专利名称：一种usb接口多道生理信息采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型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
为了克服已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，本实用新型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。
本实用新型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；基于串口信号釆集电路，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 述一种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；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；基于USB高速信号 采集电路与多通道输入和调理电路、人机界面相接，基于串口信号采 集电路与多通道输入和调理电路相接。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-(JSBFX2LP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-USBFX1P 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。
本实用新型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。
本实用新型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是本实用新型的结构原理框图2是本实用新型的原理图。
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
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
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1，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fe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 0PA134UA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，它用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LI-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。ADS80犯 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
8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 2礼C128SN(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MAX232E呢(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FUCTI0N/0K(S1)、 UP(S2)、 DO丽(S3)和CANCEL(S4)。 FUCTI0N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；其特征在于所述一种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；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；基于USB高速信号采集电路与多通道输入和调理电路、人机界面相接，基于串口信号采集电路与多通道输入和调理电路相接。
2、 如权利要求1所述的一种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。
3、 如权利要求1所述的一种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1Mbps、 12bit的 ADS803E芯片，ADS803E芯片处理过的数据经过EZ-USBFX2LP控制器上传到计算机。
4、 如权利要求1所述的一种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l向外输出。
5、 如权利要求1所述的一种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。
6、 如权利要求2所述的一种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l个蜂鸣器。
7、 如权利要求1所述的一种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。
专利摘要一种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；所述一种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；基于USB高速信号采集电路与多通道输入和调理电路、人机界面相接，基于串口信号采集电路与多通道输入和调理电路相接。本实用新型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A61B5/00GK201290763SQ20082012059
公开日2009年8月19日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者刘晓晖, 江 李, 陈正亮 申请人:浙江大学