量方法的结果。典型地，电极连接在两只手上（确定上肢的全局指标）或在一只手和一只脚之间进行测量（对于所测体侧的全局指标）。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种基于单片机的生理阻抗测试仪。

本实用新型的技术方案是：

一种基于单片机的生理阻抗测试仪，包括依次连接的单片机、数字式频率合成器DDS、电流转电压电路、功率放大电路和线圈T1，线圈T1输出端连接驱动电极，通过驱动电极向检测对象送入交变信号，同时驱动电极上设有用于感应电流和电压的线圈T2、TFl，测量驱动电极的电流和电压信号，并分别输出连接单片机，从而计算出相应阻抗。

优选的，所述单片机采用MSP430F149，其通过自带的串口将数据进行远距离实时传输至上位机。

优选的，所述数字式频率合成器DDS采用AD9852芯片，所述单片机通过向AD9852芯片发送频率字、幅度字从而控制产生的正弦波的频率、幅度。

优选的，AD9852芯片产生的正弦波经过电流转电压电路、功率放大电路作用后，经过线圈T1隔离作用于人体。

优选的，所述线圈TFl和T2感应出的电流、电压相对量，经过程控放大器和真有效值转换后，发送到单片机，进行A/D转换。

优选的，所述单片机根据电流、电压值计算出阻抗，再通过RS485串口传输给上位机。

本实用新型的优点是：

本实用新型利用生物组织与器官的电特性及其变化，提取与生物体生理、病理状况相关的生物医学信息。它借助于驱动电极向检测对象送入一微小的交变电流/电压信号，同时测量两极的电压/电流信号，从而计算出相应阻抗，然后应用于不同目的。本实用新型电路简单，精度高，体积小，成本低，容易实现。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的系统结构图；

图2为本实用新型的单片机与AD9852连接原理图；

图3为本实用新型的电流测量电路原理图；

图4为本实用新型的单片机与RS485通信转换原理图。

具体实施方式

本实用新型系统结构框图如图1所示。本实用新型所揭示的的基于单片机的生理阻抗测试仪，包括依次连接的单片机、数字式频率合成器DDS、电流转电压电路、功率放大电路和线圈T1，线圈T1输出端连接驱动电极，通过驱动电极向检测对象送入交变信号，同时驱动电极上设有用于感应电流和电压的线圈T2、TFl，测量驱动电极的电流和电压信号，并分别输出连接单片机，从而计算出相应阻抗。

系统采用TI公司的MSP430F149单片机。该单片机有60 KB Flash、2 KB RAM，具有强大的数据处理能力。单片机通过向AD9852发送频率字、幅度字从而控制正弦波的频率、幅度。正弦波经过电流转电压、功率放大等电路作用后，经过线圈T1隔离作用于人体，同时由线圈TFl和T2感应出的电压、电流相对量，经过程控放大器和真有效值转换后，进入单片机，进行A/D转换。单片机根据电流、电压值计算出电阻，再通过串口传输给PC机。

单片机控制AD9852电路如图2所示。单片机P1.O～P1.7，通过复用与AD9852数据、地址引脚相连，P2.3～P2.7与AD9852五个较重要的控制引脚相连接。单片机主要是通过向DDS输出幅度字、频率字来控制AD9852产生的正弦波的频率和幅度。

电流测量电路原理如图3所示。为了在不同幅度下都能准确测量电流，在峰一峰值转有效值电路前加了一片程控放大器，单片机通过输出增益控制使得即使前端电压很小时也能将其提高到一定程度，达到准确测量的目的。同样，在电流测量电路中，也使用了同样的原理图。

单片机与RS485通信转换电路如图4所示。通过3个光耦器件对单片机电路和RS485总线进行隔离，提高系统的抗干扰能力。采用SP485E来支持RS485串行协议，但由于SP485E的工作逻辑是TTL电平，而RS232通信的逻辑电流不是TTL电平，需要通过SP232器件进行电平转换。RS485工作在半双工通信状态，通过CTR485控制数据的输入/输出方向。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于：包括依次连接的单片机、数字式频率合成器DDS、电流转电压电路、功率放大电路和线圈T1，线圈T1输出端连接驱动电极，通过驱动电极向检测对象送入交变信号，同时驱动电极上设有用于感应电流和电压的线圈T2、TFl，测量驱动电极的电流和电压信号，并分别输出连接单片机，从而计算出相应阻抗。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于：所述单片机采用MSP430F149，其通过自带的串口将数据进行远距离实时传输至上位机。

3.根据权利要求2所述的基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于，所述数字式频率合成器DDS采用AD9852芯片，所述单片机通过向AD9852芯片发送频率字、幅度字从而控制产生的正弦波的频率、幅度。

4.根据权利要求3所述的基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于，AD9852芯片产生的正弦波经过电流转电压电路、功率放大电路作用后，经过线圈T1隔离作用于人体。

5.根据权利要求4所述的基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于，所述线圈TFl和T2感应出的电流、电压相对量，经过程控放大器和真有效值转换后，发送到单片机，进行A/D转换。

6.根据权利要求5所述的基于单片机的生理阻抗测试仪，其特征在于，所述单片机根据电流、电压值计算出阻抗，再通过RS485串口传输给上位机。