用于远程医疗系统前端的多通道信息采集器的制作方法

文档序号:6413568阅读:311来源:国知局
专利名称:用于远程医疗系统前端的多通道信息采集器的制作方法
技术领域
本实用新型属于计算机技术领域,特别涉及PC机通过互联网实现远程医疗的信息采集技术。
远程医疗系统前端是实施远程医疗系统的重要组成部分之一。由于通讯技术的迅猛发展,目前多数前端都基于特定的通讯终端设计,如电话,ISDN终端和专用的计算机网络。这些前端都需要专用的通讯媒体来实现远程医疗应用,其通用特性较差。前端的数据采集也是现有前端需要解决的一个问题。目前大多数前端均采用现有的一些工业用途的A/D卡,对于医疗信号多通道同时采样和不同输入类型信号采样的实际需求很难实施。如基于ADC0809设计的接口卡很难实施多通道同时采样且A/D转换的过程需由PC控制,因此占用CPU大量的时间。
本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处,设计出一种用于远程医疗系统前端的信息采用器,由一块插入PC机上的以单片机芯片为核心的接口卡实现远程数据采集和通讯。
一种用于远程医疗系统前端的多通道信息采集器,其特征在于,包括相互连接的PC机并口扩展电路,单片机单元电路和A/D转换电路三部分,所说的PC机并口扩展电路包括实现PC机与所说的单片机单元双向通讯的I/O接口芯片,用于选择所说的I/O接口芯片地址的数据比较器,所说的单片机单元电路包括实现精确的定时采样和与PC机数据通讯的单片机控制芯片和与之相连的数据锁存器,数据存储器、译码器以及固化在所说存储器中的控制程序,所说的A/D转换电路包括A/D转换芯片和与之相连的译码器晶体振荡器,所说的三部分电路均安装在一可插入PC机ISA总线的接口卡上。
本实用新型的工作原理描述如下远程医疗系统前端由一台与互联网(Internet)相连的普通个人计算机(PC机)组成。其结构如附

图1所示。包括一台PC机和与之相连的一些输入设备(如键盘、鼠标)、输出设备(如显示、打印等)、通讯接口(电话、网络)和其他设备(如磁盘驱动器等)。通过通讯接口经电话或局域网PC可实现到中心站的连接。本实用新型的接口卡作为PC机的一个扩展接口插入PC的ISA插槽,PC机通过该借口卡实现与医疗检测设备(心电图ECG、脑电图EEG、血压等)的连接。由基于视窗95(Windows95)的专用程序实现数据采集和通讯。
PC机的应用程序管理用户界面、通讯、数据处理和控制接口卡单片机系统进行数据采集。由于其任务较多,在程序结构中采用事件发生的消息触发应用程序模块以实现各项功能,其程序结构如附图2所示。虚线框中的项目为用户操作对话框中的按钮、选择项和输入框,当某一项目被激活时,与之相关的程序模块即被执行。当激活采样(Sample)选项时,程序将启动模数转换(A/D)和定时器(Timer),并更改状态显示;激活登录(Login)按钮时,程序检查是否使用电话入网,如果是则拨号入网,再连接到中心站,如果不是则直接连接到中心站,最后更改状态显示;当激活退出(Logout)按钮时,程序断开网络连接并更改状态显示;当发送文字功能激活时,程序通过通讯类(CSocket)将数据发送到中心站。
当定时器(Timer)启动时,每到设定的时间将调用数据采集程序。该程序将从单片机读入数据并送图形视(CView)显示,然后检查是否发送标志,如果需要发送则通过通讯类(CSocket)将数据发送到中心站。由于开发环境Visual C++所提供的定时精度为1ms(毫秒),将该定时器用于精确定时不能满足需要。但在该系统中由于精确定时由采集卡中的单片机提供,其定时精度小于10us(微秒),且在卡中有一个多达32KB(千字节)的缓冲器,在PC机没有取走数据前可将数据暂存起来。因此PC程序有足够的时间显示数据和传输数据。
如果中心站通过通讯类(CSocket)发送来信息,程序将该信息显示到视图CEditView。
本实用新型的主要特点在于采用ATMEL的89C51单片机作为采集卡的控制芯片,通过该芯片实现精确的定时采样和与PC机的数据通讯,其结构如图3所示。该接口卡由单片机89C51、数据存储器62256芯片、A/D转换芯片MAXIM的MAX155,接口芯片8255以及外围电路组成。89C51为可编程单片机,将控制程序固化到该芯片中以实现对A/D芯片的控制和与PC机的通讯。MAX155是一个具有8个可编程且可同时采样的A/D转换器。62256为32KB静态随机存储器(RAM)芯片。
单片机的程序流程如图4所示由8255芯片控制单片机复位以启动单片机,其程序流程图如附图4所示。程序分为主程序和中断服务程序2个部分。在单片机系统启动后,89C51执行其主程序,首先进行复位初始化,然后读入PC的命令字节,检查是否为循环采集数据,如果不是则采集指定通道数据并返回结果,再返回到读入PC的命令字节;如果是循环采集数据则读入采集数据操作相关的参数并启动中断计时器,当定时器时间到时即启动中断服务程序,主程序则为PC机提供通讯服务,当PC机请求读数时返回采集到的数据。
在定时器打开后,每当计时时间到中断服务程序被调用。中断程序首先保护寄存器内容,然后采集指定通道数据,在完成采样后恢复寄存器内容,并从中断返回。由于中断程序在执行时首先保护了现场,并在返回时又恢复了现场,因此它不会破坏主程序运行。
由于单片机采样和PC读数是异步进行的,数据缓冲区需要实现先进先出的功能。为此设定2个计数器指针,其一为A/D存入计数器,用于指定下一个采集数据将要存放的地址;其二为PC读取计数器,用于指定下一个将要读取数据的地址。89C51主程序管理与PC的通讯,由定时中断服务程序实施A/D数据采集工作。中断服务程序在定时器触发下不断采集数据,将数据存入A/D存入计数器指定的地址,并将该计数器加1。主程序响应PC的读数请求,先检查PC读取计数器的值是否与A/D存入计数器的值相同。如果相同表明数据缓冲区空,此时要求PC等待数据;如果不同表示缓冲区中有数据,89C51将PC读取计数器指定地址的数据发送给PC,同时将该计数器加1。两个计数器在超出缓冲区地址空间时将被清0。由此可见,中断程序顺序地存入数据,主程序顺序读出数据,其结果即为先进先出的操作模式。但该操作方式在PC不能及时读出数据时,89C51的中断服务程序会覆盖未读走的数据。为避免该情况的发生,PC的读数延时应小于缓冲区能存放数据的时间段ΔtΔt=32768/(通道数×采样频率)采用PC作为前端的计算机具有普遍适用的特点,高性能的PC不仅在医疗诊所得到广泛应用,而且在很多家庭使用。通过Internet实现通讯连接则可以使用多种通讯媒体,如电话,局域网等。本实用新型具有很好的适应特性和易于实现的优点。同时由于在数据采集接口卡上采用单片微机进行管理,节省了主机PC的数据采集时间,从而使得主机有更多的时间处理各种数据。在程序中使用事件触发的方式启动各个程序模块,避免了由于循环检测状态而浪费CPU的时间,因而PC对数据的处理能力有较大提高。
附图简要说明图1为远程医疗系统前端的结构示意图。
图2为PC机程序结构示意图。
图3为本实用新型结构示意图。
图4为本实用新型单片机控制程序框图。
图5为本实用新型的实施例电路结构图。
本实用新型设计的一种远程医疗系统前端的多通道信息采集器实施例,由安装在一接口卡的PC并口扩展电路,单片机系统电路以及A/D电路三部分构成,其电路如图5所示。PC并口扩展电路包括芯片U1,U2以及外围电路;单片机系统电路包括芯片U3,U4,U5,U6,U7,U10以及12MHz晶体X1;A/D电路包括芯片U7,U8和4MHz晶体振荡器X2。
接口卡通过U1和U2接入PC机的ISA总线。U1(8255)的A口工作在双向模式,用于实现PC和89C51系统的双向通讯;B口工作在输出模式,其中PB7连接到89C51的复位控制线RESET,用于强迫89C51复位;C口用于PC和89C51的通讯联络信号。U2(74LS688)为数据比较器,用于选择U1的I/O地址。由上拉电阻排RP1以及8位开关SW1选择U2芯片Q端的数值,当AEN为低电平且P端的值与Q端的值相等时,P=Q输出有效(为低),U1被选通。因此SW1的8位开关的通断实现了U2芯片的地址选通功能。
U3是单片机系统的核心芯片89C51,该芯片和它的外围芯片组成本接口卡的单片机系统。其中U4(74LS373)用于锁定89C51的P0口数据地址分时复用的低8位地址A0~A7。U5(62256)为32KB的静态RAM,用于缓存由A/D采集的数据。U6:A和U7:A用于地址译码,其译码输出为Y0=8000H~9FFFH,Y1=A000H~BFFFH,Y2=C000H~DFFFH。Y0用于选通8255的A口,Y1和Y2用于选通2片A/D芯片。U10:A和U10:B为逻辑或门74HC32,在Y0和读信号RD、写信号WR有效时,分别选通8255的联络线PC6和PC4,以实现通过8255的A口与PC机的通讯。
A/D电路由芯片U7,U8和4MHz晶体振荡器X2构成。X2产生一个4MHz的时钟供A/D进行模拟量到数字量的转换。A/D芯片转换的操作控制以及数据读取均由89C51的程序通过Y1和Y2的片选对芯片进行读写操作予以实现。A/D的参考电压可通过跳线开关选择芯片自己的参考电压输出和外部可调整参考电压的输出。可调整参考电压的输出由多圈可变电位器R1以及运放U12(LM358)实现。
本实施例可插入PC机ISA总线,占用一个ISA插槽,使用4个I/O地址。接口卡通过一个25芯插座连接外部的医疗设备。
所设计的采集卡具有如下的技术指标A/D转换通道8通道,8bits,同时采样采样速率 250kHz(一通道采样时)工作方式 由单片机控制采样通讯连接 通过ISA与PC连接
权利要求1.一种用于远程医疗系统前端的多通道信息采集器,其特征在于,包括相互连接的PC机并口扩展电路,单片机单元电路和A/D转换电路三部分,所说的PC机并口扩展电路包括实现PC机与所说的单片机单元双向通讯的I/O接口芯片,用于选择所说的I/O接口芯片地址的数据比较器,所说的单片机单元电路包括实现精确的定时采样和与PC机数据通讯的单片机控制芯片和与之相连的数据锁存器,数据存储器、译码器以及固化在所说存储器中的控制程序,所说的A/D转换电路包括A/D转换芯片和与之相连的译码器晶体振荡器,所说的三部分电路均安装在一可插入PC机ISA总线的接口卡上。
2. 如权利要求1所述的信息采集口,其特征在于,所说的单片机控制芯片采用ATMEL的89C51型芯片,所说的A/D转换芯片采用MAX155芯片。
专利摘要本实用新型PC机通过互联网实现远程医疗的信息采集技术。包括相互连接的PC机并口扩展电路,单片机单元电路和A/D转换电路三部分,所说的三部分电路均安装在一可插入PC机ISA总线的接口卡上。本实用新型具有很好的适应特性和易于实现的优点,同时由于在数据采集接口卡上采用单片微机进行管理,节省了主机PC的数据采集时间,因而PC对数据的处理能力有较大提高。
文档编号G06F17/40GK2315594SQ9724896
公开日1999年4月21日 申请日期1997年12月5日 优先权日1997年12月5日
发明者白净, 胡秉谊, 张永红 申请人:清华大学
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