基于usb传输的便携式心电和脉搏波检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，包括心电传感器、脉搏波传感器以及控制电路板，所述控制电路板包括放大滤波模块和数据传输模块，所述心电传感器和脉搏波传感器分别与放大滤波模块连接；所述数据传输模块包括单片机和USB转串口桥接器，所述放大滤波模块与单片机连接，所述单片机通过USB转串口桥接器与上位机连接。本实用新型的心电和脉搏波检测仪的供电和数据传输，使用同一根USB线，连接简单、方便；只要与带USB接口的PC机或其他智能终端连接，就能实现数据传输，通用性强，便于对心电信号和脉搏波信号进行后续处理，可以广泛应用在临床分析中。
【专利说明】基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种心电和脉搏波检测仪，尤其是一种基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，属于医疗仪器领域。
【背景技术】
[0002]在临床分析中，心电信号一直扮演着极为重要的角色，而脉搏波信号也越来越受到重视，目前，多数的疾病监测以及对身体机能的评价都需要同时获取心电和脉搏波的数据。其中，心电记录的是心脏跳动的规律性，对心率失常、心肌劳损等判别有举足轻重的作用；而脉搏波记录的是血流的脉动情况，有助于心血管机能状况的评价和动脉硬化程度的判别。心电信号和脉搏波信号都蕴藏有人体丰富的生理信息，它们可以很好地反映出人体内一些子系统的生理状态和病理变化。
[0003]目前，市面上的仪器都是针对某一疾病进行分析的，缺少一种简便的、能同时把心电信号和脉搏波信号上传到PC机的装置，若要对另一种疾病进行判断则需要购买另外一个仪器，不利于开发利用，并且数据的传输形式也较为复杂，不利于普及利用。。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，该检测仪结构简单、使用方便，可以通过已广泛使用的USB接口把数据实时传输到上位机。
[0005]本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪,其特征在于:包括心电传感器、脉搏波传感器以及控制电路板，所述控制电路板包括放大滤波模块和数据传输模块，所述心电传感器和脉搏波传感器分别与放大滤波模块的输入端连接；所述数据传输模块包括单片机和USB转串口桥接器，所述放大滤波模块的输出端与单片机连接，所述单片机通过USB转串口桥接器与带USB接口的上位机连接。
[0007]作为一种优选方案，所述放大滤波模块包括心电信号处理电路和脉搏波信号处理电路，所述心电信号处理电路包括依次连接的前置放大电路、一阶低通滤波器和二阶低通滤波器，所述脉搏波信号处理电路包括相连接的一阶低通滤波器和二阶低通滤波器。
[0008]作为一种优选方案，所述心电信号处理电路中，所述前置放大电路通过高通滤波器与一阶低通滤波器连接。
[0009]作为一种优选方案，所述前置放大电路采用AD627芯片实现差模放大。
[0010]作为一种优选方案，所述二阶低通滤波器为巴特沃斯二阶低通滤波器。
[0011]作为一种优选方案，所述控制电路板还包括电气隔离电路，所述放大滤波模块的输出端通过电气隔离电路与单片机连接。
[0012]作为一种优选方案，所述电气隔离电路米用HCNR201光稱隔离器,在所述光I禹隔离器的输入端和输出端分别设置有放大器。
[0013]作为一种优选方案,所述心电传感器由三片心电电极构成，贴于人体体表特定位置上。
[0014]作为一种优选方案，所述脉搏波传感器采用指夹式红外血氧探头，夹在人体手指指尖上。
[0015]作为一种优选方案，所述数据传输模块中，所述单片机采用C8051F352芯片，所述USB转串口桥接器采用CP2102芯片，所述C8051F352芯片具有A/D转换器，该A/D转换器上带有模拟多路选择器和一个可编程增益放大器。
[0016]本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0017]1、本实用新型的心电和脉搏波检测仪能同时对心电信号和脉搏波信号进行放大滤波处理，并把这两种信号得到的数据通过USB接口上传到上位机，从而在上位机中可以对整个采集过程进行控制，如调节放大倍数和传输的波特率等，并实现心电和脉搏波的波形显示以及相应的数据分析。
[0018]2、本实用新型的心电和脉搏波检测仪的供电和数据传输，使用同一根USB线，连接简单、方便；只要与带USB接口的PC机或其他智能终端连接，就能实现数据传输，通用性强，便于对心电信号和脉搏波信号进行后续处理，可以广泛应用在临床分析中。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的检测仪结构框图。
[0020]图2为本实用新型的检测仪中放大滤波模块的心电信号处理电路示意图。
[0021]图3为本实用新型的检测仪中放大滤波模块的脉搏波信号处理电路示意图。
[0022]图4为本实用新型的检测仪中电气隔离电路的示意图。
[0023]图5为本实用新型的检测仪中数据传输模块的结构框图。
[0024]图6为本实用新型的检测仪工作原理示意图。
[0025]其中，1-心电传感器，2-脉搏波传感器，3-控制电路板，4-放大滤波模块，5-电气隔离电路，6-数据传输模块，7-单片机，8-USB转串口桥接器，9-上位机，10-前置放大电路，11- 一阶低通滤波器，12-巴特沃斯二阶低通滤波器，13-高通滤波器。
【具体实施方式】
[0026]实施例1:
[0027]如图1所示，本实施例检测仪包括心电传感器1、脉搏波传感器2以及控制电路板3，所述控制电路板3可以安装在一个壳体内，包括放大滤波模块4、电气隔离电路5和数据传输模块6,所述心电传感器I和脉搏波传感器2分别与放大滤波模块4的输入端连接；所述数据传输模块6包括单片机7和USB转串口桥接器8，所述放大滤波模块4的输出端通过电气隔离电路5与单片机7连接，所述单片机7通过USB转串口桥接器8与上位机9连接，其中:
[0028]所述心电传感器I由三片心电电极构成，贴于人体体表特定位置(如胸部、肢体等部位)上，以获取心电信号；
[0029]所述脉搏波传感器2采用指夹式红外血氧探头，夹在人体手指指尖上，以获取脉搏波信号；
[0030]所述放大滤波模块4包括心电信号处理电路和脉搏波信号处理电路，两部分电路相互独立，互不干扰；所述心电信号处理电路如图2所示，包括依次连接的前置放大电路10、一阶低通滤波器11和巴特沃斯二阶低通滤波器12，所述前置放大电路10采用AD627芯片实现差模放大，在200Hz频率范围内其共模抑制比可保持在85dB以上的较高水平，有效抑制线路噪声与谐波，前置放大电路10通过由CC2和RCO组成的高通滤波器13与一阶低通滤波器11连接；所述脉搏波信号处理电路如图3所示，包括相连接的一阶低通滤波器11和巴特沃斯二阶低通滤波器12 ;所述心电信号处理电路和脉搏波信号处理电路的一阶低通滤波器11的放大倍数由电阻RC4与电阻RC3的比值决定，其截至频率由电阻RC4和电容CC4的值控制；所述心电信号处理电路和脉搏波信号处理电路的巴特沃斯二阶低通滤波器12的放大倍数由电阻RC5与电阻RC6的比值决定，其截至频率由电阻RC1、电阻RC2、电容CCl和电容CC3的值控制。
[0031]经过放大滤波后的心电信号和脉搏波信号通过电气隔离电路5与单片机7连接，实现两部分电气隔离，所述电气隔离电路5采用HCNR201光耦隔离器，如图4所示，单一的HCNR201光耦隔离器实现的是电流的隔离，在所述光耦隔离器的输入端和输出端分别设置放大器等电路后，才实现了电流一电压的转换。
[0032]如图5所示，所述单片机7采用C8051F352芯片，所述USB转串口桥接器8采用CP2102芯片，C8051F352芯片具有A/D转换器，该A/D转换器上带有模拟多路选择器，能对多达8路的输入源进行模数转换，在保证性能最佳的情况下，其单路输出字速率能达到960Hz，若要同时完成心电和脉搏波两路信号的转换，其速度也可达到480Hz，能满足正常数据采集的需要；此外，该A/D转换器还带有一个可编程增益放大器(PGA)，可对A/D转换器的输入进行放大，可设置的放大倍数为1、2、4、8、16、32、64和128共8种增益。因此，用户可通过上位机9向C8051F352芯片下发指令来设置A/D转换器的输出字速率以及其可编程放大器的增益倍数；同时，C8051F352芯片可以根据指令，控制心电和脉搏波这两路A/D转换的启动和关闭，从而实现数据的同时采集或者单独采集。
[0033]采集到的数据在经过放大滤波后，通过C8051F352芯片的UART串口传输到CP2102芯片，再由CP2102芯片直接把串口数据转成符合USB传输格式的数据，从而通过USB接口把数据上传到上位机9中；同样地，上位机9发送的指令也是通过CP2102芯片，把USB数据转换成UART串口数据，再发到C8051F35芯片上。
[0034]所述上位机9可以为带USB接口的PC机或其他智能终端(如平板电脑)，利用一根USB线与检测仪连接后，用户根据自身的需要，在上位机9中通过USB接口向检测仪发送相应指令，检测仪即可单独将心电信号或脉搏波信号，或同时将心电信号和脉搏波信号传到上位机9中。
[0035]如图6所示，本实施例的检测仪工作原理如下:
[0036]I)当检测仪通过USB上电后，心电传感器和脉搏波传感器开始工作，得到的心电信号和脉搏波信号经过放大滤波模块和电气隔离电路传到C8051F352芯片的A/D转换器的接口上,此时A/D转换器并没有开始工作，因此并无数据上传给上位机；
[0037]2)当上位机通过USB接口发送指令后，CP2102芯片把USB的指令数据转换成能通过串口传输的数据，从而传到C8051F352芯片的UART串口 ；
[0038]3)C8051F352芯片接收到指令后，配置并启动A/D转换器，确定A/D转换器的启动方式，从而实现心电信号和脉搏信号的模数转换，转换后的数据再经由UART串口传回CP2102芯片，CP2102芯片把UART串口数据转成USB数据传给上位机，从而实现数据控制传输。
[0039]上述工作原理是C8051F352芯片接收到上位机发送的指令后，才启动A/D转换器，其好处是:A/D转换器无需一直处于工作状态，既降低了芯片的功耗，又提高了芯片的寿命，并且根据命令可单独启动心电信号通道或脉搏波信号通道的转换。
[0040]实施例2:
[0041]本实施例的检测仪与实施例1的区别之处在于:当心电和脉搏波信号传到C8051F352芯片的A/D转换器的接口上时，C8051F352芯片不必在接收上位机的命令后才启动A/D转换器，而是直接启动A/D转换器开始工作，实现心电信号和脉搏信号的模数转换，转换后的数据再经由UART串口传回CP2102芯片，CP2102芯片把UART串口数据转成USB数据传给上位机。
[0042]综上所述，本实用新型的检测仪通用性强，便于对心电信号和脉搏波信号进行后续处理，可以广泛应用在临床分析中。
[0043]以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
【权利要求】
1.基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪,其特征在于:包括心电传感器、脉搏波传感器以及控制电路板，所述控制电路板包括放大滤波模块和数据传输模块，所述心电传感器和脉搏波传感器分别与放大滤波模块的输入端连接；所述数据传输模块包括单片机和USB转串口桥接器，所述放大滤波模块的输出端与单片机连接，所述单片机通过USB转串口桥接器与带USB接口的上位机连接。
2.根据权利要求1所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述放大滤波模块包括心电信号处理电路和脉搏波信号处理电路，所述心电信号处理电路包括依次连接的前置放大电路、一阶低通滤波器和二阶低通滤波器，所述脉搏波信号处理电路包括相连接的一阶低通滤波器和二阶低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述心电信号处理电路中，所述前置放大电路通过高通滤波器与一阶低通滤波器连接。
4.根据权利要求2所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述前置放大电路采用AD627芯片实现差模放大。
5.根据权利要求2所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述二阶低通滤波器为巴特沃斯二阶低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述控制电路板还包括电气隔离电路，所述放大滤波模块的输出端通过电气隔离电路与单片机连接。
7.根据权利要求6所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述电气隔离电路采用HCNR201光耦隔离器，在所述光耦隔离器的输入端和输出端分别设置有放大器。
8.根据权利要求1所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述心电传感器由三片心电电极构成，贴于人体体表特定位置上。
9.根据权利要求1所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述脉搏波传感器采用指夹式红外血氧探头，夹在人体手指指尖上。
10.根据权利要求1所述的基于USB传输的便携式心电和脉搏波检测仪，其特征在于:所述数据传输模块中，所述单片机采用C8051F352芯片，所述USB转串口桥接器采用CP2102芯片，所述C8051F352芯片具有A/D转换器，该A/D转换器上带有模拟多路选择器和一个可编程增益放大器。
【文档编号】A61B5/0205GK203935175SQ201420302182
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】杨荣骞, 关沛峰, 肖伟虎, 吕瑞雪 申请人:华南理工大学, 深圳市是源医学科技有限公司