专利名称：脑电图采集仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于病理分析、诊断进行数据采集的脑电图采集仪。
背景技术：
目前，公知的脑电图采集仪所用的导联切换有硬件导联和软件导联两种，其中软件导联是利用单极导联通过简单数学加减得到导联信息，出于参考电极的波动和数字化过程中不可避免的时差，可能存在难以预料的偏差。而硬件导联则是利用硬件进行各导间的实时导联切换，输出准确无失真的导联信息。一般的硬件导联选择只是事先做好几个固定的脑电信号进行切换，不同病人及不同疾病的导联需要，不能在脑电信号中进行任意选择。仅仅是利用某一导联组合进行直接采集获得数据，或是导联组合通过数学运算间接得到，很少有硬件实现导联的任意组合。另外，由于脑电信号非常微弱，只有微伏级，不可避免地会受到来自各方面干扰和影响，严重阻碍了病理的分析。而且采集仪与计算机相连时，其USB口送出的电源是计算机使用的高压电，该脑电极要与人脑头皮直接相连，如果不将这两边电压隔离开来，就会有人脑戴上电极有麻酥感觉的情况出现。
实用新型内容本实用新型的目的是为解决上述问题，而提供一种使其病人处于浮地状态，提高系统安全性、可靠性的脑电图采集仪。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是这样来完成的一种脑电图采集仪，包括脑电极、导联切换、放大器、模数转换器、单片机、USB口、计算机，其中它具有一个全硬件任意导联切换电路，通过USB口接于单片机，该单片机的串口连接于移位寄存器输入端，其输出端连接模拟开关的控制端；和所述单片机发、接送数据端与USB功能设备芯片接、发送数据端之间连接光电耦合器；和所述USB通用串行总线中的电源端口与EEG放大器供电端连接DC-DC隔离电源。
该脑电图采集仪，主要是将转换好的脑电图信号经单片机系统的串口送到USB功能设备芯片的串口，其单片机系统的晶振为24MHz，其波特率为fosc/32＝750K，提高了串口速度。USB功能设备芯片将接收到的脑电图信号经USB串行总线发送给计算机，并接收来自计算机的控制信息。在单片微机系统和USB功能芯片之间设置两个光电耦合器，实现EEG放大器部分和USB控制芯片之间的高压隔离。计算机的USB串行总线中的电源给USB功能设备芯片提供电源，并经过DC-DC隔离电源为导联切换，前置放大器、模数转换器及单片机系统提供电源，达到抗干扰的目的。
硬件导联切换信息，通过USB口传送给单片机，该单片机的串行口工作于方式O时，可用作移位寄存器，单片机的串行口外接级联的32个串行输入18位并行输出的移位寄存器把带有导联信息的连续32帧串行数据转变为并行数据输出。每个串行输入18位并行输出的移位寄存器的输出端连接模拟开关的控制端，构成了脑电信号的16导全导开关的切换系统。
如上所述，该光电耦合器是选用6N137，其+5V供电端通过电阻R2，分别接于Vcc、电容C3接地；E端通过电容C1、电阻R1接电源VCcc，其中电容C1一端接地，电源Vcc端通过电容C2接地。
如上所述，该DC-DC隔离电源是选用F0505AD-2W，其Vout接隔离前的+5V电源，Vin接隔离后的+5V电源，OV输出端、GND的输入端接地，并在两接地端之间连接一隔离电阻R5。
如上所述，该USB功能设备芯片是选用AN2131，其电源供电端分别接于USB通用串行总线的电源端口。
本实用新型的特点是在于采用了全硬件进行各导间的实时导联切换，输出准确无失真的导联信息。它有效避免了由于软件选择时参考电极的波动和数字化过程中不可避免的时差，所出现的导联切换信号与实际连接的信号不一致性的情况。采用硬件进行切换安全可靠，更保证分析脑电信号的正确性；另外，采用计算机USB口的电源经过DC-DC隔离电源供电，USB控制芯片与EEG放大部分采用光电耦合技术，有效克服了计算机中的各种干扰串入EEG放大器的可能性，使病人处于浮地状态，提高了系统的安全性。
图1是本新型的结构框图。
图2是导联切换电路图。
图3是模数转换器和单片机连接示意图。
图4是光电耦合隔离电路原理图。
图5是电平转换芯片和USB功能段备芯片连接示意图。
图6是DC-DC隔离电源的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例，对本新型作进一步的说明。
由图1所示的脑电图采集仪框图，包括1脑电电极、2导联切换、3前置放大器、4模数转换器、5单片机、6光电耦合器6N137、7USB功能设备芯片AN2131、8计算机部分、9DC-DC隔离电源。
该脑电电极[1]按国际10-20系统电极放置法置于人脑，将脑电电极[1]连接到导联切换[2]的输入端，把经过导联切换后的信号输入到前置放大器[3]中，将前置放大器[3]的输出端连接到模数转换器4，由单片机[5]控制导联切换[2]和模数转换器[4]。通过单片机[5]的串口将采集来的数据经光电耦合器件6N137[6]传到USB功能设备芯片AN2131[7]的串口。USB功能设备芯片AN2131[7]再通过USB通用串行总线将数据传到计算机[8]中。同时，计算机[8]的控制信号也通过USB通用串行总线传到USB功能设备芯片AN2131[7]中。USB功能设备芯片AN2131[7]将控制信号经光电耦合器件6N137[6]传给单片机[5]。计算机电源经USB通用串行总线(最大500mA)直接给USB功能设备芯片AN2131[7]供电，并通过DC-DC隔离电源[9]给导联切换部分[2]、前置放大器[3]、模数转换器[4]、单片机[5]供电。
图2给出了脑电信号的硬件导联切换的电路原理图；图2中单片机[5]选用W77LE58。
该导联切换信息通过USB口送给单片机，由于单片机的串行口工作于方式0时可用作移位寄存器，CD4094是CMOS的串行输入/8位并行输出的移位寄存器。两个CD4094构成串级的16位并行输出的移位寄存器。单片机的串行口连续送出2帧串行数据后，利用单片机的控制端送出移位寄存器的选通信号，就可以把16位数据同时出移位寄存器输出。如此级联32个CD4094就可以同时输出16导导联切换的控制信息。
具体的连接是单片机[5]的TXD端与CD4094[10]的DATA端连接，单片机[5]的RXD端与CD4094[10]的clk端连接，定义的单片机的选通端口[16]与CD4094[10]的str端连接，下一个CD4094[10]的DATA端与上一个CD 4094[10]的QS端连接，clk和str都分别与单片机[5]的TXD和[16]连在一起，依次级联32个CD4094[10]，就可以同时由CD 4094[10]的Q0-Q7端输出导联切换的控制信息。导联选择的一导由两路选择信号构成，其中每一路选择信号由三个模拟开关[11]构成，把进行导联切换的24个脑电信号[12]连接在每一路的三个模拟开关[11]的模拟信号输入端[14]，每一路的模拟开关[11]的A、B、C端都连接在一起，每一路模拟开关的输出端连接在一起。每一路模拟开关的控制端由模拟开关的A、B、C和三个模拟开关的inh组成，每一路模拟开关的控制端连在相应的CD4094的输出端，CD4094输出数据作为模拟开关选择导联信号的选通依据。这样输出的模拟信号就是进行导联切换后的16导的脑电导联信号输出[13]。
图3给出了模数转换器和单片机连接示意图图3中4A、4B、4C是三片相同的模数转换芯片ADS7844(8通道)，5为单片机，选用W77LE58；该模数转换芯片ADS7844是8通道的，本实用新型是有16导的脑电产品，所以使用了3片这样的芯片。模数转换芯片ADS7844的DCLK由单片机的P1.0口控制，DIN由单片机的P1.1口控制，DOUT由单片机的P1.2口控制，4A，4B，4C的CS端分别由单片机的P1.3，P1.4，P1.5口控制，这样，在单片机的控制下，经过放大后的模拟信号通过模数转换成数字信号；单片机的RXD端连接光电耦合器件6A的C口，TXD端连接光电耦合器件5B的“-”端，用两片光电耦合器件6N137实现隔离EEG放大部分和USB控制芯片的功能；单片机的P3.2口控制三色灯的亮灭。
图4给出了光电耦合隔离电路的原理图。
图4中R1＝R4＝510Ω，
R2＝R3＝300Ω，C1＝C5＝15P，C2＝C3＝C4＝C6＝0.1μ图中的6A和6B是两片光电耦合器件6N137；该单片机[5]和USB[7]之间的传输是双向的，因此采用了两个光电耦合器件6N137，以实现在输入(EEG放大部分)和输出(USB控制芯片)之间的高压隔离。光电耦合器件6N137是一个采用+5V供电的芯片，单片机[5]也是+5V供电，所以是直接和6N137[6]相连，即是单片机[5]的RXD连[6A]的C端，TXD连[6B]的“-”端；而USB[7]是+3V供电，所以需要用到电平转换芯片74HC245[10]，以实现+3V和+5V电平的转换后，然后再连USB7，即是6A的“-”端和电平转换芯片74HC24510的B0端相连，6B的C端和10的A1端相连。
图5给出了电平转换芯片和USB功能芯片连接示意图；图5中[17]是电平转换芯片74HC245；[7]是USB功能设备芯片AN2131；该USB功能设备芯片AN2131[7]的TX0和电平转换芯片74HC245[17]的A0相连，[7]的RXO和[17]的B1相连，目的是将采集的数据经过光电耦合器件6N137[6]传到USB功能设备芯片AN2131[7]的串口，然后再通过USB的通用串行总线将数据传给计算机。
图6给出了DC-DC隔离电源的示意图图6中9是DC-DC隔离电源的模块；R5＝50MΩ；该DC-DC隔离电源9选用的模块F0505AD-2W的Vout接隔离前的+5V电源，Vin接隔离后的+5V电源，OV接输出端的地，GND接输入端的地，这两个地之间接上一个50MΩ的大电阻，将两边的电压隔离开来。因为模拟电路部分是要与人脑头皮直接相连的，而USB口送出的电源是与计算机相连的，如果不将这两边的电压隔离开来，就会有人脑戴上电极有麻酥酥的感觉的情况出现，为保证人体安全，必须将此隔离开来。
权利要求1.一种脑电图采集仪，包括脑电极、导联切换、放大器、模数转换器、单片机、USB口、计算机，其特征在于具有一个全硬件任意导联切换电路，通过USB口接于单片机，该单片机的串口连接于移位寄存器输入端，其输出端连接模拟开关的控制端；和所述单片机发、接送数据端与USB功能设备芯片接、发送数据端之间连接光电耦合器；和所述USB通用串行总线中的电源端口与EEG放大器供电端连接DC-DC隔离电源。
2.按权利要求1所述的脑电图采集仪，其特征在于所述光电耦合器选用6N137，其+5V供电端通过电阻R2，分别接于Vcc、电容C3接地；E端通过电容C1、电阻R1接电源Vcc，其中电容C1一端接地，电源Vcc端通过电容C2接地。
3.按权利要求1所述的脑电图采集仪，其特征在于所述DC-DC隔离电源是选用F0505AD-2W，其Vout接隔离前的+5V电源，Vin接隔离后的+5V电源，OV输出端、GND的输入端接地，并在两接地端之间连接一隔离电阻R5。
4.按权利要求1所述的脑电图采集仪，其特征在于所述USB功能设备芯片是选用AN2131，其电源供电端分别接于USB通用串行总线的电源端口。
专利摘要本实用新型公开了一种脑电图采集仪，包括脑电极、导联切换、放大器、模数转换器、单片机、USB口、计算机，其中它具有一个全硬件任意切换电路，通过USB口接于单片机，该单片机串口连接于移位寄存器输入端，其输出端连接模拟开关控制端；所述单片机发、接送数据端与USB功能设备芯片接、发送数据端之间连接光电耦合器；所述USB通用串行总线中的电源端口与EEG放大器，供电端连接DC－DC隔离电源。具有克服了计算机中的各种干扰的可能性，使病人处于浮地状态，提高了系统的安全性；该全硬件导联切换电路，减小了软件切换带来的失真。
文档编号A61B5/0476GK2865563SQ200520023760
公开日2007年2月7日 申请日期2005年4月1日 优先权日2005年4月1日
发明者胡坤, 雷蕾, 杜艳丽 申请人:秦皇岛市康泰医学系统有限公司