专利名称：一种生理弱电信号采集处理系统和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生理信号采集处理技术领域，尤其是涉及一种心电信号等生理弱电信号采集处理系统和装置。
背景技术：
在各领域，存在很多数据信号需要被实时采集并监测的情况，若采用人工采集与监测，则耗时费力，效率低下；若为每一个信号源配置一套采集监测系统，势必造成资源的浪费和不必要的成本投入。在医疗领域，对于许多病患者而言，其生理参数能够有效地反映其病情状态以及治疗康复情况，因此，反映病患者生理参数的生理弱电信号的采集处理，对其康复与治疗十分重要。例如心脑血管疾病患者，临床医生可以通过查看病患者生理参数记录的心电信号来评价估计病患者的健康状态，康复情况。具体地，心电信号作为心脑血管病患者最重要的生理参数之一，对临床医生能够估计疾病的严重性，及时掌握病患者的生理特征，并针对病患者的具体病情来设计治疗方案方法，甚至挽救病患者的生命具有非常重要的作用。现有的生理弱电信号(如心电信号)采集处理技术大部分存在价格昂贵、功耗高、 体积大，精度低等缺点，无法满足人体传感网和动物生理参数监测网等无人监测、移动监测和远程监测的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种生理弱电信号采集处理系统和装置，其体积小、功耗低、成本低能够安全、准确、稳定地采集处理生理弱电信号。为实现本发明的目的，本发明提供了一种生理弱电信号采集处理系统，包括至少一个采集处理装置，以及与所述采集处理装置连接的一信号协调器；所述采集处理装置，用于从生物体上采集得到模拟生理弱电信号，进行多级放大， 以及通过多级滤波处理后得到模拟生理信号，然后将所述模拟生理信号转化为数字生理信号，传输给信号协调器；所述信号协调器，用于接收数字生理信号，并对所述数字生理信号进行处理后，控制将所述数字生理信号编码为数字生理通信信号，发送到无线通信网络中。较优地，所述的生理弱电信号采集处理系统，还包括至少一远端接收装置，用于接收信号协调器通过无线通信网络发送出来的数字生理通信信号，解析数字生理通信信号得到生物体的生理弱电信号并处理。 较优地，所述采集处理装置，包括至少一信号采集传感器，至少一放大单元，至少一滤波电路单兀，以及一模数转换器和一传输模块；其中，所述信号采集传感器，设置在生物体相应位置，用于在生物体进行生理活动时，从生物体上采集模拟生理弱电信号；
所述放大单元，用于将所述模拟生理弱电信号进行多级放大，得到模拟生理信号； 包括相互串联连接的一仪表放大子单元和至少一个二级放大子单元，对采集来的生理弱电信号进行放大；所述滤波电路单元，用于将所述放大单元放大后的所述模拟生理信号进行高通滤波和低通滤波，然后进行陷波处理；包括相互串联的高通滤波器、低通滤波器、低频和高频陷波器，且高通滤波器另一端串联到所述二级放大器，接收放大后的模拟生理信号进行滤波，低频或高频陷波器另一端串联到模数转换器，将滤波后的模拟生理信号输出到模数转换器；所述模数转换器，用于将经过放大、滤波后的模块生理信号转换为数字信号，得到数字生理信号；所述传输模块，用于将所述模数转换器转换得到的数字生理信号传输给所述信号协调器；所述传输模块为Zigbee无线传输模块。较优地，所述采集处理装置，具有多个相互并联的由所述放大仪表子单元、二级放大子单元、高通滤波器、低通滤波器、高频陷波器、低频陷波器组成的放大滤波通道，每一放大滤波通道中的放大仪表子单元分别与所述信号采集传感器连接，接收采集的生理弱电信号；每一放大滤波通道中的高频或者低频陷波器与模数转换器连接；所述每个通道分别单独连接到一个信号采集传感器，独立采集到心理弱电信号， 经过仪表放大子单元、二级放大子单元、O. 05Hz高通滤波器、150Hz低通滤波器、35Hz陷波器和50Hz陷波器信号处理电路，输出到模数转换器，然后通过传输模块进行控制编码后传输出去。较优地，所述采集处理装置还包括一双路多选一模拟开关；所述双路多选一模拟开关包括多个输入端，一输出端和一控制驱动端，所述多个输入端分别连接到多个信号采集传感器，输出端连接到放大单元，控制驱动端连接到驱动输入控制器，并控制双路多选一模拟开关在米集的任一时刻，只开启连通多个输入端中的一个输入端，采集其中一个信号采集传感器中的生理弱电信号并传输到由一所述放大单元和滤波电路单元组成的滤波通道进行放大滤波处理；所述模数转换器、传输模块集成在一单片机中，并且所述单片机连接到所述双路多选一模拟开关控制驱动端，控制所述双路多选一模拟开关中各路多选一开关的开启与关闭；所述单片机为采用SOC级Zigbee单片机 CC2530实现，其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网；所述采集处理装置还包括一并联在多个信号采集传感器/保护电路单元和双路多选一模拟开关/放大单元之间的导联脱落检测及报警电路单元，用于在信号采集传感器由于没有安装好或者脱落从而使没有采集到生理弱电信号时，发出报警信号；所述导联脱落检测及报警电路单元，其启动端连接到Zigbee单片机CC2530，由Zigbee单片机CC2530 单片机控制其开启或者关闭。较优地，所述信号协调器，包括至少一接收模块，一无线通信传输模块，以及一控制协调模块和串口通讯模块，其中所述接收模块，用于通过有线/无线接口，接收从所述采集处理装置发送来的数字生理信号；所述接收模块是采用SOC级Zigbee单片机CC2530实现；其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块，并将所述控制协调模块集成到其中； 采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网；所述无线通信传输模块，用于将接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号，通过无线通信网络发送出去；所述无线通信传输模块是TC35IGSM模块；所述Zigbee单片机CC2530和采集处理装置/TC 35IGSM模块还分别包括一加解密压缩模块，用于对在 Zigbee单片机CC2530和采集处理装置/TC 35IGSM模块之间传输的数字生理信号利用加解密算法和压缩算法进行加解密压缩处理；所述控制协调模块，用于控制接收模块接收到的数字生理信号通过串口通讯模块发送给无线通信传输模块，并控制将无线通信传输模块接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号；所述串口通讯模块，用于在控制协调模块的控制下，将接收模块接收到的数字生理信号传输到无线通信传输模块。为实现本发明的目的还提供一种生理弱电信号采集处理装置，包括至少一信号采集传感器，至少一放大单元，至少一滤波电路单元，以及一模数转换器和一传输模块；其中，所述信号采集传感器，设置在生物体相应位置，用于在生物体进行生理活动时，从生物体上采集模拟生理弱电信号；所述放大单元，用于将所述模拟生理弱电信号进行多级放大，得到模拟生理信号； 包括相互串联连接的一仪表放大子单元和至少一个二级放大子单元，对采集来的生理弱电信号进行放大；所述滤波电路单元，用于将所述放大单元放大后的所述模拟生理信号进行高通滤波和低通滤波，然后进行陷波处理；包括相互串联的高通滤波器、低通滤波器、低频和高频陷波器，且高通滤波器另一端串联到所述二级放大器，接收放大后的模拟生理信号进行滤波，低频或高频陷波器另一端串联到模数转换器，将滤波后的模拟生理信号输出到模数转换器；所述模数转换器，用于将经过放大、滤波后的模块生理信号转换为数字信号，得到数字生理信号；所述传输模块，用于将所述模数转换器转换得到的数字生理信号传输出去；所述传输模块为Zigbee无线传输模块。较佳地，所述采集处理装置具有多个相互并联的由所述放大仪表子单元、二级放大子单元、高通滤波器、低通滤波器、高频陷波器、低频陷波器组成的放大滤波通道，每一放大滤波通道中的放大仪表子单元分别与所述信号采集传感器连接，接收采集的生理弱电信号；每一放大滤波通道中的高频或者低频陷波器与模数转换器连接。较佳地，所述每个通道分别单独连接到一个信号采集传感器，独立采集到心理弱电信号，经过仪表放大子单元、二级放大子单元、O. 05Hz高通滤波器、150Hz低通滤波器、 35Hz陷波器和50Hz陷波器等信号处理电路，输出到模数转换器，然后通过传输模块进行控制编码后传输出去。较佳地，所述的采集处理装置还包括一双路多选一模拟开关；所述双路多选一模拟开关包括多个输入端，一输出端和一控制驱动端，所述多个输入端分别连接到多个信号采集传感器，输出端连接到放大单元，控制驱动端连接到驱动输入控制器，并控制双路多选一模拟开关在米集的任一时刻，只开启连通多个输入端中的一个输入端，采集其中一个信号采集传感器中的生理弱电信号并传输到由一所述放大单元和滤波电路单元组成的滤波通道进行放大滤波处理；所述模数转换器、传输模块集成在一单片机中，并且所述单片机连接到所述双路多选一模拟开关的控制驱动端，控制所述双路多选一模拟开关中各路多选一开关的开启与关闭；所述单片机为采用SOC级Zigbee单片机 CC2530实现，其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网。本发明的有益效果本发明的生理弱电信号采集处理系统和装置，其体积小、功耗低、成本低能够安全、准确、稳定地采集处理生理弱电信号。进一步地，其通过模拟开关进行通道导联切换，将一或多通道生理弱电信号减少至单通道，大大降低了电路的尺寸、成本和功耗。同时，本发明采用小体积、微功耗的S0C(System on a Chip,系统级芯片)射频单片机作为数据采集和发射单元，进行低功耗设计，使整个无线生理弱电信号监测采集节点的尺寸、成本、功耗进一步减小；更进一步地，本发明通过采用紫蜂(Zigbee)无线网技术，将生理弱电信号监测采集单元作为紫蜂(Zigbee)网络的节点，使之满足人体传感网、动物实验监测等无人监测、移动监测和远程监测的应用需要。并且，进一步地，其通过无线通信网络，将生理弱电信号数据发送到远端接收装置终端，供远程检测，控制和医疗使用。
图I为本发明实施例生理弱电信号采集处理系统结构示意图；图2为本发明实施例采集处理装置结构示意图；图3为本发明实施例带有双路多选一模拟开关的采集处理装置结构示意图；图4为本发明实施例双路多选一模拟开关电路结构的示意图；图5为本发明实施例的紫蜂(Zigbee)无线传输单片机结构示意图；图6为本发明实施例生理弱电信号采集处理系统测试中一通道接收到的波形数据示意图。
具体实施例方式为了使本发明生理弱电信号采集处理系统和装置的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明生理弱电信号采集处理系统和装置进行进一步详细说明。本发明实施例中，以心电信号为例，对本发明的生理弱电信号采集处理系统和装置进行详细描述，即在本发明实施例中，所述生理弱电信号为心电信号，但应当说明的是， 本发明所述的生理弱电信号，包括但不限于心电信号，亦包括其他人体的生理弱电信号，如脑电波信号、皮肤触觉信号等。本发明实施例中只是以心电信号为例对本发明进行描述，以便使本领域技术人员充分理解本发明，而不是对本发明保护范围的限制，本发明保护范围以权利要求中限定的范围为准。作为一种可实施方式，如图I所示，为本发明实施生理弱电信号采集处理系统结构示意图。其中，本发明实施例的生理弱电信号采集处理系统包括至少一个采集处理装置 100，以及与所述采集处理装置100连接的一信号协调器200。5/12 页所述采集处理装置100，用于从生物体上采集得到模拟生理弱电信号，进行多级放大，以及通过多级滤波处理(包括高通和低通滤波、陷波处理等)得到模拟生理信号，然后将所述模拟生理信号转化为数字生理信号，传输给信号协调器200 ；所述信号协调器200，用于接收数字生理信号，并对所述数字生理信号进行处理后，控制将所述数字生理信号编码为数字生理通信信号，发送到无线通信网络中。较佳地，作为一种可实施方式，所述采集处理装置100与所述信号协调器200之间，既可以无线连接，也可以有线连接。更佳地，作为一种可实施方式，所述采集处理装置100与所述信号协调器200之间无线连接，是通过紫峰(Zigbee)无线网络连接的。较佳地，本发明实施例的生理弱电信号采集处理系统，还包括至少一远端接收装置300，用于接收信号协调器200通过无线通信网络发送出来的数字生理通信信号，解析数字生理通信信号得到生物体的生理弱电信号并处理。作为一种可实施方式，所述无线通信网络可以是GSM、CDMA等2G无线通信网络，也可以是TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等3G无线通信网络，更可以是TD-LTE等LTE无线通信网络。所述远端接收装置300，可以是各种具有接收无线通信网络信号的装置，如计算机、PAD、手机、掌上终端等。本发明实施例中，远端接收装置300解析数字生理通信信号得到生物体的生理弱电信号并处理，是一种现有技术，因此，在本发明实施例中，不再详细描述。下面以心电信号为例，对本发明实施例的采集处理装置100进行详细描述。作为一种可实施方式，本发明实施例中，如图2所示，所述采集处理装置100，包括至少一信号采集传感器110，至少一放大单元120，至少一滤波电路单元130，以及一模数转换器141, 一传输模块142。其中，所述信号采集传感器110，设置在生物体相应位置(如人体心脏位置)，用于在生物体进行生理活动时，从生物体上采集模拟生理弱电信号；信号采集传感器110采集到的是一种模拟信号，其反映生物体的生理活动状况， 本发明中，将此种采集到的模拟信号称为模拟生理弱电信号。作为一种可实施方式，所述信号米集传感器110可以是SOC心电模拟传感器 ADS194，其集成可附着在生物体表面，如人体表面(如手腕处)的4个电极采样到微弱的生理电信号，分别为RA、LA、LL、RL ；作为另一种可实施方式，所述信号米集传感器110可以是SOC心电模拟传感器 ADS1296或者ADS1298，相应内部集成了 6个或者8个通道的微弱生理弱电信号采集电极。所述放大单元120，用于将所述模拟生理弱电信号进行多级放大，得到模拟生理信号，使其能够被识别和处理。所述滤波电路单元130，用于将所述放大单元120放大后的所述模拟生理信号进行高通滤波和低通滤波，然后进行陷波处理，去除采集到的所述模拟生理信号中的干扰信号。所述模数转换器141，用于将经过放大、滤波后的模块生理信号转换为数字信号， 得到数字生理信号。
所述传输模块142，用于将所述模数转换器转换得到的数字生理信号传输给信号协调器200。较佳地，所述放大单元120，包括相互串联连接的一仪表放大子单元121和至少一个二级放大子单元122。作为一种可实施方式，所述仪表放大子单元121为高增益、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、动态范围大且性能稳定的超精密仪表放大器，其可以是0PA128;作为一种可实施方式，所述二级放大子单元122为高增益的精密放大器，其可以是 0PA2335。心电信号属于低频生物医学的一种模拟生理弱电信号，通过信号采集传感器从生物体(如人体)的皮肤利用电极采集自生物体表面，其信号频率低(O. 05 100Hz)，信号源阻抗大(约1000ΚΩ)，信号非常微弱(O. I ImV)，加上各种干扰和噪声的影响，给心电信号的检测带来很大的困难。而且，心电信号的各种干扰之间的频谱相互重叠，有些干扰还与心电信号本身的基频相重合，特别是50Hz及其倍频附近的工频干扰、IHz以下的基线漂移干扰以及35Hz肌电干扰噪声是非常重要的干扰源，在心电信号处理中应当消除或抑制，以提高心电信号的信噪比。本发明实施例的采集处理装置100，根据心电信号的特点，以高增益、高输入阻抗、 高共模抑制比、低噪声、低漂移、动态范围大且性能稳定的超精密仪表放大器如0PA128作为仪表放大子单元121对采集来的进行放大，保证精准地放大采集到的心电信号。然后，以高增益的至少一个精密放大器如0PA2335作为至少一个二级放大子单元122对心电信号进行二级放大。通过仪表放大和二级放大分别放大，从而既可以保证准确放大采集到的心电信号，又可以节约成本。较佳地，作为一种可实施方式，所述滤波电路单元130，包括相互串联的高通滤波器131、低通滤波器132、低频和高频陷波器133、134，且高通滤波器131另一端串联到所述二级放大子单元122，接收放大后的模拟生理信号进行滤波，低频或高频陷波器另一端串联到模数转换器141，将滤波后的模拟生理信号输出到模数转换器141。本发明实施例中，作为一种可实施方式，还根据心电信号的特点，通过设置高、低通滤波器131、132滤除心电频率范围以外的高频干扰信号和直流漂移干扰信号，使通带频率为O. 05 150Hz，再经过50Hz的高频陷波器134滤除工频干扰、以及35Hz的低频陷波器 133滤除肌电干扰。经过放大、滤波处理后的心电信号输送到模数转换器(AD/DA转换器)141，通过模数转换器141转换为数字信号(数字生理信号)，发送到传输模块142，由传输模块142传输给信号协调器200。较佳地，作为一种可实施方式，所述传输模块142为一有线传输模块，如串行口或者有线网络等，或者无线传输模块，如蓝牙无线传输模块、WiFi无线传输模块。更佳地，作为一种可实施方式，本发明实施例中，所述传输模块为紫峰(Zigbee) 无线传输模块。作为一种可实施方式，较佳地，本发明实施例的所述采集处理装置100，具有多个相互并联的由所述放大仪表子单元121、二级放大子单元122、高通滤波器131、低通滤波器 132、高频陷波器134、低频陷波器133组成的放大滤波通道，每一放大滤波通道中的放大仪表子单元121 (采集端)分别与所述信号采集传感器110连接，接收采集的生理弱电信号； 每一放大滤波通道中的高频或者低频陷波器(接收端)133、134与模数转换器141连接，形成能够进行多点采集的具有多通道的生理弱电信号采集处理系统。即本发明实施例的能够进行多点采集的具有多通道的生理弱电信号采集处理系统，具有多个放大滤波通道，每一通道分别包括相互串联的一放大单元120和一滤波电路单元130,每一放大单元120包括相互串联的一仪表放大子单元121和至少一个二级放大子单元122 ;每一滤波电路单元130 包括相互串联的一高通滤波器131、一低通滤波器132、一高频陷波器134和一低频陷波器 133，通道中一端(采集端)中分别与多个信号采集传感器110连接，另一端(接收端)接入到模数转换器141。如图2所示，作为一种可实施方式，对于具有多通道的采集处理装置100，每个通道分别单独连接到一个信号采集传感器110，独立采集到心理弱电信号，经过仪表放大子单元121、二级放大子单元122、0. 05Hz高通滤波器131、150Hz低通滤波器132、35Hz陷波器 133和50Hz陷波器134等信号处理电路，输出到模数转换器141，然后通过传输模块142进行控制编码后传输出去。作为一种可实施方式，所述传输模块142可以是带有输入口(如IIC或者SPI或者I/O接口)的具有控制编解码功能的带有射频模块的单片机，如通过紫蜂(Zigbee)无线网络传输时，带有紫蜂(Zigbee)无线网络编解码功能的中心控制芯片和紫蜂(Zigbee)射频模块的单片机，将放大、滤波、转换后的数字生理信号进行紫蜂(Zigbee)无线网络编码， 然后通过紫蜂(Zigbee)无线网络发射出去。作为另一种可实施方式，本发明实施例的能够进行多点采集的具有多通道的采集处理装置100，针对多通道采集一致性的特点，如图3所示，在信号采集传感器110和放大滤波通道之间设置一双路多选一模拟开关150，用于对多个信号采集传感器采集的模拟生理弱电信号进行导联切换，将不同的信号采集传感器采集到的模拟生理弱电信号通过同一放大滤波通道发送到模数转换器。S卩，本发明实施例的能够进行多点采集的采集处理装置100，如图3所示，包括一放大单元120和一滤波电路单元130组成的放大滤波通道，还包括一双路多选一模拟开关
150,所述双路多选一模拟开关150包括多个输入端,一输出端和一控制驱动端，所述多个输入端(其中一路)分别连接到多个信号采集传感器110，输出端(另一路)连接到放大单元120，控制驱动端连接到驱动输入控制器(单片机)，并控制双路多选一模拟开关150在采集的任一时刻，只开启连通多个输入端中的一个输入端，采集其中一个信号采集传感器 110中的生理弱电信号并传输到放大滤波通道进行放大滤波处理。这样，通过利用双路多选一模拟开关150进行导联切换，将多个通道简化为一个通道，从而缩小电路的尺寸，降低成本和功耗。作为一种可实施方式，所述双路多选一模拟开关150电路如图4所示，当I/O端口为00、01、10时,分别选中LA(左手心电信号)和RA(右手心电信号)、LA(左手心电信号) 和LL (左腿心电信号)、RA (右手心电信号)和LL (左腿心电信号)接入心电信号处理装置。本发明实施例的采集处理装置100通过双路多选一模拟开关150，实现多路信号采集传感器110的数据收集，并通过分时处理，实现与多个信号采集传感器110的数据采
11集，避免生理弱电信号的冲突，并随时监测信号的状态，保证通讯的正常。进一步地，作为一种可实施方式，本发明实施例的能够进行多点采集的采集处理装置100，如图3所示，将模数转换器141、传输模块142集成在一单片机中，并且该单片机连接到所述双路多选一模拟开关150，控制所述双路多选一模拟开关150中各路多选一开关的开启与关闭。作为一种可实施方式，如图5所示，本发明实施例中，所述单片机采用SOC级紫蜂 (Zigbee)单片机CC2530实现，其中，所述紫蜂(Zigbee)单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块，从而缩小电路尺寸；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网，组网非常方便。本发明实施例中，采用紫蜂(Zigbee)技术，其通信性能好，抗干扰能力强，低功耗，低成本，组网简单，使无线收发节点的设计非常容易实现。作为一种可实施方式，本发明实施例的SOC级紫蜂(Zigbee)单片机CC2530带有用于接收采集处理装置100采集的生理弱电信号并进行模数转换的模数接口和用于数字信号输入输出的I/o接口，可以连接并输入/输出信号；同时还包括用于串行外围设备的 SPI接口和用于连接内部集成电路的IIC接口。作为一种可实施方式，较佳地，所述CC2530还带有控制线接口和串口通讯电路接口，控制线接口包括0N/0FF输出接口和复位输出接口；串口通讯电路接口包括TX串行输出接口和RX串行输入接口。作为一种可实施方式，生理弱电信号(原始数据)采集时，首先由单片机CC2530 通过SPI总线对传感器ADS1294发出采样命令，通过附着在人体表面(如手腕处)的4个电极采样到微弱的生理弱电信号，分别为RA、LA、LL、RL，其中，RA和LA为第一通道，RA和 LL为第二通道，LA和LL为第三通道，直接传输到ADS1294的芯片的差分输入端，然后，放大单元对信号进行放大，再经滤波电路单元滤波和24位的模数(A/D)转换后，生成3路不同位置上的24位的原始的心电信号。作为一种可实施方式，如图3所示，所述采集处理装置100还包括一驱动电路单元 170，连接到所述放大单元110，用于驱动采集处理装置100，从而去除人体携带的交流共模干扰。较佳地，所述驱动电路单元170为右腿驱动电路单元，其连接到人体右腿，利用右腿心电信号(RL)驱动放大滤波通道中各个元器件。作为一种可实施方式，由于驱动电路存在交流干扰电压的反馈环路，可能有交流电流经人体，成为不安全的因素，本发明实施例的采集处理装置100，还包括一保护电路单元160，串联在多个信号采集传感器和所述双路多选一模拟开关/放大单元之间，用于对回流到生物体的电流进行限流。作为一种可实施方式，所述保护电路单元160为分别串联在所述多个信号采集传感器Iio和双路多选一模拟开关150/放大单元110之间的多个限流电阻。进一步地，作为一种可实施方式，由于本装置可以是一种便携式仪器，可由用户自己来佩戴电极，有时会发生电极未放好或脱落的情况，因此，本发明实施例的采集处理装置 100，还包括一并联在多个信号采集传感器110/保护电路单元160和双路多选一模拟开关 150/放大单元110之间的导联脱落检测及报警电路单元180，用于在信号采集传感器110 由于没有安装好或者脱落从而使没有采集到生理弱电信号时，发出报警信号。
作为一种可实施方式，所述导联脱落检测及报警电路单元180，其启动端连接到紫蜂(Zigbee)单片机CC2530，由紫蜂(Zigbee)单片机CC2530单片机控制其开启或者关闭。下面进一步详细说明本发明实施例的信号协调器200。作为一种可实施方式，如图I所示，本发明实施例的信号协调器200，包括至少一接收模块210，一无线通信传输模块220，以及一控制协调模块230和串口通讯模块240，其中所述接收模块210，用于通过有线/无线接口，接收从所述采集处理装置100发送来的数字生理信号；所述无线通信传输模块220，用于将接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号，通过无线通信网络发送出去；所述控制协调模块230，用于控制接收模块210接收到的数字生理信号通过串口通讯模块240发送给无线通信传输模块220，并控制将无线通信传输模块220接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号；所述串口通讯模块240，用于在控制协调模块230的控制下，将接收模块210接收到的数字生理信号传输到无线通信传输模块220。将数字生理信号编码为数字生理通信信号，即将数字信号编码为通信信号是一种现有技术，因此，在本发明实施例中，不再一一详细描述。作为一种可实施方式，所述接收模块210可以是采用SOC级紫蜂(Zigbee)单片机CC2530实现，其中，所述紫蜂(Zigbee)单片机CC2530包括一 14位模数转换器和 RF射频模块，并将所述控制协调模块集成到其中，从而缩小电路尺寸；采用Zigbee2006 或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网，组网非常方便。本发明实施例中，采用紫蜂 (Zigbee)技术，其通信性能好，抗干扰能力强，低功耗，低成本，组网简单，使无线收发节点的设计非常容易实现。作为一种可实施方式，所述无线通信传输模块220可以是TC 35IGSM模块。TC 35IGSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段， 电流消耗非常低(3. 5mA)，可传输语音和数字信号，可通过AT命令双向传输指令和数据，也可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。作为一种可实施方式，本实施例中，可由集成到单片机CC2530中的控制协调模块 230通过I/O接口输出一个低电平(大于100MS)给TC35i模块的启动端(第15脚)，启动TC35i模块接入无线通信网络(如GSM网络)；控制协调模块通过连接到TC35i模块的 SYNC (Synchronize,同步)端(第32脚)的I/O接口读出模块的状态；控制协调模块通过 AT命令直接关闭GSM模块或通过CC2530的I/O接口输出一个大于3. 2S的低电平给TC35i 模块的EMERG0FF(EMERG0FF，事故停)(第31脚)来关闭TC35i模块。通过I/O接口使得TC35i模块启动后，控制协调模块控制串口通讯模块通过串行口，将数据以9600的波特率发送给TC35i模块，TC35i模块将数字生理信号数据进行编码得到数字生理通信信号通过无线通信网络(如GSM无线网络)发送到远端接收装置；待数据全部发送完毕后，控制协调模块通过I/O接口，控制关闭TC35i模块。如图5所示，紫蜂(Zigbee)单片机CC2530通过所述控制协调模块，利用两个I/O 接口和患口来分别控制TC35IGSM模块的开关和复位以及数据的发送和接收。串口通讯模块的通信速率为9600Kbps，采用8位异步通讯方式，I位为起始位，8位为数据位，I位为停止位，可采用各种点对点(PPP)协议，或者P2P协议，或者PUSH协议传输数字信号。较佳地，所述紫蜂(Zigbee)单片机CC2530和采集处理装置100/TC 35IGSM模块还分别包括一加解密压缩模块，用于对在紫蜂(Zigbee)单片机CC2530和采集处理装置 100/TC 35IGSM模块之间传输的数字生理信号利用加解密算法和压缩算法进行加解密压缩处理，以利于加密安全和缩小存储空间，从而可以适应远程医疗检测方面的不同应用。作为一种可实施方式，所述加解密算法可以是各种对称加解密算法，如HASH算法，DES算法，3DES算法，TDEA算法，Blowfish算法，RC5算法，IDEA算法等；也可以是各种非对称加解密算法，如RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D_H、ECC算法等。作为一种可实施方式，所述压缩算法可以是如MPEG压缩算法等。集成到单片机CC2530中的控制协调模块230两个I/O接口和串口分别控制TC 351模块的开关和复位以及数据的发送和接收。作为一种可实施方式，所述TC 35IGSM模块和CC2530之间的通信速率为9600bps，采用11位异步通讯方式，I位起始位，8位数据位，I 位奇偶校验位，I位停止位。作为一种可实施方式，本发明实施例中为了保证发送端CC2530 和接受端TC35I通讯的正常进行和数据完整，可用P2P(端到端)通讯协议进行数据传输， 具体为I)发送端CC2530发送同步帧开始数据发送，同步帧同时将本次准备发送的数据数量(数据帧)告知接收端TC35I，以便接受端对数据帧的序列进行检查；2)控制帧由接收端TC35I发出，当接收端TC35I缓冲区为满时，将发送控制帧给发送端CC2530，请求暂停发送，待数据处理完后，恢复发送；或者接收端TC35I接收到数据帧错误(ID序列不对或数据校验错)，则发送控制帧给发送端CC2530要求重新发送该帧数据。数据帧为所需要发送的数据,发送端CC2530将按顺序一帧一帧的发送直到结束。在通讯过程中，如果有干扰信号干扰造成数据错误，接收端TC35I可以通过数据帧ID的序列是否正确以及奇偶校验是否正确来判断是否有丢帧以及数据是否错误，在检测到丢帧和数据错误后，可以通过控制帧来要求数据重发，因此降低了干扰信号对通讯的影响；同时通过同步和自恢复等方式保证通讯的不间断运行，通过校验来保证数据的正确性，并通过数据加解密保证数据的安全。作为一种可实施方式，本发明实施例的同步帧格式为
权利要求
1.一种生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，包括至少一个采集处理装置，以及与所述采集处理装置连接的一信号协调器；所述采集处理装置，用于从生物体上采集得到模拟生理弱电信号，进行多级放大，以及通过多级滤波处理后得到模拟生理信号，然后将所述模拟生理信号转化为数字生理信号， 传输给信号协调器；所述信号协调器，用于接收数字生理信号，并对所述数字生理信号进行处理后，控制将所述数字生理信号编码为数字生理通信信号，发送到无线通信网络中。
2.根据权利要求I所述的生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，还包括至少一远端接收装置，用于接收信号协调器通过无线通信网络发送出来的数字生理通信信号，解析数字生理通信信号得到生物体的生理弱电信号并处理。
3.根据权利要求I或2所述的生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，所述采集处理装置，包括至少一信号采集传感器，至少一放大单元，至少一滤波电路单元，以及一模数转换器和一传输模块；其中，所述信号采集传感器，设置在生物体相应位置，用于在生物体进行生理活动时， 从生物体上采集模拟生理弱电信号；所述放大单元，用于将所述模拟生理弱电信号进行多级放大，得到模拟生理信号；包括相互串联连接的一仪表放大子单元和至少一个二级放大子单元，对采集来的生理弱电信号进行放大；所述滤波电路单元，用于将所述放大单元放大后的所述模拟生理信号进行高通滤波和低通滤波，然后进行陷波处理；包括相互串联的高通滤波器、低通滤波器、低频和高频陷波器，且高通滤波器另一端串联到所述二级放大器，接收放大后的模拟生理信号进行滤波，低频或高频陷波器另一端串联到模数转换器，将滤波后的模拟生理信号输出到模数转换器；所述模数转换器，用于将经过放大、滤波后的模块生理信号转换为数字信号，得到数字生理信号；所述传输模块，用于将所述模数转换器转换得到的数字生理信号传输给所述信号协调器；所述传输模块为Zigbee无线传输模块。
4.根据权利要求3所述的生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，所述采集处理装置，具有多个相互并联的由所述放大仪表子单元、二级放大子单元、高通滤波器、低通滤波器、高频陷波器、低频陷波器组成的放大滤波通道，每一放大滤波通道中的放大仪表子单元分别与所述信号采集传感器连接，接收采集的生理弱电信号；每一放大滤波通道中的高频或者低频陷波器与模数转换器连接；所述每个通道分别单独连接到一个信号采集传感器，独立采集到心理弱电信号，经过仪表放大子单元、二级放大子单元、O. 05Hz高通滤波器、150Hz低通滤波器、35Hz陷波器和 50Hz陷波器信号处理电路，输出到模数转换器，然后通过传输模块进行控制编码后传输出去。
5.根据权利要求3所述的生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，所述采集处理装置还包括一双路多选一模拟开关；所述双路多选一模拟开关包括多个输入端，一输出端和一控制驱动端，所述多个输入端分别连接到多个信号采集传感器，输出端连接到放大单元，控制驱动端连接到驱动输入控制器，并控制双路多选一模拟开关在米集的任一时刻，只开启连通多个输入端中的一个输入端，采集其中一个信号采集传感器中的生理弱电信号并传输到由一所述放大单元和滤波电路单元组成的滤波通道进行放大滤波处理；所述模数转换器、传输模块集成在一单片机中，并且所述单片机连接到所述双路多选一模拟开关控制驱动端，控制所述双路多选一模拟开关中各路多选一开关的开启与关闭；所述单片机为采用SOC级Zigbee单片机 CC2530实现，其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网；所述采集处理装置还包括一并联在多个信号采集传感器/保护电路单元和双路多选一模拟开关/放大单元之间的导联脱落检测及报警电路单元，用于在信号采集传感器由于没有安装好或者脱落从而使没有采集到生理弱电信号时，发出报警信号；所述导联脱落检测及报警电路单元，其启动端连接到Zigbee单片机CC2530，由Zigbee单片机CC2530单片机控制其开启或者关闭。
6.根据权利要求I或2所述的生理弱电信号采集处理系统，其特征在于，所述信号协调器，包括至少一接收模块，一无线通信传输模块，以及一控制协调模块和串口通讯模块，其中所述接收模块，用于通过有线/无线接口，接收从所述采集处理装置发送来的数字生理信号；所述接收模块是采用SOC级Zigbee单片机CC2530实现；其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块，并将所述控制协调模块集成到其中；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网；所述无线通信传输模块，用于将接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号，通过无线通信网络发送出去；所述无线通信传输模块是TC35IGSM模块；所述Zigbee单片机 CC2530和采集处理装置/TC 35IGSM模块还分别包括一加解密压缩模块，用于对在Zigbee 单片机CC2530和采集处理装置/TC 35IGSM模块之间传输的数字生理信号利用加解密算法和压缩算法进行加解密压缩处理；所述控制协调模块，用于控制接收模块接收到的数字生理信号通过串口通讯模块发送给无线通信传输模块，并控制将无线通信传输模块接收到的数字生理信号编码为数字生理通信信号；所述串口通讯模块，用于在控制协调模块的控制下，将接收模块接收到的数字生理信号传输到无线通信传输模块。
7.—种生理弱电信号采集处理装置，其特征在于，包括至少一信号采集传感器，至少一放大单兀，至少一滤波电路单兀，以及一模数转换器和一传输模块；其中，所述信号采集传感器，设置在生物体相应位置，用于在生物体进行生理活动时， 从生物体上采集模拟生理弱电信号；所述放大单元，用于将所述模拟生理弱电信号进行多级放大，得到模拟生理信号；包括相互串联连接的一仪表放大子单元和至少一个二级放大子单元，对采集来的生理弱电信号进行放大；所述滤波电路单元，用于将所述放大单元放大后的所述模拟生理信号进行高通滤波和低通滤波，然后进行陷波处理；包括相互串联的高通滤波器、低通滤波器、低频和高频陷波器，且高通滤波器另一端串联到所述二级放大器，接收放大后的模拟生理信号进行滤波，低频或高频陷波器另一端串联到模数转换器，将滤波后的模拟生理信号输出到模数转换器；所述模数转换器，用于将经过放大、滤波后的模块生理信号转换为数字信号，得到数字生理信号；所述传输模块，用于将所述模数转换器转换得到的数字生理信号传输出去；所述传输模块为Zigbee无线传输模块。
8.根据权利要求7所述的采集处理装置，其特征在于，所述采集处理装置具有多个相互并联的由所述放大仪表子单元、二级放大子单元、高通滤波器、低通滤波器、高频陷波器、 低频陷波器组成的放大滤波通道，每一放大滤波通道中的放大仪表子单元分别与所述信号采集传感器连接，接收采集的生理弱电信号；每一放大滤波通道中的高频或者低频陷波器与模数转换器连接。
9.根据权利要求8所述的采集处理装置，其特征在于，所述每个通道分别单独连接到一个信号采集传感器，独立采集到心理弱电信号，经过仪表放大子单元、二级放大子单元、O.05Hz高通滤波器、150Hz低通滤波器、35Hz陷波器和50Hz陷波器等信号处理电路，输出到模数转换器，然后通过传输模块进行控制编码后传输出去。
10.根据权利要求9所述的采集处理装置，其特征在于，还包括一双路多选一模拟开关;所述双路多选一模拟开关包括多个输入端，一输出端和一控制驱动端，所述多个输入端分别连接到多个信号采集传感器，输出端连接到放大单元，控制驱动端连接到驱动输入控制器，并控制双路多选一模拟开关在米集的任一时刻，只开启连通多个输入端中的一个输入端，采集其中一个信号采集传感器中的生理弱电信号并传输到由一所述放大单元和滤波电路单元组成的滤波通道进行放大滤波处理；所述模数转换器、传输模块集成在一单片机中，并且所述单片机连接到所述双路多选一模拟开关的控制驱动端，控制所述双路多选一模拟开关中各路多选一开关的开启与关闭；所述单片机为采用SOC级Zigbee单片机 CC2530实现，其中，所述Zigbee单片机CC2530包括一 14位模数转换器和RF射频模块；采用Zigbee2006或者Zigbee2007无线通信协议栈进行组网。
全文摘要
本发明涉及一种生理弱电信号采集处理系统和装置。该系统包括至少一个采集处理装置，以及与采集处理装置连接的一信号协调器；采集处理装置，用于从生物体上采集得到模拟生理弱电信号，进行多级放大，以及通过多级滤波处理后得到模拟生理信号，然后将模拟生理信号转化为数字生理信号，传输给信号协调器；信号协调器，用于将接收到的数字生理信号，并对数字生理信号进行处理后，控制将数字生理信号编码为数字生理通信信号，发送到无线通信网络中。该装置包括至少一信号采集传感器，至少一放大单元，至少一滤波电路单元，以及一模数转换器和一传输模块；其体积小、功耗低、成本低能够安全、准确、稳定地采集处理生理弱电信号。
文档编号A61B5/0402GK102599901SQ20121002931
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者乔武洲, 方强, 郁磊, 郭立泉 申请人:无锡先凯智能科技有限公司