医学电子教学仪器综合实箱实验指导书

YJ-01型医学电子教学仪器综合实验箱实验指导书中国科学院安徽中科智能高技术有限责任公司目录第一部分综合实验箱简介................................1第二部分实验项目...................................3实验一温度测试...................................3实验二心血管参数测试..........................8实验三肺功能参数测试.........................20实验四握力测试.................................28实验五血压测试.................................32实验六心电测试.................................37第三部分附录...........................................46一、心血管参数测试.......................................46二、肺功能参数测试.......................................48三、血压测量.............................................50四、接口器件--PDIUSBD12USB...............................53五、软件及USB驱动安装...................................631YJ-01型医学电子教学仪器第一部分综合实验箱简介YJ-01型医学电子教学仪器综合实验箱以高性能的W78E516单片机作为核心控制器件，配以外存储器、接口器件、模/数转换等电路实现模拟信号的采集、转换和处理，以及各种状态的检测和控制。实验箱由温度测试、心血管功能测试、肺功能测试、握力测试、血压测试、心电测试六个实验组成，电路布局见图1.1。所有实验均由单片机配合程序分别控制完成，实验数据通过USB口上传到PC机。实验箱右侧上方有一个USB口联机通讯测试指示灯(LED)，当实验箱与PC机联机通讯成功时USB指示灯点亮，表示实验箱与PC机处于联机通讯测试状态。实验数据、曲线和参数均可在PC机上显示和保存。图1.1电路布局图2本实验箱供电电源为直流+10～+18V/1A，由外部提供。在实验前，用导线将电源引入实验箱左上侧的两个标有+15V和GND字样的接线柱，正端接红色接线柱，负端接黑色接线柱。打开PCB板上的电源开关，电源指示(绿色)灯亮，表明电源接通，可以正常操作。当出现异常时，应首先关闭电源，再检查相关电路，正常后再重新开启电源。实验前用USB连接线将实验箱的USB口与PC机USB口相连。在PC机退出联机通讯操作之前，不要关闭实验箱电源。推荐显示器屏幕分辨率设置为1024*768。【实验时，严禁带电装卸集成电路或更换元器件。严禁在联机通讯时带电拔USB通讯线。拔传感器时，不要用手直接拉传感器线，应握住传感器根部插头拔除。禁止将插线或其他导体放置于实验箱PCB板上，以免造成短路，损坏器件。】3第二部分实验项目实验一温度测试一、实验目的1、了解PT1000温度传感器的特性及使用方法。2、掌握温度测试电路的原理及设计方法。二、实验内容利用铂电阻温度传感器PT1000构成的测温电路，将测得的温度信号送入单片机处理，所测得的温度值在PC机上实时显示，温度值范围为0℃～100℃。三、实验原理1KJ1KJ1.1KJ1.1KJ1.2KJ1.2KJ1.3KJ1.3KJ100ΩJ*2100ΩJ*2100ΩJ*2100ΩJ*2RtR71R72R73R74R75R76R77R78PT1000（温度传感器）1/2U19(OPA2277)1/2U19R6610K(J)R671K(J)R6910K(J)R6875K(J)C42105RW5(3296)RW4(3296)500TEPRt50K326571C41104MC14032.5V132R7010K(J)C43104U18AD0809R79-R80R81-R82R83-R84R85-R86+5V-5VTEPvaTEPvbTEPvcPT1+5VPT2PT3PT4PT5PT6PT7PT8图2.1温度测试电路原理图1、温度测试电路原理图如图2.1。2、温度传感器由铂电阻PT1000构成，铂电阻一般以0.03～0.07mm的纯铂丝绕在平板型支架上，用银导线作引出线。铂电阻属无源器件，性能比较稳定。PT1000是铂电阻温度传感器，它适用于测量-60℃到+400℃之间的温度。PT1000在0℃时，阻值为1000Ω，随着温度的变化电阻值成线性变化，温度每变化1℃，电阻值相应变化3.90Ω。3、测温电路为恒流电路，即流经Rt的电流是恒定的。当温度变化时，PT1000温度传感器的电阻值相应变化，由于流经温度传感器的电流不变，其上电压随着阻值的变化而变化,TEPvb点的电压值亦随着变化，它反映的就是温度变化状况，后边由R69,R68,RW5和4运放组成的电路将TEPvb点的电压放大到0-5V范围内供A/D转换电路进行转换。在图2.1中，假定U19的反相输入(2脚)电压为e1,流经Rt的电流是i1，则有以下公式成立：i1=(Vin-e1)/R67--------式2.1式中：Vin为2.5VTEPvb=e1-(Vin-e1)/R67*Rt--------式2.24、表征温度的电压量送入模/数转换电路，MCS-51内的温度测试功能模块将其转换成数字量，经过处理换算，在PC机上显示其温度值。四、实验步骤温度测试电路布局如图2.2。图2.2温度测试电路布局图51、RW5是调整放大倍数的电位器，用电阻表测量“放大倍数调整”框内的RW5的阻值是否为6.8K左右，若偏离则调整RW5为6.8K。调整好以后用插线将“放大倍数调整”框中用虚线相连的两个插孔连起来。作为放大倍数的粗调。【注：在测量电阻值时，应将电阻或电位器与电路断开】图2.3放大倍数调节布局图由于元器件参数存在差异，最好在测试前，将温度传感器放入恒温液体（如水），用电阻表测量传感器的电阻值，按照3.90Ω对应1℃的关系换算成温度，如果偏离此值，则调整RW5。2、不接温度传感器,用插线将PT8的两端（1000Ω）与PT的两端分别相连，如图2.5。3、调零:用插线将“零点调整”框内用虚线相连的两个插孔连接起来,如图2.4，调整RW4,使得运放U9的1脚输出电压(TEPvb)为零或者接近于零（一般为+1mv以内）。用电压表监测。图2.4零点调整布局图6图2.5电阻布局图4、满量程调整:将PT8与PT断开，用插线将PT7的两端（1350Ω）与PT的两端分别相连,此时联机测量温度，显示的温度值应为89.7℃左右，如果不符合，调整RW5。5、依次分别将PT1～PT8与PT相连，测量运放U9的7脚输出电压TEPvc，记录各组数据，应符合实验原理中式2.2给出的关系式，绘出PT阻值与输出电压的关系曲线，观察并验证其线性度。PT1～PT8阻值如表2.1。由于电阻的离散性，实际电阻值可能与表2.1所列存在误差，应以实际电阻值为准。7PTiPT1PT2PT3PT4PT5PT6PT7PT8阻值（Ω）10501100115012001250130013501000TEPvc(V)温度值（℃）表2.16、用示波器（慢扫描）监视输出信号TEPvc，将Pt1000放入0℃-100℃的液体中，温度传感器阻值的变化引起输出信号波形变化，波形自起始点10%变化到稳定点90%的时间t即为传感器的延迟时间，可用不同温度的液体测量温度传感器的延迟时间。7、在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“温度实验”按钮进入温度测试。8、点击“测试”按钮，温度测试开始，显示的温度值为摄氏温度值，随着温度传感器的信号的变化,显示的温度值不断被刷新，显示如下：图2.6温度的最小显示值为0℃，最大值为100℃。如要停止温度测试，点击“停止”按钮即可。9、将PT1～PT8与PT断开，插入温度传感器，让温度传感器暴露在空气中，此时所测的温度即为室温。10、将温度传感器放在掌心或腋下三分钟以上,并确保紧密接触，显示的温度值即为体温。11、可将温度传感器放入已知温度的液体中，如温水，测量液体的温度。12、在测试结束后，可点击菜单“文件(&File)”下的子菜单“数据保存为txt文件(&Save)”，将测试数据保存为文本文件。8实验二心血管参数测试一、实验目的1、掌握血液循环系统血流动力流变学参数无创检测及实现方法。2、掌握检测心血管传感器特性和使用方法。3、掌握表征心血管参数波形及特征点的识别方法。二、实验内容通过心血管传感器，检测人体脉搏信号，经单片机处理以后，其脉搏信号波形可在PC机上实时显示，也可对脉搏信号波形的某些特征点进行编辑。三、实验原理图2.7脉搏波动信号链图2.7是一例测试成功的的脉搏波动链图。基线平稳，振幅适中，标志点明确，拐点清晰和细节分明。要想获取正确的脉图，除了必须将心血管传感器放于挠动脉搏动最强位置外，还必须对心血管传感器施加适当的预静压，所加的最佳预静压值应该获取最大的信号振幅，且保证脉波不发生畸变。为了描述实测脉图信号的振幅衰减和波形失真，我们定义两个判别系数：0)()(ppbcbc--------式2.3()()()()()()bfbcbfbcbfbfpppppp0010--------式2.4式中(bc)P0和(bf)P0分别为最佳预静压P0时心脏收缩期主动脉最高压力点的脉压振幅和舒张期二尖瓣关闭点的脉压振幅；(bc)p和(bf)p分别为实测预静压P时相对应的值。9为振幅衰减系数，它反应由于预静压不当所引起的信号幅度衰减；为波形失真系数，它反应过度预静压引所起的血流被阻断而产生的波形失真。图2.8振幅衰减系数和波形失真系数与预静压的关系由图2.8所示，在pp1区间内，1，检测信号幅度太小，当pps时，1，并随p的增加而迅速变小，波形严重失真，所以测试不能获得有效信号；在p1--p2区间内，0.707，1，脉图有效，但常会使标志点的识别困难；在p2--po区间内，是预静压最佳测试区，该区间约有50mmHg的压力宽度，测试者很容易控制并获取正确的脉图。仪器建议的最佳预静压是被测者的舒张压Pd。在完成脉图的取样、量化及存贮操作后，脉图信号的处理包括基线零漂补偿，幅值归一化，脉图标志点识别以及脉图输入参数的确定；其次还需对脉图求面积以及对面积求重心，然后按弹性腔模型导出的公式进行数据运算，最后显示、存贮和打印输出参数。所有功能的实现由微处理器完成操作，现在对脉图标志点识别处理方法加以说明。脉图波形识别采用模式识别技术中的句法模式识别法来实现。脉搏波形基本上是一维信号，图2.9所示为一个心搏周期所截的典型脉波，脉图的标志点和曲线具有明确的血流动力流变学的生理涵义，它们的对应关系如图所示：图2.9完整的典型脉搏波形图10a波：左心房收缩开始点c点：主动脉最高压力点m，n点：主动脉振荡点e点：左心室停止射血点e1点：左心室舒张降压点e2点：主动脉瓣关闭点f点：二尖瓣关闭点g波：主动脉弹性回缩波a’波：左心房收缩开始心脏收缩期时段T1心脏舒张期时段T2R92R93R96R94C52C51C48C46C47-5+5V+5+5V-5VVI-VI+XXGADR951234SENSORGNDXXVb+5VXXVaXXVcXXVdXXVeXXVfAD0809RW8(3296)100KU22/(OPA277)RW10WXD3-13)10KRW9(3296)10K32184AR98200KC496831/2U23(OPA2277)R9720KR9910KC5047365+5V-5V1/2U23(OPA2277)715K1041041M1051041045.1K5.1K100K2367+5V4-5V图2.10心血管参数测试电路原理图1、心血管参数测