专利名称：基于usb接口的人体平衡功能测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于康复医学工程领域，是一种应用于因中风、脑外伤和脊髓损伤等引起 的具有平衡功能障碍患者的平衡测试装置，本实用新型尤其涉及一种基于USB接口的人体
平衡功能测试装置。
二背景技术：
平衡是人体运动机能的中心。人体对平衡功能的维持是一个综合的神经肌肉过程，是 需要借助视觉系统、听觉前庭系统和本体感觉系统的协同作用来完成的。平衡功能测试在 物理治疗、神经学、运动医学和康复医学等领域上有广泛的应用，对平衡功能进行检测能 够帮助医生对平衡功能异常者进行诊断和训练。另外，平衡功能对射击、射箭、体操等体 育项目的成绩有着重要作用。
用平衡测试仪来检查人的重心摆动情况,是近年来发展较快的一种定量评定平衡能力 的方法，它有着客观、精确的特点，为研究平衡功能提供了一个新的手段，它可以检査中 枢神经系统的功能,可以进行眩晕、平衡功能障碍疾病的诊断,治疗、训练效果的判断及观 察病情的变化经过。并且随着计算机和控制技术的发展，平衡仪的功能日益强大，可以实 现平衡训练，甚至制定训练计划。
平衡测试与训练系统主要由测力台、数据采集系统、计算机与平衡分析软件组成。在
平衡仪的数据采集系统的设计和开发中，目前常用的是通过ISA或是PCI等内置式接口实 现PC机与外围设备间的通信。现有的数据采集卡一般都通过系统总线也就是I/O通道总 线或微型计算机总线和上位机PC系统插槽上的各扩充板卡相连，内置在PC机内。虽然他 们的传输速度比较快，但由于PC接口资源有限且需要对接口卡的硬件资源进行合理的配 置，以避免资源冲突。常会出现一块或多块插卡因无法合理配置而不能正常工作，严重时 可导致系统崩渍，另外，内置式插卡容易受到PC机箱内高频信号的干扰影响，从而降低 系统的采集精度和稳定性，同时像笔记本电脑之类的小体积PC机很难用接口插卡进行扩 展。
三、 发明内容
本实用新型的目的针对现有技术存在的不足，提供一种能够利用USB接口进行数据传输的基于USB接口的人体平衡功能测试装置。 本实用新型采用如下技术方案
一种基于USB接口的人体平衡功能测试装置，包括1 4路力传感器、信号调理电
路、基于USB的数据采集电路及平衡测试主机，1 4路力传感器的输出信号分别由各自的 调理电路处理，在信号调理电路的输出端连接有基于USB的数据采集电路，经信号调理电 路处理的1 4路力传感器的输出信号分别输出至基于USB的数据采集电路的输入端，基 于USB的数据采集电路的输出端与平衡测试主机的输入端连接。
本实用新型可以采用一个测力台， 一块数据采集电路板， 一根USB线， 一台计算机 和一个常用的人体平衡分析软件包。其原理为在测力台踏板下方对称安装了4个力传感 器，当人站在踏板上时，4个力传感器会输出相应的电压信号，这些信号经过数据采集电 路板后，通过USB线传输给主机，主机根据力矩平衡原理，计算出每一时刻人体重心在水 平面上投影点的坐标，从而在界面上绘制出睁眼和闭眼两种状态下的重心移动轨迹，并通 过计算有关重心轨迹的参数来定量地反映人体平衡能力。
本系统的数据采集电路包含信号调理放大电路，模拟多路开关，A/D转换器，单片机 和USB控制器。信号调理放大电路将力传感器输出的差分电压信号进行放大，放大后的模 拟信号由模拟多路开关进行选择，再经过A/D转换变成数字信号，其间由单片机进行控制， 最后通过USB接口将数据传输给主机。
采用上述方案的有益效果利用USB接口实现上下位的通讯，解决了外围设备与PC 机接口所存在的兼容性差，干扰强，配置繁琐的技术问题，同时USB具有即插即用、连接 方便，使设备更具有通用性，设备应用软件升级更加方便。
上述平衡仪具有电路结构简单，数据采集接口安装方便，成本低廉以及运行安全可靠 等特点。
四
图1系统整体框图，图1中，1.力传感器，2.信号调理电路，3.基于USB的数据采 集电路，4.平衡测试主机。
图2数据采集电路图，图2中，21.接线柱，22. AD62仪用放大器3， 23. TL082放 大器，24. LM324放大器，35. C8051F320集成芯片，36.USB-B型接头，7.第二路电压放 大信号8.第三路电压放大信号9.第四路电压放大信号。五具体实施方式
一种基于USB接口的人体平衡功能测试装置，包括1 4路力传感器1、信号调 理电路2、基于USB的数据采集电路3及平衡测试主机4， 1 4路力传感器1的输出信号 分别由各自的调理电路处理，其特征在于在信号调理电路2的输出端连接有基于USB的数 据采集电路3，经信号调理电路2处理的1 4路力传感器1的输出信号分别输出至基于 USB的数据采集电路3的输入端，基于USB的数据采集电路3的输出端与平衡测试主机4 的输入端连接。基于USB的数据采集电路3的采用C8051F320集成芯片。采用4路力传感 器1且其输出信号分别由4个信号调理电路2处理。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
本实施例选用CSF-C型轮辐式力传感器，每路传感器信号都有各自的信号调理单元，
信号调理单元采用两级放大电路，用AD623仪用放大器22作为第一级放大电路，用LM324
放大器24进行二级放大。如图2所示将第一路力传感器输出的电压差分信号经过接线
柱接到AD623仪用放大器22的2、 3引脚上，作为AD623仪用放大器22的输入信号；AD623
仪用放大器22的输出信号经过LM324放大器24进行二次放大，放大后的信号接入到
C8051F320集成芯片35的第20引脚上；其中TL082放大器23为电压跟随器，它的输出作
为二级放大的参考电压。同理，将第二路，第三路，第四路力传感器的电压输出信号经过
各自的二级放大电路，分别接到C8051F320集成芯片35的第21， 22， 23引脚上。C8051F320
集成芯片35，它集成了一个17路模拟多路开关， 一个10位的ADC， 8051微处理器及USB
控制器等。C8051F320芯片将四路模拟信号转换为数字信号并釆集，再通过C8051F320内
部的USB控制器，将数据通过USB线传输给主机。
权利要求1.一种基于USB接口的人体平衡功能测试装置，包括1～4路力传感器(1)、信号调理电路(2)、基于USB的数据采集电路(3)及平衡测试主机(4)，1～4路力传感器(1)的输出信号分别由各自的调理电路处理，其特征在于在信号调理电路(2)的输出端连接有基于USB的数据采集电路(3)，经信号调理电路(2)处理的1～4路力传感器(1)的输出信号分别输出至基于USB的数据采集电路(3)的输入端，基于USB的数据采集电路(3)的输出端与平衡测试主机(4)的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的基于USB接口的人体平衡功能测试装置，其特征在于基于 USB的数据采集电路(3)的釆用C8051F320集成芯片。
3. 根据权利要求1或2所述的基于USB接口的人体平衡功能测试装置，其特征在于 采用4路力传感器(1)且其输出信号分别由4个信号调理电路(2)处理。
专利摘要本实用新型公开了一种基于USB接口的人体平衡功能测试装置，包括1～4路力传感器、信号调理电路、基于USB的数据采集电路及平衡测试主机，1～4路力传感器的输出信号分别由各自的调理电路处理，在信号调理电路的输出端连接有基于USB的数据采集电路，经信号调理电路处理的1～4路力传感器的输出信号分别输出至基于USB的数据采集电路的输入端，基于USB的数据采集电路的输出端与平衡测试主机的输入端连接。采用上述方案的有益效果利用USB接口实现上下位的通讯，解决了外围设备与PC机接口所存在的兼容性差，干扰强，配置繁琐的技术问题，同时USB具有即插即用、连接方便，使设备更具有通用性，设备应用软件升级更加方便。
文档编号A61B5/00GK201139572SQ20072013183
公开日2008年10月29日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者宋爱国, 妮 康, 韦雪文 申请人:东南大学