CN220193008U - 人体阻抗测量电路 - Google Patents
人体阻抗测量电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220193008U CN220193008U CN202321502975.5U CN202321502975U CN220193008U CN 220193008 U CN220193008 U CN 220193008U CN 202321502975 U CN202321502975 U CN 202321502975U CN 220193008 U CN220193008 U CN 220193008U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- module
- correspondingly
- measurement circuit
- singlechip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 4
- 210000003722 extracellular fluid Anatomy 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 210000002977 intracellular fluid Anatomy 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
本申请公开了一种人体阻抗测量电路，旨在解决现有人体阻抗测量精度低、存在较大误差的技术问题。该人体阻抗测量电路主要包括MCU模块、一端与所述MCU模块对应电连接且另一端对应连接至各测量电极片的激励输出模块和阻抗采集模块；所述MCU模块包括单片机。该人体阻抗测量电路具有阻抗测量结果精准、电路功能丰富等优点。
Description
技术领域
本申请涉及生物电阻抗检测技术领域，具体涉及一种人体阻抗测量电路。
背景技术
细胞是人体的基本组成单位，其主要由细胞膜和细胞内液(相对于细胞外液)组成，细胞外充斥着大量的细胞外液和细胞间质。由于细胞内液和细胞外液都含有大量的离子，这些离子围绕细胞膜不断的运动，因此细胞内液和细胞外液具有导电性。进而，当有微弱电流流过由蛋白质分子和脂类分子组成的细胞膜时，细胞膜对电流呈现电解质特性；而当微弱电流流过由胶原纤维、弹性纤维等物质组成的细胞间质时，细胞间质对电流呈现容性阻抗，因此，人体对电流的反应既包含阻性又包含容性。生物电阻抗检测就是依据人体的上述电特性，对人体的阻抗信息进行测量，获得阻抗的实部和虚部，并从中挖掘人体的生理、病理的相关功能信息。
发明人知晓一种交流阻抗测量电路及方法（CN105662411A），该电路包括正弦电流发生器以及整流滤波电路，其中正弦电流发生器产生正弦激励电流用于施加在待测人体两端，而整流滤波电路则从上述待测人体两端获取正弦电压信号，正弦电压信号输送给整流滤波电路进行整流，并整流直流信号，所述直流信号包含了待测人体的阻抗信息。
但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：该类测量方法仅在一个固定频率下，利用正弦波信号进行阻抗测量，且仅测量电阻抗的模值信息，测量结果易存在较大的误差。
公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种人体阻抗测量电路，旨在解决现有人体阻抗测量精度低、存在较大误差的技术问题。
根据本公开的一个方面，提供一种人体阻抗测量电路，包括MCU模块、一端与所述MCU模块对应电连接且另一端对应连接至各测量电极片的激励输出模块和阻抗采集模块；所述MCU模块包括单片机；所述激励输出模块包括从所述单片机的对应I/O口至所述电极片依次对应电连接的输出耦合单元、输出多路选择单元、各并联至所述多路选择单元对应输出端子的端口保护单元；所述激励输出模块还包括与所述输出多路选择单元对应输入端电连接的电压基准芯片；所述阻抗采集模块包括从所述电极片至所述单片机的对应I/O口依次对应电连接的阻抗变换单元、输入多路选择单元、隔离单元、运放单元；所述阻抗采集模块还包括对应连接至所述输入多路选择单元和所述单片机间的输入耦合单元。
在本公开的一些实施例中，该电路还包括语音模块；所述语音模块包括与所述单片机对应电连接的语音芯片、与所述语音芯片对应连接的音频接口。
在本公开的一些实施例中，该电路还包括USB通信模块；所述USB通信模块包括与所述单片机对应电连接的USB芯片、与所述USB芯片对应端口通信连接的存储芯片。
在本公开的一些实施例中，所述输出耦合单元、所述输入耦合单元、所述隔离单元对应包括光隔离器。
在本公开的一些实施例中，所述输出多路选择单元和所述输入多路选择单元分别包括多路复用器。
在本公开的一些实施例中，所述端口保护单元包括两对应作为钳位二极管的肖特基二极管或快速开关二极管。
在本公开的一些实施例中，所述阻抗变换单元包括电压跟随器。
在本公开的一些实施例中，所述输入多路选择单元与所述单片机间设有负压产生单元，所述负压产生单元包括对应串接的光耦和肖特基钳位二极管。
在本公开的一些实施例中，该电路还包括接口模块，所述接口模块包括与所述单片机对应电连接的I/O扩展口和串口。
在本公开的一些实施例中，该电路还设有用于提供相应等级直流电压的稳压器。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
1. 该电路输出脉冲信号从而进行人体阻抗信息的采集，利用脉冲信号中所含有的多谐波频率成分，以从中获取更多信息及提高响应速度，可有效解决现有人体阻抗信息采集时采用正弦激励所导致的测量误差较大的技术问题。
2. 进一步设置了语音模块，可有效丰富电路功能，使得在整个测量过程中，MCU模块根据预先设定的功能步骤，提醒受测者进行相应的动作，进而提高人体阻抗测量效率，减轻医护工作者的负担。
3. 与MCU模块对应连接的USB通信模块可使得MCU模块与上位机间进行通信连接，使得测量数据得以在上位机软件中显示，并通过显示屏显示受测进程及受测结果，提高人体阻抗仪的测试友好交互性。
附图说明
图1为本申请一实施例中激励输出模块的部分电路原理图。
图2为本申请一实施例中端口保护单元的部分电路原理图。
图3为本申请一实施例中阻抗采集模块的部分电路原理图。
图4为本申请一实施例中负压产生单元的电路原理图。
图5为本申请一实施例中USB通信模块的电路原理图。
图6为本申请一实施例中语音模块的电路原理图。
具体实施方式
以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。
以下实施例中所涉及的器件等，如无特别说明，则均为常规市售产品。
为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本例公开一种人体阻抗测量电路，其包括MCU模块、激励输出模块和阻抗采集模块；其中MCU 模块作为控制的核心模块，进行控制指令的发出和采集信息的处理，激励输出模块和阻抗采集模块分别与MCU模块间电气连接，分别用以输出相应的激励电压信号及人体电阻抗信息的采集。
具体的，在本实施例中，MCU模块主要包括STM32F103RCT6型单片机，由该单片机进行控制输出和信息采集输入，为确保该单片机的正常工作，在本例中的电路中设有与该单片机相应的接线端子对应电连接的晶振电路及复位电路，以确保单片机合理的工作时序及正常程序运行。
为实现对人体阻抗信息的测量，在本实施例中，设有激励输出模块，该模块分别与各电极片和单片机间电连接，由此接收单片机的控制指令，并由电极片向人体输出一定等级的电压信号。具体的，本例中共设置6个电极片进行人体阻抗测量，分别对应人体的双足、双手及头部两侧，在测量时，6个电极片中任选一片作为激励电极片，由该电极片输出电信号，选择其余电极片中任意一片作为阻抗采集电极，感测经人体电信号，据此，依次遍历各电极片，分别对应作为激励输出和阻抗采集，双足、双手及头部两侧任意两位置间的阻抗信息。由于测量过程中，同一时间内仅有一片电极片作为激励输出电极、一片作为阻抗采集电极，为此，在本实施例中，设置输出多路选择单元，该单元具体包括多路复用器，参见图1，采用型号为MAX308CSE的多路复用器U12，该多路复用器U12包括八个输出端NO1-NO8、三个地址端A0-A2以及一个公共端COM，其中公共端COM接设待输出信号，三个地址端通过不同的编码输入选择对应的输出端作为信号输出端，实现对8个端口的任一选择，进而达到同一时刻仅由一电极片输出激励电信号的目的。本例中，采用8端口对应6电极片，由此可设置其中两端口为冗余端口，提高电路的抗风险能力。
此外，在本实施例中，三个地址端A0-A2分别通过输出耦合单元接设至单片机对应的I/O口，具体的，参见图1，三个地址端对应接设至单片机的PB13-PB15端口处，且输出耦合单元采用光隔离器件U14A-U14C，选用型号为PS2801-4的光电耦合器，通过光电隔离提高电路工作的可靠性及安全性。
为解决现有技术中，采用正弦信号作为激励存在较大测量误差的问题，在本实施例中，在输出多路选择单元的多路复用器U12的COM端对应接设电压基准芯片，以提供恒定的电压信号，并通过单片机与多路复用器U12的地址端的电气连接关系，使单片机按照一定的频率控制NO1-NO8中某一端口的通断，由此形成脉冲信号，作为激励信号源，以获取更为精准的人体阻抗信息。具体的在本实施例中，参见图1，采用型号为TL431AIDBZR的基准电压芯片D10，该基准电压芯片的正极接地，负极接高电平，且负极与参考端REF间短接，并设置两并联的电容C52和C53，进行滤波，确保基准电压芯片D10的电压供应质量，避免杂波干扰，进而有助于提高人体阻抗测量精度。
本例中，在各电极片和输出多路耦合单元间还设有端口保护单元，参见图2，两肖特基二极管作为钳位二极管，该端口保护单元的一端与电极片间电连接，且确保二者间接触良好，另一端与多路复用器U12的输出端口间电气连接，由此，一方面，可防止静电对电路的影响，使得静电通过两肖特基二极管及时释放，另一方面，两肖特基二极管可实现钳位作用，进一步确保输出电压的可靠性，限制输出电压的范围。在其他的一些实施例中，选用快速开关二极管作为钳位二极管。
阻抗采集模块用以通过电极片获取人体电信号至单片机，进而根据激励和采集到的电信号分析获取人体具体的阻抗信息。其中，阻抗采集模块连接至与激励输出模块对应连接的电极片处，且确保二者间的接线良好。此外，为了实现阻抗匹配，提高电路带载能力，在本实施例中，阻抗采集模块包括阻抗变换单元，在本实施例中，采用型号为LMV321IDBVK的运算放大器，将其输入负与输出端短接，构成电压跟随器，实现阻抗匹配的作用，且利用电压跟随器输入阻抗高和输出阻抗低的特点，实现过渡缓冲、隔离前后级电路干扰的作用。
考虑到同一时刻仅有一片电极片进行电信号的采集工作，因此，为实现对多片电极片的选择，在本实施例中，在阻抗变换单元后设置输入多路选择单元，同样的，对于输入多路选择单元，本例选用型号为MAX208CSE的多路复用器U13，
该多路复用器U13的地址端A0-A2分别通过型号为PS2801-4的光电耦合器接设至单片机的PB7-PB9端口，以该光电耦合器作为输入耦合单元，实现单片机与多路复用器间的电气隔绝。相应的，单片机发出对应的控制指令，进行地址编码，以选择相应的通道进行导通，实现电信号的采集输入。当通过多路复用器U13的地址端对应编码选通相应的输入通道NO1-NO8，对应的电信号便由该多路复用器U13的COM端口输出。
在本实施例中，多路复用器U13的COM端后依次接设有隔离单元和运放单元，分别实现输入信号与单片机间的电气隔离及信号放大，由此确保电路工作的安全性和信号采集分析的可靠性。具体的参见图3，本例中多路复用器U13的COM端口接设有型号为HCPL-7840的光隔离放大器，在实现电气隔离的同时，实现一定程度的信号放大，由于该光隔离放大器的信号放大作用有限，故此，其VOUT+和VOUT-输出端口与单片机对应的I/O间接设运算放大器作为运放单元，实现进一步的信号放大，在本实施例中，运放单元包括型号为OPA333AIDBVR的运算放大器，该运算放大器的输出口与单片机的PA0口对应连接，且在运算放大器的输出口线路中设有接地的电容，实现信号在进入单片机前的滤波作用。
另外，在其他的一些实施例中，为确保多路复用器的工作稳定，设置与多路复用器V-端子相导通的负压产生单元，以产生负压信号。具体的，参见图4，本例中该电路与单片机的PB6口电气连接，接受单片机的输出信号，该信号经由单片机输出后，通过光耦进行电气隔绝，在本实施例中采用型号为PS2801-4的光电耦合器U15D，经由电容C51后对应接至两肖特基二极管，通过单片机控制其PB6输出口的电平，进而控制光电隔离器U15D的导通，当光电隔离器U15D断开时，C51经由阳极接设GND的肖特基二极管充电，当光电隔离器U15D导通时，C51经由另一肖特基二极管放电，进而在U13V-端子处产生负压，供给多路复用器正常工作。
此外，为了方便单片机与上位机间的通信，以便于测量数据能实时的显示至上位机软件中，在本实施例中，该电路还设有USB通信模块。具体的参见图5，该USB通信模块包括与单片机的I/O口对应电连接的USB芯片，本例中选用型号为FT245BL的并行FIFO双向数据传输的USB芯片，通过与该芯片相应端口电气连接的FT_USB接口实现单片机与上位机终端间的信息传输。另外，在本实施例中，USB芯片对应接设有型号为93LC46B-I/SN的EEPROM，用于存储电路对应的设备序列号及一些说明性文字等。
为了扩展电路的使用功能，方便受测者在测试时可根据语音提醒进行相应的动作，便于获知受测进程等，本例中人体阻抗测量电路还包括语音模块。具体的参见图6，该语音模块包括与单片机对应电连接的语音芯片，本例中选用型号为KT603C的语音芯片，该芯片的TXD和RXD端口分别与单片机的I/O对应连接，进行语音信息的传递，且设有TF-Mini卡座，可外接TF卡进行音频文件的更新；此外，OUT-R和OUT-L分别引出AudioR和AudioL作为耳机接口，满足耳机播放音频的需求。
此外，为了使得电路具有一定的可拓展性，在本实施例中，还设有接口模块，该接口模块包括与单片机对应电连接的I/O扩展口和串口，由此通过接口模块增加外设接口的数量，以便于其余外设的连接及电路功能的增加。为确保电路整体的供电稳定性，避免电压波动对测量结果准确性的影响，本例中设有型号为XC6206P332MR的低压差线性LDO稳压器，用以提供相应等级稳定的直流电压。
尽管已描述了本申请的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离其发明的精神和范围。这样，倘若对本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种人体阻抗测量电路，其特征在于，包括MCU模块、一端与所述MCU模块对应电连接且另一端对应连接至各测量电极片的激励输出模块和阻抗采集模块；所述MCU模块包括单片机；
所述激励输出模块包括从所述单片机的对应I/O口至所述电极片依次对应电连接的输出耦合单元、输出多路选择单元、各并联至所述多路选择单元对应输出端子的端口保护单元；所述激励输出模块还包括与所述输出多路选择单元对应输入端电连接的电压基准芯片；
所述阻抗采集模块包括从所述电极片至所述单片机的对应I/O口依次对应电连接的阻抗变换单元、输入多路选择单元、隔离单元、运放单元；所述阻抗采集模块还包括对应连接至所述输入多路选择单元和所述单片机间的输入耦合单元。
2.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，该电路还包括语音模块；所述语音模块包括与所述单片机对应电连接的语音芯片、与所述语音芯片对应连接的音频接口。
3.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，该电路还包括USB通信模块；所述USB通信模块包括与所述单片机对应电连接的USB芯片、与所述USB芯片对应端口通信连接的存储芯片。
4.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述输出耦合单元、所述输入耦合单元、所述隔离单元对应包括光隔离器。
5.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述输出多路选择单元和所述输入多路选择单元分别包括多路复用器。
6.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述端口保护单元包括两对应作为钳位二极管的肖特基二极管或快速开关二极管。
7.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述阻抗变换单元包括电压跟随器。
8.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，所述输入多路选择单元与所述单片机间设有负压产生单元，所述负压产生单元包括对应串接的光耦和肖特基钳位二极管。
9.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，该电路还包括接口模块，所述接口模块包括与所述单片机对应电连接的I/O扩展口和串口。
10.根据权利要求1所述的人体阻抗测量电路，其特征在于，该电路还设有用于提供相应等级直流电压的稳压器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321502975.5U CN220193008U (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 人体阻抗测量电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321502975.5U CN220193008U (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 人体阻抗测量电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220193008U true CN220193008U (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=89149907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202321502975.5U Active CN220193008U (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 人体阻抗测量电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220193008U (zh) |
-
2023
- 2023-06-13 CN CN202321502975.5U patent/CN220193008U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101496720B (zh) | 基于usb的生物阻抗分析仪 | |
| CN201583603U (zh) | 开关柜验电避雷器在线监测装置 | |
| CN205163037U (zh) | 便携式多参数人体生理数据检测装置 | |
| CN206399476U (zh) | 一种水质分析电路 | |
| CN201965224U (zh) | 耐电压仪表自动检校系统 | |
| CN220193008U (zh) | 人体阻抗测量电路 | |
| CN202329850U (zh) | 开关设备温升检测系统 | |
| CN116712322B (zh) | 一种多点轮询采样的经络检测装置 | |
| CN109374973B (zh) | 绝缘阻抗检测电路、检测电路和检测装置 | |
| CN211878121U (zh) | 电路板电源参数测试设备和系统 | |
| CN209372984U (zh) | 一种便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪 | |
| CN105974186A (zh) | 一种电压测量装置 | |
| CN115032570A (zh) | 一种肌电信号采集极板的脱落检测电路 | |
| CN214342344U (zh) | 一种用于心理测量的分析系统 | |
| CN106771790A (zh) | 一种开关柜通电试验台 | |
| CN109188154B (zh) | 一种基于Raspberry Pi便携式低功耗双通路医用电生理设备检定仪 | |
| CN203203995U (zh) | 多通道血栓弹力检测仪 | |
| CN206573660U (zh) | 一种开关柜通电试验台 | |
| CN218601452U (zh) | 一种肌电信号采集极板的脱落检测电路 | |
| CN206641847U (zh) | 数字化心血管意外早期急救系统 | |
| CN216900706U (zh) | 一种用电器检测与识别装置 | |
| CN204813875U (zh) | 基于谐振的人体阻抗测量电路 | |
| CN218067741U (zh) | 一种基于多参数电化学可穿戴汗液采集电路及装置 | |
| CN211555480U (zh) | 一种基于晨检的儿童bmi检测系统 | |
| CN202535435U (zh) | 一种智能手机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |