专利名称：采集离线信号的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将描绘在记录纸上的曲线信号输入到计算机的方法和装置，属于应用电子设备识别图形的方法和装置技术领域。
欧洲专利EP0215963公开了一种线型分析的方法和装置，用于对指纹或文字等图象的分析，它是采用干涉的方法来进行分析的。
欧洲专利EP0067414公开了一种关于阅读条形码的方法和装置。它把整个条形码区域分成许多视野，当移动条形码阅读器或者移动附有条形码标签的货物时，电子扫描自动地在每一个视野内捕捉条纹。读到的电信号，以数据形式存贮在存贮器中，并在所有的条形码数据读完后进行合成。在合成的数据中除去冗余数据以获得表示全部条形码的正确数据。
美国专利US4677680公开了一种检验图象的方法和装置，它提供了一种检测印刷图象的方法和装置，当采样图象的横向图象等级数据(采样列数据)和参考图象的横向图象等级数据(参考列数据)进行比较，用来检测采样图象的有缺陷的象素，每一个采样列数据与许多个参考列数据进行比较，参考列数据在一预定的允许误差范围内变动，以便样本列数据能在参考列数据在与其最相似的相位上进行比较，提高了图象的检测精度，同时避免了由于图象歪斜而造成的误检或漏检。
本发明的目的是要将记录在记录纸上的曲线信号通过一套装置采集到计算机里，由计算机对曲线的各项特性进行分析。在采集曲线信号的过程中，要用一种方法将记录纸上的底格信号删除，从而使计算机所采集到的只有曲线信号。本发明主要用于采集生理信号记录纸上的各种曲线，也可用于其他专业领域需要对记录纸上的曲线信号进行数据处理的场合。
本发明的构成是通过光电扫描机和接口电路把记录纸上的曲线信号传送到计算机接口，由计算机对曲线信号进行数据采集。先由光电扫描机将记录纸上的图象信号转变成电信号，该图象信号包括了曲线信号和记录纸上的底格信号以及其他干扰信号，一般来讲这些信号的电平值是高低不同的，根据这一特点，在接口电路中采用了电压比较技术，将来自光电扫描机的图象信号与一个可调的基准电平信号相比较，比较的结果将记录纸上的底格信号和其他干扰信号删除，将记录纸上的曲线信号经放大后输送到计算机接口。该电压比较技术是在接口电路中采用了一个电压加法器，将来自光电扫描机的图象正电平信号与一个可调的基准负电平信号相加。在图象正电平信号中，曲线信号的电平最低，底格信号的电平较高。该图象正电平信号与基准负电平信号相加后，使得曲线信号的电平值＜0，而底格信号的电平＞0，如果在加法器上还进行倒相和放大，则相加的结果就是曲线信号转变成放大的正电平信号，底格信号和其他干扰信号转变成负电平信号。在加法器后面接一个光电耦合管，使得负电平信号在通过光电耦合管时被删除，即光电管不导通，而该曲线正电平信号通过光电耦合管时光电管导通，经过光电耦合将曲线信号输出到计算机接口，由计算机进行数据采集，从而达到了计算机只接收曲线信号而滤掉记录纸底格信号的目的。
附
图1为本发明的光电扫描装置结构图;
附图2为蔽光盘外形图;
附图3为同步信号传输原理图;
附图4为本发明的接口电路图;
附图5为光电培增管输出波形图;
附图6为场效应管输出波形图;
附图7为信号电平与基准电平相加后的波形图;
附图8为运算放大器的输出波形图;
附图9为光电扫描过程原理图。
下面结合附图和实施例，对本发明的原理和结构作进一步说明。如附图1所示，在光电扫描机中有一个滚筒13，在滚筒13上有一个压条12，该压条12可将记录纸压在液筒13的表面，并随之一起转动。滚筒13的中心装有转轴，转轴的右端装在齿轮，电动机2通过变速齿轮1带动滚筒13转动，在滚筒轴的左端装有一蔽光盘16，蔽光盘16随滚筒13一起转动。如附图2所示，蔽光盘16上有一缺口，该缺口位置对准滚筒13上压条12的位置。在蔽光盘16的两侧装有光电发射接收器15，该光电发射接收器15由支架14固定在机架上。当滚筒13转动时，蔽光盘16在光电射和接收器之间转动，当转到缺口位置时，光电发射器发出的光信号照射到接收器上，接收器上就有信号输出，在其他位置上，由于光线被蔽光盘遮住，接收器上就没有信号输出。由于该蔽光盘是与滚筒同步转动的，因此光电发射接收器上所发出的信号实际上就是滚筒转角的同步信号。从光电发射接收器15产生的滚筒转角同步信号22经光电耦合管23以及二级与非门24，25然后送到计算机接口PB1，如附图3所示。在这里采用光电耦合管23主要是为了防止可能来自公共接地点的干扰信号，采用二级与非门主要是为了保护计算机输入输出口芯片，当出现干扰冲击时，与非门将被烧坏而计算机芯片得到保护。用二级与非门还考虑到了同步信号的相位问题。如附图3所示，在计算机接口芯片26的PB0口上还接了一个采样暂停按钮20，该采样暂停按钮20安装在光电扫描机上。采样暂停按钮20的常闭触点接+5V电压，常开触点接地。计算机接口芯片26的PB0口实际上是一个控制门，PB0为高电平时，输入口的门才被打开，同步信号及采样信号才能进入计算机，反之，输入口被封锁，信号不能进入计算机。在采样过程中，如果认为某一段曲线不需要采集，只要按下采样暂停按钮20就可以。设置采样暂停按钮，一方面可节省计算机内存，另一方面也可避免由于记录纸上的污点而造成的干扰信号，使计算机分析结果更为精确。如附图1所示，在光电扫描机上有一个光电扫描头11，该扫描头11跨骑在二根光滑导轨5、6上，在二根导轨之间有一根螺杆7与扫描头11呈螺纹连接，电动机3通过传动齿轮4可带动螺杆7转动，螺杆7的转动结果就带动扫描头11沿导轨作左右平移。在扫描头11上有一个发光头10和一个接收头9，发光头10发射出一束经过聚焦的光束，该光束照射在滚筒表面，形成一个光斑8，光斑的反射光通过接收头9被光电培增管27接收。接收头9实际上是采用了一个显微镜的物镜，其视角非常小，光斑中只有极小的一个针尖点被光电培增管27接收，该针尖点的分辩率大于每毫米12线。滚筒13的转动实现了光点的纵向扫描，扫描头11的横向移动实现了光点的横向扫描，二种扫描的合成形成了对图形的全部扫描。
如附图4所示，在接口电路中，由运算放大器28，信号输入电阻R8，基准电平输入电阻R，和反馈电阻W3构成电压加法器。扫描光点反射到光电培增管27，在光电培增管中产生电流，在光电培增管的阳极输出电压信号。由于该光电培增管阴极接有负高压，故阳极输出的电压信号为负电平信号。记录纸底色(一般为白色或灰色)的反射光最强，光电流最大，输出电压最低;记录底格的反射光次之，输出电压较高;记录纸上曲线一般用黑墨水或蓝墨水自动描绘，故曲线的反射光最弱，而输出电压最高。光电培增管输出电压波形如附图5所示。由于光电培增管属于真空管，输出阻抗很大，故用一个场效应管BG1与之耦合，并作倒相与放大，场效应管BG1的输出波形如附图6所示。该输出信号经过由晶体管BG2构成的射极跟随器整形，并作电流放大然后经输入电阻R8送到运算放大器28的反相输入端，通过电位器W2取出的基准负电平信号经过输入电阻R，也加到运算放大器28的反相输入端，运算放大器28的输出端与反相输入之间接有反馈电阻W3，运算放大器28的同相输入端通过电阻R10接地。由射极跟随器输出的电平信号与基准负电平信号相加后的结果是地整个电压波形往下拉，如附图7所示。但实际上运算放大器是采用了反相输入，输出与输入反相，故实际输出波形如附图8所示。根据这一原理，适当调节基准负电平，即调节电位器W2，总可使曲线信号输出正电平，底格和其他信号输出负电平，即把曲线信号与底格信号分离。调节反馈电阻W3还可以调节输出电平的幅值。运算放大器28的输出端依次通过限流电阻R11、光电耦合管29的输入端、限流电阻R13然后接负电压。光电耦合管29的输出端通过一个与非门30接计算机接口芯片26的PB2口，PB2口实际上是计算机的数据传输口。在接口电路中，有一个高压发生器31提供光电培增管27阴极所需要的负高压，调节电位器W1，可调节高压发生器31的输出电压，从而改变光电培增管27对光信号的敏感性。在射极跟随器的输出端接有一个电压指示器18，电压指示器18反映出曲线信号与底格信号的幅值，调节电位器W1使信号幅值满足需要。为了操作方便，电位器都安装在光电扫描机的面板上，如附图1所示，17为反馈电阻W3;19为电位器W2;21为电位器W1。在接口电路中，D1，D2和D3均为三点式稳压器，K1为总电源开关，K2为光电扫描机电源开关，接通电源开关K2，光电扫描机开始扫描。当光点扫到曲线信号时，运算放大器28输出高电平，光电耦合管29导通，该信号经过耦合及反相，在PB2口上得到高电平，计算机就采集到该信号，其他信号则光电耦合管不导通，PB2口为低电平，计算机则“认为”没有信号。
由于本发明通过硬件解决了滤掉底格信号的问题，因此本发明对计算机的要求非常低，普通的8位微机都能实施本发明。下面以8位机为例来说明本发明中计算机的工作原理。如附图9所示，一般的医用记录纸可同时记录四条曲线，由下往上数，各曲线区域依定义为0通道，1通道，2通道和3通道，各通道之间有2毫米的间隔，每通道的宽度为40毫米，光点自下往下扫描。为保证足够的采样精度，取每毫米12点，则在一个通道中要采集512点。采集记录纸上的曲线信号时，先将记录纸夹在光电扫描机的滚筒上，在0通道不到2毫米处划一条粗直线为基线，计算机工作过程为，光点到达A点，这时蔽光盘16送出同步信号，令计算机开始工作，以下50毫米为死区，计算机虽然开始工作，但不采集数据，目的是为了防止接近压条12处可能有干扰信号。过了50毫米，程序开始查询基线的到来，光点到达B点，即找到基线，这以后2毫米为死区，程序延时。光点到C点，程序延时结束，开始查询曲线信号，并使计数器开始工作。每查询一次，计数器加1，并作适当延时，直到40毫米的曲线区内512点采样完毕，这样就完成了0通道的数据采样。其他通道的工作情况相同。当光点到达F点后，程序对所有通道进行了一次扫描。在实际应用中对某些通道的曲线不需要采集，因此在采集信号前先要在计算机中设置所需采集的通道，采样程序作该通道长度的延时。每通道采样512点，对8位机来讲单字节计数器就不够计数，因此必须采用双字节计数，而采样得到的数据则只能是8位的，因此还必须对双字节计数值作单字节运算。例如计数值在256采集到了曲线数据，该数据值就为128。由于在40毫米宽的通道内要采样512点，每毫米就要采样12点，在一条曲线上也可能要采集到几个点，在一个扫描周期中要采到很多数据，如果在采样过程中处理这些数据微型机一般是来不及的，因此必须先把采集到的数据送内数据缓冲器，等程序运行到死区时再对这些数据进行处理。8位机的数据缓冲区的总长度为204字节，平均分配给四个通道，每个通道约50字节，对于正常的记录曲线来讲，这50个字节的数据已是只够用了。对数据缓冲区内的数据进行处理，主要是判别数据是否连续，即判别曲线是否连续，对于连续的数据求其平均值，对于本次扫描没有得到数据的情况，则取前一点的数据。连续性判断是将缓冲区内的数据与前次数据作比较，求出差值，如果差值小于规定值，则视为有效数据，否则被删除。但是对第一个数据，由于前面没有可作比较的数据，故不作分析，由此可见，第一个数据的正确性很重要，它将关系到以后数据的有效与否。这可利用暂停按钮20，开始描时按下暂停按钮，让光点扫描到正常曲线时放开按钮，计算机开始采集数据。对于处理完毕的数据送入计算机内存。在接口电路中，电位器W2的中点通过基准电平信号输入电阻R，接到运行放大器28的反相输入端，电位器W2的左端点经电阻R6接地，电位器W2的右端点通过电阻R7接负电压。
本发明采用硬件处理的方法滤掉了记录纸的底格信号，结构非常简单，生产成本低廉，并能与各种微机配套。实验证明，该发明不仅可滤掉有色底格，而且对一些底格颜色与曲线颜色非常接近的黑色底格，其滤格效果也非常好。本发明不仅可用于医用记录纸上离线信号的采集，而且还可广泛地应用于机械试验，生理分析等其他专业领域需要对记录纸上的曲线信号进行数据处理的场合。
权利要求
1.采集离线信号的方法，通过光电扫描机和接口电路把记录纸上的曲线信号传送到计算机接口，由计算机对曲线信号进行数据采集，其特征在于，在接口电路中采用了电压比较技术，将来自光电扫描机的图象信号与一个可调的基准电平信号相比较，比较的结果将记录纸上的底格信号和其他干扰信号删除，将记录纸上的曲线信号经放大后输送到计算机接口。
2.如权利要求1所述的采集离线信号的方法，其特征在于采用一个电压加法器，将来自光电扫描机的图象正电平信号与一个可调的基准负电平信号相加，相加以后的曲线信号转变成放大的正电平信号，并通过光电耦合管输送到计算机接口，底格信号和其他干扰信号转变成负电平信号，并通过光电耦合管给予删除。
3.采集离线信号的装置，由光电扫描机，接口电路和小型计算机构成，其特征在于a)在接口电路中，由运算放大器28，信号输入电阻R8，基准电平输入电阻R，和反馈电阻W3构成电压加法器，三极管BG2的发射极通过信号输入电阻R8接运算放大器28的反相输入端，电位器W2的中点通过基准电平信号输入电阻R，也接到运算放大器28的反相输入端，电位器W2的左端点经电阻R6接地，电位器W2的右端点通过电阻R7接负电压，运算放大器28的反相输入端与输出端之间有反馈电阻W3，运算放大器28的同相输入端通过电阻R10接地，运算放大器28的输出端依次通过限流电阻R11，光电耦合管29的输入端，限流电阻R13接负电压，光电耦合管29的输出端通过一个与非门30接计算机接口芯片26的PB2口;b)在光电扫描机中，电动机2通过变速齿轮1带动滚筒13转动，在滚筒13的另一端装有一蔽光盘16，蔽光盘16上有一缺口，在蔽光盘16的两侧装有光电发射接收器15，该光电发射接收器15由支架14固定在机架上，从光电发射接收器15产生的滚筒转角同步信号经光电耦合管23以及二级与非门24，25送到计算机接口芯片26的PB1口;c)在光电扫描机中，有一个采样暂停按钮20，采样暂停按钮20的中点接计算机接口芯片26的PB0口，其常闭触点接+5V电压，常开触点接地。
4.如权利要求3所示的采集离线信号的装置，其特征在于，蔽光盘16的缺口位置对准滚筒13上压条12的位置。
全文摘要
采集离线信号的方法和装置，属于应用电子设备识别图形的方法和装置技术领域。本发明是将记录纸上的曲线信号通过光电扫描机经接口电路送入计算机，由计算机对该曲线进行数据处理。在接口电路中将来自光电扫描机的电信号中的记录纸底格信号滤掉，使计算机接收到的只有曲线信号，简化了计算机的程序，也降低了对计算机的要求。本发明适于各种需要对记录纸上的曲线信号进行数据处理的场合。
文档编号G06K11/02GK1044723SQ89105469
公开日1990年8月15日 申请日期1989年1月31日 优先权日1989年1月31日
发明者李恬鉴, 凌培亮, 黄锡麟 申请人:同济大学, 杭州大学电子仪器厂