专利名称：Usb接口多道生理信息采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生理信息采集领域，尤其是一种USB接口多道生理信息 采集系统。
背景技术：
目前的生理信息采集系统多只能采集单通道生理信息且采用低速的 串口通讯方式，参数设置功能不全。
发明内容
为了克服己有的生理信息采集系统只能单通道采集、速度慢、功 能不全的不足，本发明提供一种能实现多通道采集、速度快、功能较 为齐全的USB接口多道生理信息采集系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种USB接口多道生理信息采集系统，包括信号发生和输出电路， 用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路，用于低速采 集人体生理信息；电源电路，用于为整个系统提供电源；所述USB接口 多道生理信息采集系统还包括多通道输入和调理电路，用于多通道采集 人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基 于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯， 采集生理信息数据。进一步，所述生理信息采集系统还包括人机界面，用于进行各类测 量参数的设置，并实时在显示屏上显示。
所述的多通道输入和调理电路包括用于接收外部信号的6个15芯
DB-F接头和6个20脚双列JTAG接头，以及用于切换通道的6个MAX306 模拟开关组成多通道信号切换网络。所述的6个15芯DB-F接头和6个 20脚双列JTAG接头按照左右平均分成2组，用户可以选择使用DB-F接 头或者JTAG接头，每个接头只使用16脚，其余4脚空闲，因而总共可 以切换96路通道。系统通过EZ-USBFX2LP单片机或者PIC16C72单片机 控制MAX306模拟开关以切换信号通道。获取的信号输入到A/D转换芯 片AD536或者输入到高速A/D转换芯片ADS803E。
所述的基于USB高速信号采集电路为采用12bit的ADS803E芯片， ADS803E芯片为12位,最大采样频率为5MHZ、并行高速A/D转换器,工 作电压为5v，最大功耗135mw，转换时间从200ns到100us; ADS803E 芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP控制器上传到计算机。
所述的信号发生和输出电路中，用ICL8038产生正弦波信号，并用 3296电位器对正弦波信号的频率和幅度进行调节，正弦波信号连同外部输 入1视频头IN1和外部输入2音频头IN2、内部的DC12V、 GND四个信 号源，由跳线器手动5选1输入到DG401，通过EZ-USBFX2LP单片机控 制2选1向外输出，输出是两个音频头。
所述基于串口信号采集电路中，采用单片机PIC16C72及A/D转换 芯片AD536对信号进行采集，通过RS232控制器MAX232上传到计算机。
所述人机界面包括LCD、 4个按键，4个信号指示器和1个电源指示 器和l个蜂鸣器。可以设置的基本功能有选择要采集的通道，每个采集通道的采集时间。
所述电源电路采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电，仪器 内部经过LT1763CS8转换成+3.3V对数字部分供电，经过IA0512KS模块 转换成土 12V与信号发生和输出电路、多通道输入和调理电路连接。
本发明的技术构思为采集多通道生理信息且使用高速USB2.0通讯 方式，另外液晶屏提供信息更丰富、显示更直观的人机界面，同时可修改 多项参数。
本发明的有益效果主要表现在1、它具有友好的人机交互界面，用户 可以进行测量参数的设置，并实时在LCD液晶屏上显示；2、能产生 正弦信号，接受音频和视频信号，输出音频信号；可切换近100路采 集通道，高速采集信号，通过USB通讯或串口通讯传输到上位机。
图1是本发明的结构原理框图2是本发明的原理图。
图3是信号发生和输出电路原理图4和图5是多通道输入和调理电路原理图6和图7是基于USB高速信号采集电路原理图8是基于串口信号采集电路原理图9是人机界面；
图10是电源电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1 图10， 一种USB接口多道生理信息采集系统，包括信号发生和输出电路l，用于产生剌激人体的正弦激励信号；基于串口信号 采集电路2，用于低速采集人体生理信息；电源电路3，用于为整个多通 道输入和调理电路4，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息 进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路5，用 于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。
所述生理信息采集系统还包括人机界面6，用于进行各类测量参数的 设置，并实时在显示屏上显示。
所述信号发生和输出电路1与人体直接连接，用于产生刺激人体的正 弦激励信号，信号发生和输出电路l、多通道输入和调理电路4、基于串 口信号采集电路2、人机界面6和基于USB高速信号采集电路5均与电源 电路3连接，所述多通道输入和调理电路4连接人体，采集人体生理信息， 所述基于串口信号采集电路2和基于USB高速信号采集电路5分别与多 通道输入和调理电路4连接，所述基于串口信号采集电路2和基于USB 高速信号采集电路5同时与PC机连接，所述人机界面6与基于USB高速 信号采集电路5连接。
如图3所示，它用ICL8038(U13)产生正弦波信号，用10K的3296电 位器(R21)对该正弦信号的频率进行调节，用100K的3296电位器(R26) 对该正弦信号的输出幅度进行调节，后经过高性能放大器OPA134UA进 行放大，得到正弦激励信号。该激励信号连同外部输入视频头IN1 (J8)、 外部输入音频头IN2(J9)、内部的DC12V和GND这四个信号源，由跳线 器(JP11)手动5选1输入到DG401 (U15)。 EZ-USBFX2LP单片机(U9) 控制DG401 (U15) 2选1向外输出音频头OUT—R(J13)和音频头 OUT—L(J12)。如图4、图5所示，系统用6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG 接头，按照左右平均分成2组，接受外部信号。每个DB-F接头或JTAG 接头使用16个引脚，另外两个引脚备用，能够采集16路信号，因而每组 能够采集48路信号，编号为L1-L48和Rl-R48。系统提供了 DB-F接头和 JTAG接头，操作人员可以自由选择使用。通道的采样时间是在10ms 5s 之间，通道切换最短可以达到10ms，另外为了尽量减少信号损耗，系统 选择高精度高性能的模拟开关MAX306。 MAX306是16通道高精度高性 能的模拟开关。系统用6个MAX306模拟开关组成多通道信号切换网络， 可切换左右各48路通道。系统可以设置每个通道的采样时间，继而通过 EZ-USBFX2LP(U9)单片机切换信号通道。如图7显示，通过手动选择跳 线(JPIO),使获取的信号输入到A/D转换芯片AD536(U17)或者输入到高 速A/D转换芯片ADS803E (U18)。
如图6和图7所示，它采用12bit的ADS803E (U18)高速ADC进行 数据采集，并经过EZ-USBFX2LP(U9)控制器上传到计算机。ADS803E芯 片为12位，最大采样频率为5MHZ、并行高速A/D转换器，具有高信噪比、 低失真度、低功耗、输入范围变化灵活和输入溢出报警等优点。工作电压 为5v最大功耗135mw，转换时间从200ns到100us。 ADS803E芯片的性 能基本符合系统对采样精度和采样速度的要求。ADS803E芯片处理过的 数据经过EZ-USBFX2LP(U9)控制器上传到计算机，在计算机端保存成文 件。EZ-USBFX2LP是一款全球最低功耗全集成化外设控制器，包括一个 8051微处理器、 一个串行接口引擎、 一个高速USB2.0收发器、片上RAM 与FIFO以及一个通用可编程接口(GPIF)。它能够处理所有的基本USB功 能，从而使主机系统的微处理器能够集中于专用功能的处理，并确保持续稳定的高性能数据传输速率。EZ-USBFX2LP具有480Mbps的数据速率、 16KB的片上内存以及多达40个可编程I/O等特性，且体积较小，非常适 合于小型化的移动应用。本系统此用EZ-USBFX2LP芯片处理此过程。它 有两个EEPROM，分别是24LC128SN(U10)和24LC04B(U11)，可通过跳线 (JP8)手动选择EEPROM。
如图8所示，它采用PIC16C72(U19)及AD536(U17)对信号进行采集， 通过RS232控制器MAX232EWE(U20)上传到计算机。当跳线JP10手动 选择，采集得到的信号输入基于串口采集电路。
如图9所示，它有LCD和4个按键，方便用户设置仪器参数；另外 有4个信号指示器和1个电源指示器、1个蜂鸣器。在计算机端包含一个 控制和显示软件，用于计算机端的控制和数据保存、显示。4个按键分别 是FUCTION/OK(Sl)、 UP(S2)、 DOWN(S3)和CANCEL(S4)。 FUCTION
为主功能键盘和确定键，可以设置的基本功能有选择要采集的通道，每
个采集通道的采集时间。UP和DOWN用于修改通道数或者采集时间的数 字大小，CANCEL为退出键。四个按键通过一个IC接口8位扩展口芯片 PCF8574T(U12)和EZ-USBFX2LP芯片相连；EZ-USBFX2LP芯片通过液 晶驱动芯片HT1621B控制LCD显示。
如图10所示，它可以采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电， 内部经过LT1763CS8(U8)转换成+3.3V对数字部分供电，经过 IA0512KS(U7)模块转换成土 12V对信号发生和输出电路、多通道输入和 调理电路供电。
权利要求
1、一种USB接口多道生理信息采集系统，包括信号发生和输出电路，用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路，用于低速采集人体生理信息；电源电路，用于为整个系统提供电源；其特征在于所述USB接口多道生理信息采集系统还包括多通道输入和调理电路，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。
2、 如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于-所述生理信息采集系统还包括人机界面，用于进行各类测量参数的设置，并实时在显示屏上显示。
3、 如权利要求1或2所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在 于所述的多通道输入和调理电路包括用于接收外部信号的6个15芯DB-F接 头和6个20脚双列JTAG接头，以及用于切换通道的6个MAX306模拟开关组 成多通道信号切换网络，所述的6个15芯DB-F接头和6个20脚双列JTAG接 头按照左右平均分成2组；设置每个通道的采样时间，继而通过FX2LP单片机 切换信号通道，获取的信号输入A/D转换芯片AD536或者输入到A/D转换芯片 ADS803E。
4、 如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于 所述的基于USB高速信号采集电路采用ADS803E芯片(1Mbps， 12bit)， ADS803E芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP控制器上传到计算机。
5、 如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于 所述的信号发生和输出电路中，用ICL8038产生正弦波信号，并用3296电位器对正弦波信号的频率和幅度进行调节，正弦波信号连同外部输入视频头IN1和 音频头IN2、内部的DC12V、 GND四个信号源，由跳线器手动5选1输入到 DG401 ，通过FX2LP单片机控制2选1向外输出。
6、 如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于 所述基于串口信号采集电路中，采用PIC16C72及ADC536对信号进行采集，通 过RS232控制器上传到计算机。
7、 如权利要求2所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于 所述人机界面包括LCD、 4个按键，4个信号指示器和1个电源指示器和1个蜂 鸣器。
8、 如权利要求1所述的USB接口多道生理信息采集系统，其特征在于 所述电源电路可以采用外接DC+5V或者采用USB总线+5V供电，内部经过 LT1763CS8转换成+3.3V对数字部分供电，经过IA0512KS模块转换成土 12V 与信号发生和输出电路、多通道输入和调理电路连接。
全文摘要
一种USB接口多道生理信息采集系统，包括信号发生和输出电路，用于产生刺激人体的正弦激励信号；基于串口信号采集电路，用于低速采集人体生理信息；电源电路，用于为整个系统提供电源；所述USB接口多道生理信息采集系统还包括多通道输入和调理电路，用于多通道采集人体生理信息，并对人体生理信息进行A/D转换后输出生理信息数据；基于USB高速信号采集电路，用于基于USB2.0和PC机进行高速数据通讯，采集生理信息数据。本发明提供一种能实现多通道采集、速度快、功能较为齐全的USB接口多道生理信息采集系统。
文档编号A61B19/00GK101422357SQ20081006257
公开日2009年5月6日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者刘晓晖, 涛 张, 江 李, 陈正亮 申请人:浙江大学