專利名稱：高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)，可以同時(shí)對腦電，心電 和肌電信號進(jìn)行采集。
背景技術(shù)：
目前體表電信號采集系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。此類采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多路同步采集的關(guān)鍵是每路經(jīng)過調(diào)理的體表電信號先通過T/H采樣保持器9，然后經(jīng)過由微處理器5控 制的多路模擬開關(guān)10后，被模數(shù)轉(zhuǎn)換器11將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最后由微處理器5將采 集結(jié)果經(jīng)由RS232模塊12上傳至上位機(jī)顯示并存儲。這樣的系統(tǒng)存在以下的不足1、采樣速率不高采樣保持器的孔徑時(shí)間、多路模擬開關(guān)的切換速度和通道切換 的穩(wěn)定時(shí)間限制了采樣的頻率，難以完成高頻體表電信號的采集；2、測量精度不高多路模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻以及通道切換的抖動，都會影響體表 電信號的測量；3、采集的通道數(shù)低目前，大部分體表電信號采集設(shè)備的采集通道數(shù)多為16通道 以內(nèi)，這對針灸中人體經(jīng)絡(luò)與傳導(dǎo)的研究帶來諸多不便；4、使用不方便現(xiàn)在沒有專為針灸研制的多路體表電信號采集系統(tǒng)，不少科研單 位在進(jìn)行針灸實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要同時(shí)配備心電檢測設(shè)備，腦電檢測設(shè)備以及肌電檢測設(shè)備，致使 設(shè)備眾多，操作不便；5、采集通道數(shù)固定，擴(kuò)展困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)，彌補(bǔ)目前國內(nèi) 沒有專用的針灸體表電信號記錄儀器的空白，實(shí)現(xiàn)針灸體表電信號的高速多路同步采集。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種高速多路同步針灸體表電信 號采集系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括有相互電連接的采集板、系統(tǒng)采集與控制板、USB數(shù)據(jù)傳輸 引擎以及上位機(jī)軟件；所述采集板為相互電連接的多塊相同的體表電信號的采集板，每塊 采集板包括有相互電連接的過壓保護(hù)電路、濾波電路、放大電路模塊及數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS， 采集板通過過壓保護(hù)電路、濾波電路、放大電路，將體表電信號轉(zhuǎn)換成采集所需的調(diào)理后信 號；該信號經(jīng)過由微控制器MCU控制的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并暫存在系統(tǒng) 采集與控制板的FIFO存儲器之中，然后FIFO存儲器中存儲的數(shù)字信號通過微控制器MCU 操作的USB數(shù)據(jù)傳輸引擎上傳至上位機(jī)軟件；最后上位機(jī)軟件將收到的數(shù)據(jù)顯示并存儲為 ASCII編碼系統(tǒng)文件。本發(fā)明的有益效果是1、該系統(tǒng)填補(bǔ)了目前國內(nèi)沒有專用的針灸電信號記錄儀 器的空白；2、簡化了目前的體表電信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用更少的器件實(shí)現(xiàn)了高速、多 路、同步采集并提高了采集系統(tǒng)的采樣頻率上限；3、采集通道數(shù)目擴(kuò)展方便，每增加一塊采 集板就會增加四路采集通道；4、每塊采集板的放大倍數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求軟件設(shè)定；5、采用USB2. O傳輸引擎代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS232傳輸，極大的提高了數(shù)據(jù)的上傳速度。該采集系統(tǒng)具有 較高的采樣頻率(每通道可達(dá)20KHz)，測量精度高，采集通道數(shù)目擴(kuò)展方便，最高達(dá)256路 的采集通道。該采集系統(tǒng)的軟件可設(shè)定各采集板的放大倍數(shù)，同時(shí)可以采集多種體表電信 號，如腦電、心電、肌電等。


圖1為傳統(tǒng)體表電信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明的體表電信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為本發(fā)明的體表電信號采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。圖中1、采集板2、系統(tǒng)采集與控制板3、USB數(shù)據(jù)傳輸引擎4、上位機(jī)5、微處理器6、可編 程通用接口 7、FIFO存儲器8、普通輸入輸出接口 9、采樣保持器10、多路模擬開關(guān)11、模數(shù) 轉(zhuǎn)換器12、RS232模塊13、過壓保護(hù)電路14、濾波電路15、放大電路16、系統(tǒng)DAS 17、 邏輯控制模塊18、比較器19、逐次逼近寄存器SAR20、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊21、RAM存儲器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)例對本發(fā)明的高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)作 進(jìn)一步說明。高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有相互電連接的采集板 1、系統(tǒng)采集與控制板2、USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3以及上位機(jī)軟件4 ；所述采集板1為相互電連接 的多塊相同的體表電信號的采集板，每塊采集板1包括有相互電連接的過壓保護(hù)電路13、 濾波電路14、放大電路15模塊及數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS16，采集板1通過過壓保護(hù)電路13、濾波 電路14、放大電路15，將體表電信號轉(zhuǎn)換成采集所需的調(diào)理后信號；該信號經(jīng)過由微控制 器MCU5控制的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS16轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并暫存在系統(tǒng)采集與控制板2的FIFO 存儲器7之中，然后FIFO存儲器7中存儲的數(shù)字信號通過微控制器MCU5操作的USB數(shù)據(jù) 傳輸引擎3上傳至上位機(jī)軟件4 ；最后上位機(jī)軟件4將收到的數(shù)據(jù)顯示并存儲為ASCII編 碼系統(tǒng)文件。所述的上位機(jī)軟件4通過由電腦連接到系統(tǒng)采集與控制板2的USB連接線將多塊 采集板1的放大倍數(shù)下載到系統(tǒng)采集與控制板2的RAM中，系統(tǒng)采集與控制板2根據(jù)這些 放大倍數(shù)設(shè)定IO 口的輸出值，從而控制采集板1上的可編程增益放大器PGA的放大倍數(shù)， 使高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)可以同時(shí)采集腦電，心電以及肌電不同幅值的生 理電信號，所述采集板1的體表電信號為uV級的電信號。所述多塊采集板1能夠多達(dá)64塊，均與采集與控制板2通過數(shù)據(jù)總線和控制總線 連接，采集通道數(shù)能夠擴(kuò)展至256路。所述USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3采用USB2. 0方式與上位機(jī) 軟件4進(jìn)行通訊，以USB協(xié)議的控制傳輸和塊傳輸為數(shù)據(jù)傳輸方式，高速多路同步針灸體表 電信號采集系統(tǒng)的采樣通道數(shù)可以擴(kuò)展至256路，各路采樣頻率能夠達(dá)到20KHz。所述上位 機(jī)軟件4采用Visual C++編寫的軟件，應(yīng)用EZ-USB提供的通用驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)多路針灸體 表電信號采集系統(tǒng)的基本參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與記錄。本發(fā)明的高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)功能是這樣實(shí)現(xiàn)的
一、信號的調(diào)理_采集-上傳_顯示和記錄的整體實(shí)現(xiàn)如圖2所示，腦電、心電以及肌電等體表電信號通過體表電極連接到體表電信號 采集板1上，經(jīng)過過壓保護(hù)電路13，濾波電路14，放大電路15等處理得到調(diào)理后信號，再由 微處理器5控制的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS16將調(diào)理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲在控制板 的FIFO存儲器7中，然后通過USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3上傳到上位機(jī)軟件4，并在上位機(jī)中顯示 和存儲，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)體表電信號的調(diào)理_采集-上傳_顯示和記錄過程。二、高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 如圖3所示，此高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)該系統(tǒng)包括4個(gè)部分體表 電信號的采集板1、系統(tǒng)采集與控制板2、USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3以及上位機(jī)軟件4。體表電信 號采集板1用于體表電信號的濾波，放大和整形，將uV級的體表電信號轉(zhuǎn)換成滿足數(shù)據(jù)獲 取系統(tǒng)DAS16輸入范圍的調(diào)理后信號；系統(tǒng)采集與控制板2用于控制各塊采集板同時(shí)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)依次讀取到微控制器MCU5的先入先出FIFO存儲器7中； USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3用于將暫存在FIFO存儲器7中的采樣數(shù)據(jù)通過USB引擎上傳到上位 機(jī)中；上位機(jī)軟件4用于設(shè)定采樣參數(shù)，控制USB數(shù)據(jù)上傳過程，存儲和顯示采集數(shù)據(jù)的結(jié) 果。其中，體表電信號的采集板1部分可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行擴(kuò)展，增加采樣的通道數(shù)。體表電信號經(jīng)由采集板1的過壓保護(hù)電路13，濾波電路14，放大電路15等模塊后 轉(zhuǎn)換成采集所需的調(diào)理后信號；調(diào)理后的信號經(jīng)過由微控制器M⑶5通過可編程通用接口 6 和普通輸入輸出接口 8，所控制的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS16轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并暫存在系統(tǒng)采集 與控制板2的FIFO存儲器7之中，然后FIFO存儲器7中存儲的數(shù)字信號通過微處理器5 控制的USB數(shù)據(jù)傳輸引擎3上傳至上位機(jī)軟件4 ；最后上位機(jī)軟件4將收到的數(shù)據(jù)顯示并 存儲為ASCII編碼的系統(tǒng)文件。三、高速采集如圖3所示，本系統(tǒng)去掉了分立的采樣保持器9和多路模擬開關(guān)10轉(zhuǎn)而利用數(shù) 據(jù)獲取系統(tǒng)DAS16實(shí)現(xiàn)高速同步采集。在DAS系統(tǒng)中邏輯控制模塊17控制采樣保持器同 時(shí)對輸入信號進(jìn)行采樣保持，然后再控制多路模擬開關(guān)10依次將各通道的信號引入到比 較器18中，將輸入信號和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊20的輸出值進(jìn)行比較，當(dāng)輸入信號和數(shù)模轉(zhuǎn)換模 塊20的輸出值相等時(shí)，逐次逼近寄存器SAR 19將結(jié)果存入到RAM存儲器21中，從而實(shí)現(xiàn) 了體表電模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。分立的采樣保持器和多路模擬開關(guān)等器件被集成 為系統(tǒng)DAS16，可以大大降低由通道切換時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間所限制的采樣頻率上限和其引起 的擾動，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的多路，同步高速采集。本采集系統(tǒng)目前每路的采樣頻率能達(dá) 到20kHz (按14位計(jì)算)，依據(jù)采樣定理，理論上能采集的信號最高頻率為10kHz。而以目 前傳統(tǒng)的由采樣保持器和多路模擬開關(guān)經(jīng)由單路AD構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，假設(shè)采樣 保持器芯片為AD582，根據(jù)AD582的孔徑時(shí)間，可以計(jì)算得到每路達(dá)到的最高采樣頻率僅為 194Hz，按14位AD計(jì)算，理論上能采集的信號最高頻率為97Hz?？梢姡鞠到y(tǒng)明顯優(yōu)于常規(guī) 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。四、高度集成、擴(kuò)展方便本系統(tǒng)可以通過擴(kuò)充體表電信號的采集板1來方便的擴(kuò)展采集通道數(shù)目，并且每 塊采集板可以根據(jù)實(shí)際的采集需要來軟件設(shè)定放大倍數(shù)，所以本系統(tǒng)可以根據(jù)需要同時(shí)采 集腦電，心電和肌電等體表電信號。
五、多路高速傳輸 如圖3所示，每四通道的體表電信號進(jìn)入一塊體表電信號采集板1，所有的采集板 共用數(shù)據(jù)總線和控制總線。微處理器5通過控制各塊采集板1依次將采集到的數(shù)據(jù)讀取到 FIFO存儲器7中，這個(gè)讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間為納秒級，較之AD轉(zhuǎn)換過程基本可以忽略。假設(shè)USB 最高傳送速率為480Mb/s，利用64塊采集板，可實(shí)現(xiàn)256路的高速同步采集，每通道的采樣 頻率可高達(dá)20KHz。
權(quán)利要求
一種高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括有相互電連接的采集板(1)、系統(tǒng)采集與控制板(2)、USB數(shù)據(jù)傳輸引擎(3)以及上位機(jī)軟件(4)；所述采集板(1)為相互電連接的多塊相同的體表電信號的采集板，每塊采集板(1)包括有相互電連接的過壓保護(hù)電路(13)、濾波電路(14)、放大電路(15)模塊及數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS(16)，采集板(1)通過過壓保護(hù)電路(13)、濾波電路(14)、放大電路(15)，將體表電信號轉(zhuǎn)換成采集所需的調(diào)理后信號；該信號經(jīng)過由微控制器MCU(5)控制的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAS(16)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并暫存在系統(tǒng)采集與控制板(2)的FIFO存儲器(7)之中，然后FIFO存儲器(7)中存儲的數(shù)字信號通過微控制器MCU(5)操作的USB數(shù)據(jù)傳輸引擎(3)上傳至上位機(jī)軟件(4)；最后上位機(jī)軟件(4)將收到的數(shù)據(jù)顯示并存儲為ASCII編碼系統(tǒng)文件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征是所述的上位機(jī)軟件(4)通過由電腦連接到系統(tǒng)采集與控制板(2)的USB連接線將多塊采集板(1)的放大倍數(shù)下載到系統(tǒng)采集與 控制板⑵的MM中，系統(tǒng)采集與控制板(2)根據(jù)這些放大倍數(shù)設(shè)定IO 口的輸出值，從而 控制采集板(1)上的可編程增益放大器PGA的放大倍數(shù)，使高速多路同步針灸體表電信號 采集系統(tǒng)可以同時(shí)采集腦電，心電以及肌電不同幅值的生理電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征是所述多塊采集板(1)能夠多達(dá)64塊， 均與采集與控制板(2)通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接，采集通道數(shù)能夠擴(kuò)展至256路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征是所述USB數(shù)據(jù)傳輸引擎(3)采用USB2.0 方式與上位機(jī)軟件(4)進(jìn)行通訊，以USB協(xié)議的控制傳輸和塊傳輸為數(shù)據(jù)傳輸方式，高速多 路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)的采樣通道數(shù)可以擴(kuò)展至256路，各路采樣頻率能夠達(dá)到 20KHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征是所述上位機(jī)軟件(4)采用VisualC++ 編寫的軟件，應(yīng)用EZ-USB提供的通用驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)多路針灸體表電信號采集系統(tǒng)的基本 參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與記錄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集系統(tǒng)，其特征是所述采集板(1)的體表電信號為uV級的電信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高速多路同步針灸體表電信號采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有體表電信號采集板，用于體表電信號的濾波，放大和整形，將微弱的體表電信號轉(zhuǎn)換成滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍的信號；系統(tǒng)采集與控制板用于控制各塊采集板進(jìn)行同步采集，并將轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)依次讀取到微處理器的先入先出存儲器FIFO中；USB數(shù)據(jù)上傳部分用于將暫存在FIFO中的采樣數(shù)據(jù)通過USB引擎上傳到上位機(jī)中；上位機(jī)用于設(shè)定采樣參數(shù)，控制USB數(shù)據(jù)上傳過程和存儲、顯示采集數(shù)據(jù)的結(jié)果。本發(fā)明簡化了目前體表電信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使用更少的器件實(shí)現(xiàn)了多種體表電信號的高速、多路、同步采集并提高了采集系統(tǒng)的采樣頻率上限，填補(bǔ)了國內(nèi)沒有專門的針灸電信號記錄儀器的空白。
文檔編號A61B5/04GK101836857SQ20101016031
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者李諾, 王江, 羅昔柳, 邊洪瑞, 鄧斌 申請人:天津大學(xué)