基于fpga的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，包括脈搏傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、液晶顯示屏和PC機(jī)；所述脈搏傳感器用于脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述信號(hào)調(diào)理電路用于將電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將信號(hào)調(diào)理電路輸出的電信號(hào)進(jìn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；所述FPGA用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理，處理后的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，同時(shí)FPGA也將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。本實(shí)用新型選用FPGA為主控芯片，可實(shí)時(shí)采集、處理和顯示脈搏信號(hào)，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。在脈搏信號(hào)的模擬處理設(shè)計(jì)中，綜合采用了各種抗干擾措施，得到了清晰穩(wěn)定的脈搏信號(hào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物信號(hào)采集領(lǐng)域，特別涉及一種基于基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)以及日常的中老年保健中，脈搏是一項(xiàng)基本的生命指標(biāo)，因而脈搏測(cè)量是最常見(jiàn)的生命特征的提取。
[0003]中醫(yī)診脈具有歷史悠久，內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，但是和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)、狀態(tài)等有根本聯(lián)系，所以帶有很大的個(gè)人主觀性，不是很客觀。隨著近年來(lái)科技的快速發(fā)展，診脈客觀化和智能化的研究也得到了一定的進(jìn)步。在診脈客觀化的研究中，脈搏信息的獲取是脈搏采集裝置中最為重要的部分。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的就是提供一種基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)在脈搏信號(hào)的模擬處理設(shè)計(jì)中，綜合采用了各種抗干擾措施，得到了清晰穩(wěn)定的脈搏信號(hào)。
[0005]本實(shí)用新型的該目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，包括脈搏傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、液晶顯示屏和PC機(jī)；
[0006]所述脈搏傳感器用于脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0007]所述信號(hào)調(diào)理電路用于將電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；
[0008]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將信號(hào)調(diào)理電路輸出的電信號(hào)進(jìn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
[0009]所述FPGA用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理，處理后的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，同時(shí)FPGA也將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。
[0010]進(jìn)一步，所述信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、濾波電路和50Hz陷波電路；
[0011]所述前置放大電路用于對(duì)脈搏傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大；
[0012]所述濾波電路用于前置放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0013]所述50Hz陷波電路用于對(duì)濾波電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0014]進(jìn)一步，所述前置放大電路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管腳I與管腳8經(jīng)過(guò)第十二電阻連接；管腳7接電源并接對(duì)地的第十二電容；管腳2接脈搏傳感器采集到的電壓信號(hào)；管腳3接第一電容且其與第一電容的公共端接對(duì)地第十一電阻；管腳5接地，管腳4經(jīng)第十三電容接地，管腳6作為輸出端與濾波電路的輸入端連接。
[0015]進(jìn)一步，所述濾波電路包括高通濾波電路和二階低通濾波電路，所述高通濾波電路包括八階壓控電壓高通濾波器由四個(gè)二階壓控電壓源和第一 LM324及其第一 LM324的外圍電路構(gòu)成；所述二階壓控電壓源包括第二 LM324、第二電容、第三電容、第四電阻、第五電阻；所述第二電容的一端與第三電容的一端連接，第三電容的另一端與第二 LM324的正向輸入端連接，第二電容的另一端與前置放大電路的輸出端連接；所述第二電容和第三電容的公共端經(jīng)第四電阻與第二 LM324的輸出端連接，第二 LM324的正向輸入端與第三電容的公共端與第五電阻連接，第二 LM324的反向輸入端與第二 LM324的輸出端連接，第二 LM324的輸出端與下一個(gè)二階壓控電壓源的輸入端連接；所述第五電阻與第一 LM324的輸出端連接，第一 LM324的反向輸入與第一 LM324的輸出端連接，第一 LM324的正向輸入端經(jīng)第十三電阻與電源連接，所述第一 LM324的正向輸入端與第十三電阻的公共端分別接對(duì)地的第十電容、對(duì)地的第i^一電容和對(duì)地的第十二電阻；
[0016]所述二階低通濾波電路包括第三LM324、第二十電阻、第十四電阻、第十四電容和第十五電容；所述第二十電阻的一端與八階壓控電壓高通濾波器的輸出端連接，所述第二十電阻的另一端經(jīng)第十四電阻與第三LM324的正向輸入端連接，所述第三LM324的反向輸入端與第三LM324的輸出端連接，所述第二十電阻與第十四電阻的公共端經(jīng)第十四電容與第三LM324的輸出端連接，所述第十四電阻與第三LM324的公共端接對(duì)地第十五電容。
[0017]進(jìn)一步，所述50Hz陷波電路包括第四LM324、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第十六電容、第十七電容和第十八電容；二階低通濾波電路的輸出信號(hào)分兩路，一路依次經(jīng)第十六電容、第十七電容與第四LM324的正向輸入端連接，另一路依次經(jīng)第十五電阻、第十六電阻與第四LM324的正向輸入端連接，第十六電容與第十七電容的公共端經(jīng)第十七電阻與LM324的輸出端連接，所述第十五電阻與第十六電阻的公共端經(jīng)第十八電容接地，所述第四LM324的反向輸入端經(jīng)第十九電阻與第四LM324的輸出端連接，第十九電阻與第四LM324的公共端接對(duì)地第十八電阻。
[0018]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0019]本實(shí)用新型選用FPGA為主控芯片，可實(shí)時(shí)采集、處理和顯示脈搏信號(hào)，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。在脈搏信號(hào)的模擬處理設(shè)計(jì)中，綜合采用了各種抗干擾措施，得到了清晰穩(wěn)定的脈搏信號(hào)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]本實(shí)用新型的【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下。
[0021]圖1為系統(tǒng)總體框圖；
[0022]圖2為前置放大電路圖；
[0023]圖3為高通濾波器電路圖；
[0024]圖4為二階低通濾波器；
[0025]圖5為50Hz陷波器電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]圖1示出了基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，所述的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)包括，脈搏傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、液晶顯示屏和PC機(jī)，所述脈搏傳感器用于脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0028]所述信號(hào)調(diào)理電路用于將電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；
[0029]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將信號(hào)調(diào)理電路輸出的電信號(hào)進(jìn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
[0030]所述FPGA用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理，處理后的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，同時(shí)FPGA也將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。
[0031]在本實(shí)用新型中，由于脈搏信息中最為重要的是各種與力相關(guān)的綜合信息，所以采用的是最新的研究成果PVDF壓電聚合物傳感器，該傳感器在其厚度方向上伸縮振動(dòng)的諧振頻率很高，能在較寬的范圍內(nèi)具有較平坦的頻率響應(yīng)，能夠完全感測(cè)到微弱而且頻率低的人體脈搏信號(hào)。
[0032]所述信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、濾波電路和50Hz陷波電路；
[0033]所述前置放大電路用于對(duì)脈搏傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大；
[0034]所述濾波電路用于前置放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0035]所述50Hz陷波電路用于對(duì)濾波電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0036]由于脈搏傳感器輸出的信號(hào)一般在0_5mV之間，不能用作后續(xù)的處理，所以必須使用放大電路對(duì)其進(jìn)行放大處理。其中前置放大是本系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該電路性能的好壞會(huì)直接影響到系統(tǒng)最后的分析處理結(jié)果。在本系統(tǒng)中選用AD620集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)了前置放大電路，如圖2所示即為前置放大電路圖。
[0037]所述前置放大電路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管腳I與管腳8經(jīng)過(guò)第十二電阻連接；管腳7接電源并接對(duì)地的第十二電容；管腳2接脈搏傳感器采集到的電壓信號(hào)；管腳3接第一電容Cl且其與第一電容Cl的公共端接對(duì)地第i^一電阻RlO ;管腳5接地，管腳4經(jīng)第十三電容C13接地，管腳6作為輸出端與濾波電路的輸入端連接。
[0038]放大電路輸出的信號(hào)中除了夾雜著不少的工頻干擾外，還有很多低頻分量，比如呼吸噪音、傳感器和皮膚的摩擦聲、放大器的失調(diào)漂移等，不僅會(huì)導(dǎo)致信號(hào)被淹沒(méi)，而且不利于后續(xù)的處理。所以，在實(shí)用新型采用了一個(gè)高通濾電路來(lái)濾除這些干擾，高通濾波電路的截止頻率為0.8Hz，如圖3所示即為高通濾波器電路圖。
[0039]所述濾波電路包括高通濾波電路和二階低通濾波電路，所述高通濾波電路包括八階壓控電壓高通濾波器由四個(gè)二階壓控電壓源和第一 LM324及其第一 LM324的外圍電路構(gòu)成；所述二階壓控電壓源包括第二LM324、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻R4、第五電阻R5 ;所述第二電容C2的一端與第三電容C3的一端連接，第三電容C3的另一端與第二LM324的正向輸入端連接，第二電容C2的另一端與前置放大電路的輸出端連接；所述第二電容C2和第三電容C3的公共端經(jīng)第四電阻R4與第二 LM324的輸出端連接，第二 LM324的正向輸入端與第三電容C3的公共端與第五電阻R5連接，第二 LM324的反向輸入端與第二 LM324的輸出端連接，第二 LM324的輸出端與下一個(gè)二階壓控電壓源的輸入端連接；所述第五電阻R5與第一 LM324的輸出端連接，第一 LM324的反向輸入與第一 LM324的輸出端連接，第一 LM324的正向輸入端經(jīng)第十三電阻R13與電源連接，所述第一 LM324的正向輸入端與第十三電阻Rl3的公共端分別接對(duì)地的第十電容ClO、對(duì)地的第i^一電容Cl I和對(duì)地的第十二電阻R12 ；
[0040]從高通濾波器電路中出來(lái)的信號(hào)，還混有較高頻率的干擾信號(hào)，為了達(dá)到較好的效果，所以在高通濾波器后面又加了一個(gè)由2個(gè)二階低通濾波電路組成的四階低通濾波電路，用來(lái)濾除高頻噪聲和干擾信號(hào)，如圖4即為二階低通濾波器。
[0041]所述二階低通濾波電路包括第三LM324、第二十電阻R20、第十四電阻R14、第十四電容C14和第十五電容C15 ;所述第二十電阻R20的一端與八階壓控電壓高通濾波器的輸出端連接，所述第二十電阻R20的另一端經(jīng)第十四電阻R14與第三LM324的正向輸入端連接，所述第三LM324的反向輸入端與第三LM324的輸出端連接，所述第二十電阻R20與第十四電阻R14的公共端經(jīng)第十四電容C14與第三LM324的輸出端連接，所述第十四電阻R14與第三LM324的公共端接對(duì)地第十五電容C15。
[0042]由于我國(guó)的市電是頻率為50Hz的交流電,雖然經(jīng)過(guò)一系列的變換后供系統(tǒng)使用，但是電源仍然有一定的紋波，這種由紋波對(duì)系統(tǒng)電路產(chǎn)生的干擾被稱(chēng)為工頻干擾。所以本設(shè)計(jì)采用一個(gè)低通濾波器和一個(gè)高通濾波器并聯(lián)產(chǎn)生的雙T陷波器，來(lái)消除工頻干擾，如圖5即為50Hz陷波器電路圖。
[0043]所述50Hz陷波電路包括第四LM324、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第十六電容C16、第十七電容C17和第十八電容C18 ；二階低通濾波電路的輸出信號(hào)分兩路，一路依次經(jīng)第十六電容C16、第十七電容C17與第四LM324的正向輸入端連接，另一路依次經(jīng)第十五電阻R15、第十六電阻R16與第四LM324的正向輸入端連接，第十六電容R16與第十七電容R17的公共端經(jīng)第十七電阻R17與LM324的輸出端連接，所述第十五電阻R15與第十六電阻R16的公共端經(jīng)第十八電容R18接地，所述第四LM324的反向輸入端經(jīng)第十九電阻R19與第四LM324的輸出端連接，第十九電阻R19與第四LM324的公共端接對(duì)地第十八電阻R18。
[0044]由PVDF傳感器檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路的處理后，需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才可送入FPGA進(jìn)行處理，本設(shè)計(jì)中采用AD1674進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0045]本實(shí)用新型在工作時(shí)，脈搏傳感器可將微弱的脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換為微弱的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路的作用是把接收到的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行一系列的放大、濾波等處理。之后把調(diào)理電路輸出的模擬信號(hào)送往A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后再送入FPGA進(jìn)行相應(yīng)的處理后將數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，同時(shí)也將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。
[0046]本實(shí)用新型選用FPGA為主控芯片，可實(shí)時(shí)采集、處理和顯示脈搏信號(hào)，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。在脈搏信號(hào)的模擬處理設(shè)計(jì)中，綜合采用了各種抗干擾措施，得到了清晰穩(wěn)定的脈搏信號(hào)。
[0047]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括脈搏傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、液晶顯示屏和PC機(jī)； 所述脈搏傳感器用于脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 所述信號(hào)調(diào)理電路用于將電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將信號(hào)調(diào)理電路輸出的電信號(hào)進(jìn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； 所述FPGA用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理，處理后的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，同時(shí)FPGA也將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的前置放大電路、濾波電路和50Hz陷波電路； 所述前置放大電路用于對(duì)脈搏傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大； 所述濾波電路用于前置放大電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 所述50Hz陷波電路用于對(duì)濾波電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述前置放大電路包括差分放大器AD620，所述差分放大器AD620的管腳I與管腳8經(jīng)過(guò)第十二電阻連接；管腳7接電源并接對(duì)地的第十二電容；管腳2接脈搏傳感器采集到的電壓信號(hào)；管腳3接第一電容且其與第一電容的公共端接對(duì)地第i^一電阻；管腳5接地，管腳4經(jīng)第十三電容接地，管腳6作為輸出端與濾波電路的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述濾波電路包括高通濾波電路和二階低通濾波電路，所述高通濾波電路包括八階壓控電壓高通濾波器由四個(gè)二階壓控電壓源和第一 LM324及其第一 LM324的外圍電路構(gòu)成；所述二階壓控電壓源包括第二 LM324、第二電容、第三電容、第四電阻、第五電阻；所述第二電容的一端與第三電容的一端連接，第三電容的另一端與第二 LM324的正向輸入端連接，第二電容的另一端與前置放大電路的輸出端連接；所述第二電容和第三電容的公共端經(jīng)第四電阻與第二LM324的輸出端連接，第二 LM324的正向輸入端與第三電容的公共端與第五電阻連接，第二LM324的反向輸入端與第二 LM324的輸出端連接，第二 LM324的輸出端與下一個(gè)二階壓控電壓源的輸入端連接；所述第五電阻與第一 LM324的輸出端連接,第一 LM324的反向輸入與第一 LM324的輸出端連接，第一 LM324的正向輸入端經(jīng)第十三電阻與電源連接，所述第一LM324的正向輸入端與第十三電阻的公共端分別接對(duì)地的第十電容、對(duì)地的第i^一電容和對(duì)地的第十二電阻； 所述二階低通濾波電路包括第三LM324、第二十電阻、第十四電阻、第十四電容和第十五電容；所述第二十電阻的一端與八階壓控電壓高通濾波器的輸出端連接，所述第二十電阻的另一端經(jīng)第十四電阻與第三LM324的正向輸入端連接，所述第三LM324的反向輸入端與第三LM324的輸出端連接，所述第二十電阻與第十四電阻的公共端經(jīng)第十四電容與第三LM324的輸出端連接，所述第十四電阻與第三LM324的公共端接對(duì)地第十五電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的基于FPGA的脈搏信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述50Hz陷波電路包括第四LM324、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第十六電容、第十七電容和第十八電容；二階低通濾波電路的輸出信號(hào)分兩路，一路依次經(jīng)第十六電容、第十七電容與第四LM324的正向輸入端連接，另一路依次經(jīng)第十五電阻、第十六電阻與第四LM324的正向輸入端連接，第十六電容與第十七電容的公共端經(jīng)第十七電阻與LM324的輸出端連接，所述第十五電阻與第十六電阻的公共端經(jīng)第十八電容接地，所述第四LM324的反向輸入端經(jīng)第十九電阻與第四LM324的輸出端連接，第十九電阻與第四LM324的公共端接對(duì)地第十八電阻。
【文檔編號(hào)】A61B5/02GK204091957SQ201420413272
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王濤, 劉文博 申請(qǐng)人:西北民族大學(xué), 王濤, 劉文博