专利名称：台阶指数测定系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测定人体体质的台阶指数测定系统。
技术背景台阶试验是评价人体体质的一项主要指标，能否准确的统计台阶运动恢复期的心率，是计算台阶指数准确与否的关键所在。目前市场上出现的台阶指数测定仪一般是采用测量人体指尖脉动声信号(压电式)或人体指尖血流电信号(光电式)的方式，因此主要存在以下缺陷1.测试过程中由外界和人为造成的干扰难以识别，无法达到测试标准规定的精度。
2.对测试结果的准确性无法验证。
3.不能显示脉图或心电波形。
4.每次测试的人数有限，不能适应大规模的群体测试。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种性能稳定、测定精确度高、可1～8通道同时测试和实时心电波形显示且电路结构简单的台阶指数测定系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是一种台阶指数测定系统，包括台阶指数测定仪、计算机及若干组电极夹，所述台阶指数测定仪内部设置有控制电路，所述控制电路由模拟放大电路、增益控制电路、A/D转换电路、CPU控制电路、IC卡读写电路、光电耦合电路以及电源电路构成，所述模拟放大电路接收由电极夹采集到的人体心电信号，并在增益控制电路的增益调节下输出放大信号到A/D转换电路，所述CPU控制电路分别发送控制指令到A/D转换电路和增益控制电路，也读取经A/D转换电路转换后的数据，CPU控制电路将这些数据经光电耦合电路发送到计算机中，所述计算机通过光电耦合电路发送控制指令到CPU控制电路，并通过CPU控制电路将经计算机处理后的测试结果数据发送到IC卡读写电路。
所述CPU控制电路可以由微处理器UT1，锁存器UT2，外部存储器UT3及其外围元器件构成，所述微处理器UT1通过锁存器UT2连接外部存储器UT3，并且所述微处理器UT1的RD端和WR端分别连接外部存储器UT3的24脚和29脚，所述微处理器UT1的P00～P07端引出的数据总线上连接有总线上拉排阻RPT1和图形液晶UT8。
所述电极夹可以有8组，每组3个，所述各组电极夹的人体心电信号分别由插座JPA1～JPH1引入，所述模拟放大电路可以由八个完全相同的电路模块组成，其中的每一个电路模块均是由输入跟随器、电位反馈电路和多级放大电路构成，所述人体心电信号通过输入跟随器和电位反馈电路，输入到多级放大电路进行信号放大后，所述多级放大电路输出放大信号VAII～VGII和VAD8。
所述A/D转换电路可以由A/D转换器UT4、基准电压产生器UT6及其外围元件构成，所述基准电压产生器UT6的1脚连接A/D转换器UT4的12脚，所述放大信号VAII～VGII和VAD8分别通过电阻RA11～RA18连接到A/D转换器UT4的数据输入端IN-0～IN-7，所述A/D转换器UT4的输出端2-1～2-8连接到微处理器UT1的数据总线上。
所述光电耦合电路可以由连接器JP1、二极管DP2、DP3、DP4、DP8、电荷泵UPL、光耦UP2、UP3、三极管QP1、运放UP4及外围元件构成，通过分别连接连接器JP1的4脚和7脚的二级管DP3、DP2整流产生正电压，通过电荷泵UPL二极管DP8，电容EP6、EP7产生负压，以供电光藕UP2、UP3，通过二极管DP4，电阻RP6、RP8、RP9，光藕UP3，接收来自计算机的串行数据，通过三极管QP1，电阻RP7、RP10、RP4、RP5、RP13、RP14、RP15、RP16，运放UP4，光藕UP2，发送串行数据到计算机。
所述增益控制电路可以由I/O扩展芯片UT7及连接器JPIA1～JPIA8构成，所述I/O扩展芯片UT7的输入端D0～D7连接微处理器UT1的数据总线，其输出端PA0～PA7、PB0～PB7输出8组增益调节信号，并分别通过连接器JPIA1～JPIA8输出到模拟放大电路中。
所述IC卡读写电路可以由IC卡连接口CARD和晶体管QIC1及外围元件构成，所述IC卡连接口CARD连接IC卡，其3、4、5、6脚分别连接微处理器UT1的地址线A13、A14、A12、A15，其7脚连接微处理器UT1的P17端，其9脚连接晶体管QIC1的基极，所述晶体管QIC1的集电极连接微处理器UT1的T0端，其发射极接地。
所述模拟放大电路的一个电路模块的输入跟随器可以由运算放大器UA1B和UA1C构成，其中UA1B的5脚连接JPA1的1脚，其6脚和7脚相连，所述运算放大器UA1C的10脚连接JPA1的2脚，其8脚和9脚相连。
所述模拟放大电路的一个电路模块的电位反馈电路可以由运算放大器UA1A、电阻RA1、RA2、RA3、RA4、和电容CA1、CA4组成，所述运算放大器UA1A的正向输入端3分成三路，一路通过电阻RA2连接其输出端1，一路通过电阻RA3连接运算放大器UA1C的输出端8，第三路通过电阻RA4连接运算放大器UA1B的输出端7，所述运算放大器UA1A的正向输入端3与其输出端1之间连接有电容CA4，其输出端1通过并联的电阻RA1和电容CA1连接到JPA1的3脚。
所述模拟放大电路的一个电路模块的多级放大电路可以由初级放大电路、次级放大电路和末级放大滤波电路依次连接而成，所述初级放大电路是由电阻RA5、RA6、RA7、RA8、RA9、RA10、RA11、RA12、RA27和运算放大器UA2A、UA2C、UA1D组成的差分放大电路，所述次级放大电路由电阻RA9、RA14、RA16、RA17、RA19、RA20、电容CA5、和运算放大器UA2B组成，所述运算放大器UA2B的负向输入端6通过电阻RA16、RA17分别连接到模拟开关UA3的13脚和14脚上，所述模拟开关UA3的11脚和10脚分别通过电阻RA19、RA20连接到连接器JPIA1的5脚和6脚，从而引入增益调节信号，所述末级放大电路是由运放UA2D、电容CA6、电阻RA18、RA24、RA25组成，所述运放UA2D的输出端14输出放大信号VAII。
由于采用上述技术方案，本实用新型采集人体电信号来统计心率，再配合计算机内具有系统控制、自动播发运动音乐、自动计时、实时心电波形显示、自动计算并显示台阶指数等功能的软件，从而可以实现1～8通道同时测定台阶指数，实时显示心电波形、测试结果IC卡存储等功能。其控制电路结构简单、性能稳定、测定数据准确、测定数据可以IC卡存储等特点。
说明书附图附
图1为本实用新型台阶指数测定系统的系统组成及连接示意图；附图2为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的结构框图；附图3为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的模拟放大电路原理图；附图4为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的增益调整电路原理图；附图5为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的A/D转换电路和CPU控制电路原理图；附图6为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的IC卡读写电路及电源电路原理图；附图7为本实用新型台阶指数测定系统的台阶指数测定仪的控制电路的光电耦合电路原理图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型台阶指数测定系统作进一步详细说明。
参考附图1，本实用新型台阶指数测定系统是由8组电极夹1、台阶指数测定仪2、音箱3、计算机4、打印机5组成，所述电极夹1每组有3个，分别用于夹在人体的右手腕和左右两个脚腕上，从而实现通过采集人体电信号的方法统计心率，这样就为台阶指数测定的准确性打下了一个良好的基础。所述台阶指数测定仪2通过RS232通讯电缆连接计算机4，所述计算机4上连接音响3和打印机5。
参考附图2，所述台阶指数测定仪2内部的控制电路是由模拟放大电路、增益控制电路、A/D转换电路、CPU控制电路、IC卡读写电路、光电耦合电路以及电源电路构成，所述模拟放大电路接收由电极夹采集到的人体心电信号，并在增益控制电路的增益调节下输出放大信号到A/D转换电路，所述CPU控制电路分别发送控制指令到A/D转换电路和增益控制电路，也读取经A/D转换电路转换后的数据，CPU控制电路将这些数据经光电耦合电路发送到计算机中，所述计算机通过光电耦合电路发送控制指令到CPU控制电路，并通过CPU控制电路将经计算机处理后的测试结果数据发送到IC卡读写电路。
参考附图5，所述CPU控制电路由微处理器UT1，锁存器UT2，外部存储器UT3及其外围元器件构成，所述微处理器UT1通过锁存器UT2连接外部存储器UT3，并且所述微处理器UT1的RD端和WR端分别连接外部存储器UT3的24脚和29脚，所述微处理器UT1的P00～P07端引出的数据总线上连接有总线上拉排阻RPT1和图形液晶UT8，以实现点阵式液晶显示功能。另外，SWDT是电源开关，EAR是充电座，以进行电源充电，UT5是或非门，用来控制A/D转换器。晶体管QT3和QT9用来控制蜂鸣器PK。QT2用来控制电源指示发光管LEDT1。
所述控制电路的模拟放大电路八个完全相同的电路模块组成，其中的每一个电路模块均是由输入跟随器、电位反馈电路和多级放大电路构成，所述人体心电信号通过输入跟随器和电位反馈电路，输入到多级放大电路进行信号放大后，所述多级放大电路输出放大信号VAII～VGII和VAD8。所述8组电极夹的人体心电信号分别由插座JPA1～JPH1引入到模拟放大电路。
附图3所示的是模拟放大电路的一个电路模块。其中，输入跟随器是由运算放大器UA1B和UA1C构成，起输入隔离作用。其中UA1B的5脚连接JPA1的1脚，其6脚和7脚相连，所述运算放大器UA1C的10脚连接JPA1的2脚，其8脚和9脚相连。
其电位反馈电路是由运算放大器UA1A、电阻RA1、RA2、RA3、RA4、和电容CA1、CA4组成，所述运算放大器UA1A的正向输入端3分成三路，一路通过电阻RA2连接其输出端1，一路通过电阻RA3连接运算放大器UA1C的输出端8，第三路通过电阻RA4连接运算放大器UA1B的输出端7，所述运算放大器UA1A的正向输入端3与其输出端1之间连接有电容CA4，其输出端1通过并联的电阻RA1和电容CA1连接到JPA1的3脚。
其多级放大电路由初级放大电路、次级放大电路和末级放大滤波电路依次连接而成。
所示电阻RA5、RA6、RA7、RA8、RA9、RA10、RA11、RA12、RA27和运算放大器UA2A、UA2C、UA1D连接组成的差分放大电路，进行初级放大。
所述次级放大电路由电阻RA9、RA14、RA16、RA17、RA19、RA20、电容CA5、和运算放大器UA2B组成，所述运算放大器UA2B的负向输入端6通过电阻RA16、RA17分别连接到模拟开关UA3的13脚和14脚上，所述模拟开关UA3的11脚和10脚分别通过电阻RA19、RA20连接到连接器JPIA1的5脚和6脚，从而引入增益调节信号。
所述末级放大电路是由运放UA2D、电容CA6、电阻RA18、RA24、RA25组成，所述末级放大电路完成心电信号的滤波放大，并从运放UA2D的输出端14输出放大信号VAII。
心电信号在三级放大电路的放大和滤波作用下，能够有效的滤除干扰信号，从而增强了系统的抗干扰能力。
同理，其它7个电路模块同样通过输入跟随器、电位反馈电路和多级放大电路分别输出放大信号VBII～VGII和VAD8。
参考附图4，所述增益控制电路由I/O扩展芯片UT7及连接器JPIA1～JPIA8构成，所述I/O扩展芯片UT7的输入端D0～D7连接微处理器UT1的数据总线，其输出端PA0～PA7、PB0～PB7输出8组增益调节信号，并分别通过连接器JPIA1～JPIA8输出到模拟放大电路中。
参考附图5，所述A/D转换电路是由A/D转换器UT4、基准电压产生器UT6及其外围元件构成，所述基准电压产生器UT6的1脚连接A/D转换器UT4的12脚，所述放大信号VAII～VGII和VAD8分别通过电阻RA11～RA18连接到A/D转换器UT4的数据输入端IN-0～IN-7，所述A/D转换器UT4的输出端2-1～2-8连接到微处理器UT1的数据总线上。
参考附图6，所述IC卡读写电路由IC卡连接口CARD和晶体管QIC1及外围元件构成，所述IC卡连接口CARD连接IC卡6，其3、4、5、6脚分别连接微处理器UT1的地址线A13、A14、A12、A15，其7脚连接微处理器UT1的P17端，其9脚连接晶体管QIC1的基极，所述晶体管QIC1的集电极连接微处理器UT1的T0端，其发射极接地。
所述电源电路由升压和稳压芯片UP1、UP2以及电池、一些电容、电阻、整流管DP1组成，以实现升压和稳压，从而给各电路供电。芯片UL、ULCD是电荷泵，以产生负压给各模拟电路的运放和液晶的负压。在图4中，芯片B5，是模拟开关，以实现通道8、电池电压切换输入A/D，以便读取电量。
参考附图7，所述光电耦合电路是由连接器JP1、二极管DP2、DP3、DP4、DP8、电荷泵UPL、光耦UP2、UP3、三极管QP1、运放UP4及外围元件构成，通过分别连接连接器JP1的4脚和7脚的二级管DP3、DP2整流产生正电压，通过电荷泵UPL二极管DP8，电容EP6、EP7产生负压，以供电光藕UP2、UP3，通过二极管DP4，电阻RP6、RP8、RP9，光藕UP3，接收来自计算机的串行数据，通过三极管QP1，电阻RP7、RP10、RP4、RP5、RP13、RP14、RP15、RP16，运放UP4，光藕UP2，发送串行数据到计算机。其特点在于，通过光电耦合将台阶指数测定仪的电气部分与计算机电气部分完全隔离，以防止计算机的交流信号串入仪器。RS232的计算机部分，不需外加电源，其电源取自信号线。并且此电路适用范围宽，台式机，便携机都能适用。
由于所述计算机4所带的系统控制软件的功能包括对台阶指数测定仪2的控制、自动播放运动音乐、自动计时、实时心电波形显示、自动计算并显示台阶指数，因此，本实用新型台阶指数测定系统的工作原理是按下计算机4上启动键后，计算机4控制音箱3播放运动音乐并自动计时，人开始运动，一段时间后，音乐自动停止，运动结束。而在运动过程中，计算机4通过光电耦合电路向CPU控制电路发送控制指令，启动台阶指数测定仪2的控制电路工作。这时，由电极夹1采集的人体心电信号经JPA1～JPA8插座输入，经八路完全相同的模拟放大电路模块，对心电信号进行放大，并经过增益调整电路，对放大的信号增益进行调整，放大后的心电信号，经连接座JPTA1～JPTA8连接至A/D转换电路，通过A/D转换后的数据被微处理器UT1读取，微处理器UT1再将数据先存入外部存储器UT3，以便计算机4可随时读取数据进行校验和复核，然后通过光电耦合电路将数据发送给计算机4。计算机4接收到采集处理后的数据后，对数据进行处理，显示心电波形、统计心率、计算台阶指数，并通过台阶指数测定仪2上所带的IC卡6进行数据存储，或者通过打印机5打印。
因此，本实用新型采用测定人体电信号的方式，以台阶指数测定仪2的控制电路配合计算机4的系统控制软件，使本实用新型相对现有技术具有性能稳定可靠、测定精确度高、同时测定8人效率高、1～8通道心电波形同时显示、可自动或人工判别心电波形是否异常、方便携带、操作简单、使用成本低廉、便于推广应用等显著特点。
权利要求1.一种台阶指数测定系统，包括台阶指数测定仪、计算机及若干组电极夹，所述台阶指数测定仪内部设置有控制电路，其特征在于所述控制电路由模拟放大电路、增益控制电路、A/D转换电路、CPU控制电路、IC卡读写电路、光电耦合电路以及电源电路构成，所述模拟放大电路接收由电极夹采集到的人体心电信号，并在增益控制电路的增益调节下输出放大信号到A/D转换电路，所述CPU控制电路分别发送控制指令到A/D转换电路和增益控制电路，也读取经A/D转换电路转换后的数据，CPU控制电路将这些数据经光电耦合电路发送到计算机中，所述计算机通过光电耦合电路发送控制指令到CPU控制电路，并通过CPU控制电路将经计算机处理后的测试结果数据发送到IC卡读写电路。
2.如权利要求1所述台阶指数测定系统，其特征在于所述CPU控制电路由微处理器(UT1)，锁存器(UT2)，外部存储器(UT3)及其外围元器件构成，所述微处理器(UT1)通过锁存器(UT2)连接外部存储器(UT3)，并且所述微处理器(UT1)的(RD)端和(WR)端分别连接外部存储器(UT3)的(24)脚和(29)脚，所述微处理器(UT1)的(P00)～(P07)端引出的数据总线上连接有总线上拉排阻(RPT1)和图形液晶(UT8)。
3.如权利要求1所述台阶指数测定系统，其特征在于所述电极夹有8组，每组3个，所述各组电极夹的人体心电信号分别由插座(JPA1)～(JPH1)引入，所述模拟放大电路由八个完全相同的电路模块组成，其中的每一个电路模块均是由输入跟随器、电位反馈电路和多级放大电路构成，所述人体心电信号通过输入跟随器和电位反馈电路，输入到多级放大电路进行信号放大后，所述多级放大电路输出放大信号(VAII)～(VGII)和(VAD8)。
4.如权利要求1、2、3所述台阶指数测定系统，其特征在于所述A/D转换电路是由A/D转换器(UT4)、基准电压产生器(UT6)及其外围元件构成，所述基准电压产生器(UT6)的(1)脚连接A/D转换器(UT4)的(12)脚，所述放大信号(VAII)～(VGII)和(VAD8)分别通过电阻(RA11)～(RA1)8连接到A/D转换器(UT4)的数据输入端(IN-0)～(IN-7)，所述A/D转换器(UT4)的输出端(2-1)～(2-8)连接到微处理器(UT1)的数据总线上。
5.如权利要求4所述台阶指数测定系统，其特征在于所述光电耦合电路是由连接器(JP1)、二极管(DP2)、(DP3)、(DP4)、(DP8)、电荷泵(UPL)、光耦(UP2)、(UP3)、三极管(QP1)、运放(UP4)及外围元件构成，通过分别连接连接器(JP1)的(4)脚和(7)脚的二级管(DP3)、(DP2)整流产生正电压，通过电荷泵(UPL)二极管(DP8)，电容(EP6)、(EP7)产生负压，以供电光藕(UP2)、(UP3)，通过二极管(DP4)，电阻(RP6)、(RP8)、(RP9)，光藕(UP3)，接收来自计算机的串行数据，通过三极管(QP1)，电阻(RP7)、(RP10)、(RP4)、(RP5)、(RP13)、(RP14)、(RP15)、(RP16)，运放(UP4)，光耦(UP2)，发送串行数据到计算机。
6.如权利要求5所述台阶指数测定系统，其特征在于所述增益控制电路由I/O扩展芯片(UT7)及连接器(JPIA1)～(JPIA8)构成，所述I/O扩展芯片(UT7)的输入端(D0)～(D7)连接微处理器(UT1)的数据总线，其输出端(PA0)～(PA7)、(PB0)～(PB7)输出8组增益调节信号，并分别通过连接器(JPIA1)～(JPIA8)输出到模拟放大电路中。
7.如权利要求6所述台阶指数测定系统，其特征在于所述IC卡读写电路由IC卡连接(CARD)和晶体管(QIC1)及外围元件构成，所述IC卡连接口(CARD)连接IC卡，其(3)、(4)、(5)、(6)脚分别连接微处理器(UT1)的地址线(A13)、(A14)、(A12)、(A15)，其(7)脚连接微处理器(UT1)的(P17)端，其(9)脚连接晶体管(QIC1)的基极，所述晶体管(QIC1)的集电极连接微处理器(UT1)的(T0)端，其发射极接地。
8.如权利要求3所述台阶指数测定系统，其特征在于所述模拟放大电路的一个电路模块的输入跟随器是由运算放大器(UA1B)和(UA1C)构成，其中(UA1B)的(5)脚连接(JPA1)的(1)脚，其(6)脚和(7)脚相连，所述运算放大器(UA1C)的(10)脚连接(JPA1)的(2)脚，其(8)脚和(9)脚相连。
9.如权利要求3所述台阶指数测定系统，其特征在于所述模拟放大电路的一个电路模块的电位反馈电路是由运算放大器(UA1A)、电阻(RA1)、(RA2)、(RA3)、(RA4)、和电容(CA1)、(CA4)组成，所述运算放大器(UA1A)的正向输入端(3)分成三路，一路通过电阻(RA2)连接其输出端(1)，一路通过电阻(RA3)连接运算放大器(UA1C)的输出端(8)，第三路通过电阻(RA4)连接运算放大器(UA1B)的输出端(7)，所述运算放大器(UA1A)的正向输入端(3)与其输出端(1)之间连接有电容(CA4)，其输出端(1)通过并联的电阻(RA1)和电容(CA1)连接到(JPA1)的(3)脚。
10.如权利要求3、8、9所述台阶指数测定系统，其特征在于所述模拟放大电路的一个电路模块的多级放大电路由初级放大电路、次级放大电路和末级放大滤波电路依次连接而成，所述初级放大电路是由电阻(RA5)～(RA12)、(RA27)和运算放大器(UA2A)、(UA2C)、(UA1D)组成的差分放大电路，所述次级放大电路由电阻(RA9)、(RA14)、(RA16)～(RA20)、电容(CA5)、和运算放大器(UA2B)组成，所述运算放大器(UA2B)的负向输入端(6)通过电阻(PA16)、(RA17)分别连接到模拟开关(UA3)的(13)脚和(14)脚上，所述模拟开关(UA3)的(11)脚和(10)脚分别通过电阻(RA19)、(RA20)连接到连接器(JPIA1)的(5)脚和(6)脚，从而引入增益调节信号，所述末级放大电路是由运放(UA2D)、电容(CA6)、电阻(PA18)、(RA24)、(RA25)组成，所述运放(UA2D)的输出端(14)输出放大信号(VAII)。
专利摘要本实用新型公开了一种台阶指数测定系统，包括台阶指数测定仪、计算机及若干组电极夹，所述台阶指数测定仪内部设置有控制电路，所述控制电路由模拟放大电路、增益控制电路、A/D转换电路、CPU控制电路、IC卡读写电路、光电耦合电路以及电源电路构成，所述模拟放大电路接收由电极夹采集到的人体心电信号，并在增益控制电路的增益调节下输出放大信号到A/D转换电路，所述CPU控制电路分别连接A/D转换电路、增益控制电路、IC卡读写电路和光电耦合电路，所述光电耦合电路连接计算机。本实用新型相对现有技术具有结构简单、性能稳定、可多通道同时测试并且心电波形实时显示、测定数据准确、测定数据可以IC卡存储等特点。
文档编号G06F17/00GK2618560SQ0324498
公开日2004年6月2日 申请日期2003年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者黄河清, 吴嘉伟 申请人:黄河清, 吴嘉伟