一種超聲肺功能儀的控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及醫(yī)學(xué)超聲儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種超聲肺功能儀的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲肺功能儀通過測量超聲波脈沖信號從不同方向穿過被測人呼吸的氣體后的時間差，換算出氣體的實(shí)際流速，從而得出被測人肺功能的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)。當(dāng)前主流的超聲肺功能儀均采用FPGA或CPLD作為核心控制和運(yùn)算電路。由于接收波形是模擬量，需要在進(jìn)入FPGA或CPLD之前先轉(zhuǎn)換為與FPGA或CPLD的10電平一致的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換的方法有兩種，一種是采用比較器，通過過零檢測將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；另一種是采用AD轉(zhuǎn)換芯片，將信號和噪聲先轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，在FPGA或CPLD內(nèi)通過算法判定信號和噪聲。前一種方法要求在比較器之前信噪比很高，后一種則不要求在AD轉(zhuǎn)換之前有太高的信噪比。這兩種方法的硬件成本均較高，軟件的編寫也較為復(fù)雜。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種超聲肺功能儀的控制電路，節(jié)省了硬件成本，又免除了軟件編寫工作，縮短了開發(fā)周期，減小了上市時間。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案:一種超聲肺功能儀的控制電路，包括MCU模塊、用于核心控制和運(yùn)算的GP22芯片；
[0005]所述MCU模塊與GP22芯片進(jìn)行配置；
[0006]所述GP22芯片設(shè)有四個引腳，分別為FIRE UP引腳、ST0P1引腳、FIRE DOWN引腳、ST0P2引腳;
[0007]所述FIRE UP引腳與脈沖發(fā)生電路1連接，經(jīng)探頭1與切換開關(guān)K1連接，
[0008]所述切換開關(guān)K1通過一個隔直電容與放大電路1的輸入端連接，經(jīng)放大電路1后與ST0P1引腳連接；
[0009]所述FIRE DOWN引腳與脈沖發(fā)生電路2連接，經(jīng)探頭2與切換開關(guān)K2連接，所述切換開關(guān)K2通過一個隔直電容與放大電路2的輸入端連接，經(jīng)放大電路2后與ST0P2引腳連接；
[0010]所述MCU模塊設(shè)有兩個10引腳，分別與切換開關(guān)Kl、K2的控制端連接，用于控制切換開關(guān)K1與探頭1和3.3V電平的通斷，或K2與探頭2和3.3V電平的通斷。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:采用上述系統(tǒng)后，該GP22芯片內(nèi)部包含比較器，通過過零判斷來提取信號；芯片自動完成FPGA或CPLD的算法功能，從而省去了軟件編寫；采用兩路開關(guān)可以保證接收端的懸空狀態(tài)最短，受到的噪聲干擾最小，這樣即節(jié)省了硬件成本，又免除了軟件編寫工作，縮短了開發(fā)周期，減小了上市時間。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對-實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是當(dāng)前主流超聲肺功能儀的電路硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型采用GP22作為核心控制和運(yùn)算芯片的電路硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型切換開關(guān)的控制波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0017]如圖1所示的當(dāng)前主流超聲肺功能儀的電路硬件結(jié)構(gòu)，由于氣體對超聲信號的衰減很大，從探頭直接接收到的信號的幅度都很小，通常不到5個毫伏，這樣的信號無法進(jìn)行后續(xù)的測量，因此需要放大。兩路接收到的信號經(jīng)放大處理，降噪后再經(jīng)過比較器的過零判斷，就以脈沖信號的形式輸入到FPGA或CPLD中，F(xiàn)PGA或CPLD進(jìn)行有關(guān)的運(yùn)算，最終得出時間差，該電路采用雙發(fā)雙收的模式，即探頭1發(fā)射時探頭2接收，而探頭2發(fā)射時探頭1接收。
[0018]如圖2所示的一種超聲肺功能儀的控制電路，采用GP22替代FPGA或CPLD，可以省掉比較電路或AD轉(zhuǎn)換電路。由于GP22的發(fā)射端有高阻狀態(tài)，接收端電路容易耦合到噪聲。如果信噪比過小，GP22將無法識別到信號，因此必須設(shè)法降低接收電路的噪聲。兩路接收電路的每一路加一個電子開關(guān)，通過MCU的軟件來控制開關(guān)的切換。在接收時間段將開關(guān)切換到探頭，非接收時間將開關(guān)切換到3.3V。開關(guān)通過一個隔直電容與放大器的輸入端連接。兩路放大器的輸出端則分別與GP22的ST0P1、ST0P2引腳連接。開關(guān)K1、K2的控制端分別連接到MCU的兩個10引腳，切換由MCU來控制。由于切換到探頭時，接收電路的輸入端沒有強(qiáng)制的直流電平，處于懸空狀態(tài)，及易受到噪聲干擾。因此，切換到與探頭連結(jié)的狀態(tài)應(yīng)盡量短。這就要求，在確保能接收到信號前沿的基礎(chǔ)上，盡可能縮短接收端與天線連結(jié)時間，延長與3.3V電平連結(jié)時間。
[0019]本實(shí)用新型通過MCU來控制開關(guān)的切換，由于MCU也控制GP22的配置，因此在時序上便于控制切換與接收波形的時間差。從與3.3V連接切換到與探頭連接的時間點(diǎn)，在脈沖起始發(fā)射時間之后，由MCU來控制。MCU可以在發(fā)出發(fā)射脈沖指令后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r再發(fā)出從3.3V連接切換到探頭的指令，由于延時在微秒級，可以通過若干個空操作指令來實(shí)現(xiàn)。延時要做到切換時間點(diǎn)最接近接收波形的前沿，同時還不能影響接收波形前沿的完整性，確保不影響測量結(jié)果。例如，在儀器的測量范圍內(nèi)，收發(fā)脈沖在空氣中的最短時間間隔為20uS，就要使這20uS內(nèi)開關(guān)盡量與3.3V連接，因此切換時間點(diǎn)應(yīng)盡量在這20uS的最后。如果MCU機(jī)器頻率為24MHz，單指令頻率為2MHz，則單指令周期為0.5uS，而20uS為40個單指令周期。在發(fā)出脈沖發(fā)射指令后，MCU執(zhí)行40個空操作指令，就實(shí)現(xiàn)延時20uS。為了確保接收信號的完整性，我們設(shè)定在發(fā)出脈沖發(fā)射指令后執(zhí)行18個空操作指令，再發(fā)出開關(guān)切換指令，切換到接收電路輸入端與探頭連接。GP22 —旦接收到信號，就向MCU發(fā)出中斷請求，MCU的中斷響應(yīng)子程序再將與探頭連接切換到與3.3 V連接。GP22的FIRE UP和FIRE DOWN引腳分別作為脈沖發(fā)生器1和脈沖發(fā)生器2的控制信號輸入。開關(guān)的控制波形如圖3所示。
[0020]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲肺功能儀的控制電路，其特征在于:包括MCU模塊、用于核心控制和運(yùn)算的GP22芯片； 所述MCU模塊與GP22芯片進(jìn)行配置； 所述GP22芯片設(shè)有四個引腳，分別為FIRE UP引腳、ST0P1引腳、FIRE DOWN引腳、ST0P2引腳； 所述FIRE UP引腳與脈沖發(fā)生電路1連接，經(jīng)探頭1與切換開關(guān)K1連接， 所述切換開關(guān)K1通過一個隔直電容與放大電路1的輸入端連接，經(jīng)放大電路1后與ST0P1引腳連接； 所述FIRE DOWN引腳與脈沖發(fā)生電路2連接，經(jīng)探頭2與切換開關(guān)K2連接，所述切換開關(guān)K2通過一個隔直電容與放大電路2的輸入端連接，經(jīng)放大電路2后與ST0P2引腳連接；所述MCU模塊設(shè)有兩個10引腳，分別與切換開關(guān)Kl、K2的控制端連接，用于控制切換開關(guān)K1與探頭1和3.3V電平的通斷，或K2與探頭2和3.3V電平的通斷。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及醫(yī)學(xué)超聲儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種超聲肺功能儀的控制電路，包括MCU模塊、GP22芯片；所述MCU模塊與GP22芯片進(jìn)行配置；所述GP22芯片設(shè)有四個引腳，分別為FIRE？UP引腳、STOP1引腳、FIRE？DOWN引腳、STOP2引腳；所述FIRE？UP引腳與脈沖發(fā)生電路1連接，經(jīng)探頭1與切換開關(guān)K1連接，所述切換開關(guān)K1通過一個隔直電容與放大電路1的輸入端連接，經(jīng)放大電路1后與STOP1引腳連接；所述FIRE？DOWN引腳與脈沖發(fā)生電路2連接，經(jīng)探頭2與切換開關(guān)K2連接，所述切換開關(guān)K2通過一個隔直電容與放大電路2的輸入端連接，經(jīng)放大電路2后與STOP2引腳連接；所述MCU模塊設(shè)有兩個IO引腳，分別與切換開關(guān)K1、K2的控制端連接。硬件成本降低，省去了軟件編寫，縮短了開發(fā)周期，減小了上市時間。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN205068041
【申請?zhí)枴緾N201520705481
【發(fā)明人】尤劍鳴, 杜文揚(yáng)
【申請人】咸陽康榮信數(shù)字超聲系統(tǒng)有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年9月14日