医学电子教学仪器综合实箱实验指导书

1、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1 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-PDIUSBD12USB53五、软件及USB驱动安装63 YJ-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

2、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

3、，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。】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

4、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0100。 三、实验原理图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0.030.07mm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1000，随着温度的变化电阻值成线性变化，温度每变化1，电阻值

5、相应变化3.90。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

6、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1、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3.90对应1的关系换算成温

7、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（1000）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（1350）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PT1PT8与PT相连，测量运放U9的7脚输出电压TEPvc，记录各组数据，

8、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。PT1PT8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。PTiPT1PT2PT3PT4PT5PT6PT7PT8阻值（）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。

9、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PT1PT8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“

10、数据保存为txt文件(&Save)”， 将测试数据保存为文本文件。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

11、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： -式 2.3 -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。l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；h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l和波形失真系数h与预静压的关系 由图2.8所示，在p<p1 区间内，l

12、< < 1，检测信号幅度太小，当p > ps 时， h < 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，l£0.707， h » 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

13、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a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

14、脏舒张期时段 T2图2.10 心血管参数测试电路原理图1、 心血管参数测试电路如图2.10所示，传感器为压力传感器，基于脉压法原理，测量范围050g，精度误差5%F.S，灵敏度20mV/ F.S。所测得的人体脉搏信号为毫伏级，需要进行放大。U22为差动放大电路，U23为放大及直流电位抬高电路；U22的输出为:XXVc=(RW8/R92)*(VI+-VI-)； -式 2.5U23的输出为:XXVf=(R98/RW9)*XXVc*(R97/R99)； -式 2.6同时将XXVf的基准电位抬高： (R99/RW10+R96)*(- 5V) -式 2.7抬高输出信号基准电位的目的是避免输出信号出现负电

15、位，如图2.12所示。因为A/D转换器只接受05V的输入模拟电压，一般将直流电位抬高1.5V左右即可。图2.11 U22的输出信号 (直流电位未抬高)图2.12 U23的输出信号 (直流电位抬高)2、 本功能模块电路的输出信号送至模/数转换器的输入端，MCS-51内的心血管测试模块实时地将测试数据通过USB口送到PC机，PC机依据所确定的数学模型，对测试的数据进行分析、鉴别、计算、处理，最终获得一系列的心血管参数值。四、实验步骤心血管参数测试电路布局如下： 图2.13 心血管测试布局图1、 将“一级放大调整”框内的用虚线相连的两个插孔用插线连接,如下图：图2.14 一级放大调整布局图将“二级放

16、大调整”框内的用虚线相连的两个插孔用插线连接,如下图：图2.15 二级放大调整布局图将“基准调整”框内的用虚线相连的两个插孔用插线连接 。如下图：图2.16 基准调整布局图2、 不接心血管传感器，将峰-峰值为1520mV，频率为2050Hz的信号源代替传感器的输入信号，正端用连接线接入Vin+插孔，负端接入Vin-插孔。用示波器观察U22的输出XXVc，其峰-峰值应为100150mV，RW8阻值为25K左右。U23的7脚输出信号XXVf峰-峰值应为3.5V左右，如偏离调整RW9，其阻值一般为67K左右。3、 去除信号源，连接心血管参数测试传感器，将心血管传感器贴近桡动脉脉搏最强处,获得脉搏信号

17、，用示波器观察U22的输出端XXVc信号，其显示波形可参照实验指导书的附录中人体七种典型脉搏波形。4、 正常的心血管参数波形出现后, 调整RW8, 改变放大倍数,用示波器观察XXVf,其波形的幅度随着RW8的改变而改变。观察结束后，将RW8调整在25K左右，调整的方法：将“一级放大调整”框内的用虚线相连的两个插孔之间的插线拔除,用电阻表测量RW8。调整好以后恢复插线。5、 调整RW9，改变第二级放大倍数，用示波器观察U23的1脚XXVe信号，可看到其幅度变化，一般信号输出的最大幅度调至4.0V左右。调整的方法与调整RW8类似。6、 调整RW10，改变输出信号的直流电位基准，一般RW10调整在7

18、8K，调整的方法与调整RW8类似,这是为了适应A/D电路所要求的输入信号范围。调整中用示波器察看U23的输出端XXVf，可见其波形上下移动。一般调在1.5V左右,当不施加脉搏信号时，可在输出端测得其直流电平为1.5V。7、 脉搏传感器输出信号与测量位置和施加预压力大小有关，观察和记录不同位置和不同预压力时的输出波形。 8、 用示波器顺序观察U22的6脚XXVc，U23的3脚XXVd，U23的7脚XXVf波形，并记录它们在不同条件下的变化情况。9、 对PC机所显示的波形某些特征进行处理，以帮助对特征点的识别和理解。10、不同原理的脉搏传感器测试，比较脉搏波的波形。11、心血管功能实验由心血管功能

19、信息、心血管功能测试、心血管功能测试历史组成。12、心血管功能信息点击“心血管功能信息”菜单进入心血管功能信息输入，显示如下：图 2.17 以上各参数的具体含义：姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别、收缩压、舒张压，分别为被测试者的姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别、收缩压、舒张压。在各参数正确输入后，按“确定”按钮。13、心血管功能测试在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“心血管实验”按钮进入心血管功能测试，显示如下：图 2.18按照软件界面上的提示，将脉搏传感器固定好，点击“测试”按钮，此时从脉搏传感器采集到的脉搏信号经软件处理后脉搏波形显示在屏幕上，显示如下：图 2.19测试者可根据波

20、形的情况调整脉搏传感器的位置，直到显示的波形符合脉搏波形（具体波形的样式可参阅实验指导书的附录部分），点击“停止”按钮，显示如下：图 2.20在点击“信息”按钮后，显示如下：图 2.21输入测试者的相关信息，点击“确定” 按钮，测试者信息输入结束（同时可人工点击鼠标修改波形的E点和F点，心血管波形特征点的医学解释：E点：左心射血停止点， F点：二尖瓣开放点）。用鼠标选中波形（即使用鼠标的左键点击波形，波形选中后波形的颜色发生变化），选中波形后“专家” 按钮变为可选，显示如下： 图 2.22点击“专家” 按钮，显示如下：图 2.23显示的是测试诊断结果（分为心脏功能、肺功能、血液功能、血管功能、

21、微循环功能）。点击“参数” 按钮，可查看各参数的测试结果，显示如下：图 2.24点击各参数名称显示参数的解释含义，显示如下：图 2.2514、心血管功能测试历史图 2.26可根据时间范围查询测试者的测试记录，要查看某条数据记录，双击该数据记录或点击“打开”按钮，显示如下：图 2.2715、可点击菜单“文件(&File) ”下的子菜单“波形数据保存为txt文件(&Conserve)”， 将测试的波形数据保存为文本文件。16、实验结束，应将与RW8，RW9，RW10相连的插线除去。实验三 肺功能参数测试一、 实验目的1、掌握无创检测肺功能参数的电路实现原理和设计方法。2、通过实验了

22、解肺功能参数的定义及其临床意义。3、掌握肺功能传感器的使用方法。二、实验内容肺功能传感器获取的信号经放大调整后，进行模/数转换，波形图可在PC机上显示，同时PC机对波形处理后得出相关的各项参数。三、 实验原理图 2.28 肺功能参数测试电路原理图图2.29 输出信号(直流电位未抬高)图2.30 输出信号(直流电位已抬高)1、肺功能检查通常分为三类：成像类、生化类和动力学肺功能参数测量。本实验采用第三类测量方法，以呼吸系统动力学原理测量有关肺功能参数，如呼气肺活量、用力肺活量等，综合评估这些参数，能有效反映肺脏、气管、支气管等呼吸道器官的状态及其调节功能。2、肺功能参数测试电路见图2.28。肺功

23、能测试传感器采用差压式孔板流量传感器,气流通过孔板在孔板两端形成的压力差反映了气流流量的大小,通过传感器的气流流速不同,其输出电压信号不同，传感器腔的直径为20mm，中间小挡气流孔的直径为12mm。设气流流速为I(单位L/MIN)，输出信号为Vin(单位mv),根据标定结果得到如下拟合曲线。1) 当Vin>=0(mv), -式 2.82) 当Vin<=0(mv), -式 2.93、人在吹吸气过程中，通过传感器获得与气流信号相对应的电压信号。电压信号经过电压跟随器U24以后进入放大电路，作为传感器与放大电路之间的缓冲与阻抗匹配。电压跟随器的突出优点是具有极高的输入阻抗和较低的输出阻抗

24、。U25将传感器的输出信号进行放大； U25/A第一级输出为：FVa=(RW11/R100)×(VIN+ - VIN-)； -式 2.10U25/B第二级输出为: FVb= FVa×(1+RW12/R104+RW12/R105)+RW12×5/R104 -式 2.11式中RW12×5/R104为上拉电压。呼吸气时，传感器输出信号有正负，需要将基准电位抬高，以避免出现负信号送入模/数转换电路的情况出现。4、如上所述，U25的输出信号FVc实际上表示的是气体流量参数I，经MCS-51单片机处理后，测试数据通过USB口传到PC机，PC机将气体流量参数、流速参数

25、代入一系列的积分公式，计算出若干项表征肺功能的参数，参数的具体含义见肺功能测试结果的注释。5、肺功能参数计算公式：找出波形特征点：a、b、c、d、e、f 图2.31flowdata：采样值转换后的流量值，公式中的常数k为经验系数最大肺活量= -式 2.12用力肺活量= -式 2.13最大呼气流量=|flowdata(e点X轴)| -式 2.14最大呼气中段流量= k *用力肺活量 -式 2.15四、实验步骤 肺功能参数电路布局图如图2.32：图2.32 肺功能参数测试电路布局图1、依照原理图将电阻用插线连接。各由三个电阻构成的“R100 R105组”分别与电路中R100R105相对应， 可从3

26、个不同阻值的电阻中选择一个作为R100R105,以R100为例说明其连接方法，其余与R100类似。如下图所示： 图 2.33上面一个插孔有三条虚线分别与下端三个插孔相连，其下端所指向的3个插孔是3个不同的电阻选择。例如，如果将下端3个插孔的中间一个与上端插孔相连，则R100为3.3K电阻，建议选择阻值如下：RR100 R101 R102 R103 R104 R105 阻值3.3K3.3K 100K15K180K 15K表 2.22、放大倍数调整。测量RW11阻值应为9296K，如果偏离，则调整RW11，调好后用插线将“放大倍数调整”框中用虚线相连的两个插孔连接起来。如下图所示：图 2.343、

27、测量RW12阻值应为6K左右，如果偏离，调整RW12，调好后用插线将“基准调整”框中虚线相连的两个插孔连接起来。如下图所示：图 2.354、不接肺功能传感器，将峰-峰值50mv，频率为1020Hz的信号取代传感器输出信号，正端用连接线接入Vin+插孔，负端接入Vin-插孔。用示波器观察输出信号Fvc，Fvc峰-峰值应为3.5V左右。5、去除信号源，接肺功能测试传感器，用纸咬嘴套在传感器吹嘴上，用嘴对着传感器腔体先吸后吹，即吸足气后，猛力快速用最高呼气流量向传感器内吹气，得到的波形如图2.30所示。6、吹吸气时，用示波器观察Fva、FVb、FVc，可见波形如图2.29或图2.30所示，调整RW1

28、1改变放大倍数，输出波形幅度随之改变。调整RW12，除改变放大倍数外，同时还改变输出信号的直流基准电位；一般基准电位确定在2.02.2V，当不施加传感器信号时，可在U25/B的输出端测得直流电位为2V左右；可观察到输出信号波形上下移动。进行本实验后，应将电位器恢复到本实验第3，4条所推荐的电阻值。7、肺功能信息输入 点击菜单“肺功能”下的子菜单“肺功能信息”进入肺功能信息输入，显示如下：图 2.36以上各参数的具体含义：姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别，分别为被测试者的姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别。8、肺功能测试 在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“肺功能实验”按钮进入肺功能测试

29、，显示如下：图 2.37具体测试方法：测试时测试者平静呼吸，然后用力吸气，紧接着用力呼气，点击“停止”按钮，显示如下：图 2.38选择测试者的信息，点击“信息”按钮，以确认测试者的信息参数，再点击“专家”按钮，计算得出测试结果，显示如下：图 2.39点击各超链接可查阅参数的医学含义，如点击“最大肺活量”，显示如下：图 2.40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(&Conserve)”，将测试的波形数据保存为文本文件。9、实验结束，将所有连接线除去。实验四 握力测试一、实验目的1、掌握握力测试电路的原理及设计方法。2、了解握力测试传感器

30、的构成及使用方法。二、实验内容 握力测试传感器获取的信号经电路放大处理后送入模/数转换电路, MCS-51内的握力测试模块将其转换成数字信号，得出握力值传到PC机上显示。三、实验原理 图2.41 握力测试电路原理图握力测试传感器为压力传感器，受力范围为0 Kg50Kg, 精度误差1%F.S。在+5V 电源工作条件下, 满量程输出为10.45mV左右, 传感器受力后，输出与受力大小成线性比例关系的电压信号，此信号经仪表放大器INA128放大后, 送至模/数转换电路, MCS-51内的握力测试模块将此信号转换为数字信号，并依据一定的关系式得出握力值，传到PC机上显示。四、实验步骤握力测试电路布局如

31、下：图2.42 握力测试电路布局图1、INA128是差分仪表放大器，其所接的电位器RW6用于调整放大倍数。在握力测试之前，应首先测量RW6的阻值，根据传感器的特性，RW6应调在147.5左右。如果偏离此值，则调整RW6，调整完毕后用插线将“放大倍数调整”框中虚线所连的两个插孔连接起来。如下图所示：图2.43 放大倍数调整图2. 零点调整。接上握力传感器，不施加力，用电压表测量U20的输出端信号WLVc，应小于5mv。如果不符合要求，调整“零点调整”框中的RW7，调整前用插线将“零点调整”框中虚线所连的两个插孔连接起来。图2.44 零点调整图3、在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“握力实验”按

32、钮进入握力测试，显示如下：图 2.45点击“测试” 按钮，握力测试开始，测试者用力握“握力传感器”，显示如下：图 2.46显示的握力值分为实测握力和最大握力，握力测试值的最小为0kg，最大值为50kg。如要停止握力测试，按“停止” 按钮即可。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)”，将测试的数据保存为文本文件。4、实验完毕，插线除去。实验五 血压测试一、实验目的1、掌握电子血压计的原理及实现方法。2、了解用于测量血压的压力传感器的特性。二、实验内容使用充气泵、放气阀、压力传感器、腕带等材料，经过充气和放气过程获得传感器输出的

33、压力信号，通过对压力信号的识别与处理，计算出人体收缩压和舒张压，血压数据传到PC机上显示。三、实验原理图2.47 血压测量电路原理图 图2.48 波形图1、 血压传感器为压力传感器，测量范围：40 mmHg280mmHg，测量精度：静态压力±3 mmHg。2、由U16/A构成的电路给传感器供电，传感器输出信号送到U16/B进行放大，RW2用于零点调整，U16/B的输出信号: XYVd=R56*(Vout+ - Vout-)/R53 + R56*VSR/ R52，它送到U16/C比较器的负端，其正端为一个积分信号，积分信号受程序发出的XY50Hz信号控制, 如图2.48所示。在每个周期

34、的高电平期间Q11导通，积分电容C40放电，时间大约为2ms，在18 ms的低电平期间，积分电容充电波形如图2.48中的图2所示，当积分电容上的信号幅度超过传感器的输出信号时，比较器U16/C输出翻转(图2.48中的图3), 再经过Q12的反相, 最后输出一串频率为50Hz的占空比变化的波形给单片机(图2.48中的图4), 其高电平的宽度取决于U16/C的翻转时间，亦取决于压力传感器的输出信号幅度。 检测原理：开始充气加压到180mmHg ( 24Kpa )，然后放气，压力降低P（根据一次血压检测占用时间确定），保持采集一个以上脉跳的值，取其峰值P和当前压力值Pc。重复以上步骤直至压力降低到5

35、0mmHg以下。在峰值P中找出最大值Pmax，Pmax对应的压力值Pc就是平均动脉压Pm，然后根据经验公式Pi = Pmax×k计算出Pi，k为经验系数，k < 1，Pi对应的压力值即舒张压Pd，再由公式Ps3×Pm / 2Pd / 4计算出收缩压Ps。3、计算机通过对XYOUT波形的识别、处理，得出压力值，依据一定的模型，计算出人体的收缩压、舒张压和心率。4、进气泵和放气阀分别由单片机发出的PWM和PUMP信号控制，通过三极管等器件构成的驱动电路驱动泵和阀动作。5、LP2951用于产生4.05V的基准电源，一方面作为部分电路的工作电源,另一方面通过精密电阻分压，获得

36、VIR、VSR、VAR等几个不同的电压值，作为控制信号或参考信号。四、实验步骤血压测试电路布局如下：图2.49 血压测试电路布局图1、测试系统工作电源4.05V电压，若实际值偏离±0.05V以上，应调整RW3，使其达到或接近4.05V。图 2.502、在压力传感器空载状态下,调节RW1,使得U16的1脚输出信号VIN+为1.50v，此为满度调整。调节RW2，使得U16的10脚输出电压为340mv，此为零点调整。 图 2.513、 对压力传感器加压40Kpa, 调节RW1, 使得U16的10脚输出电压为1140mv ,卸压，即传感器空载, 调节RW2，使得U16的10脚输出电压为340

37、mv。4、 将袖带固定于腕关节部位。5、用示波器观察有关测试点其波形应与图2.48中的图1图4所示。6、分别测左手腕和右手腕的血压。7、在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“血压实验”按钮进入血压测试，显示如下：图 2.52测试方法：将连接血压腕带的插头插入PCB板上的气管插座，听到“咔嚓”声方表明插好，否则可能导致漏气而不能测试。然后将腕带固定于腕关节，测试者在血压手腕带正确固定好后，点击“测试” 按钮，血压测试开始，此时USB指示灯熄灭，测试者等待USB指示灯重新点亮时，点击“数据”按钮，读取血压的测试值。显示如下：图 2.53实验六 心电测试一、实验目的1、初步学会人体心电的测试方法。2

38、、掌握QRS波群的测量方法。3、观察运动对心电的影响。4、计算公式心率= 60000 / (波形R2的X轴位置 - 波形R1的X轴位置) * 5.282) * 波形放大比率 -式 2.17Q-T间期= (波形T的X轴位置 - 波形QRS的X轴位置) * 5.282 /波形放大比率 -式 2.18P-R间期=(波形QRS的X轴位置 - 波形P的X轴位置) * 5.282 / 波形放大比率 -式 2.19QRS间期= (波形S的X轴位置 - 波形QRS的X轴位置) * 5.282 /波形放大比率 -式 2.20QTC系数= (波形T的X轴位置 - 波形QRS的X轴位置) * 5.282 / (波形

39、R2的X轴位置 - 波形R1的X轴位置) -式 2.21 5、对保存的二进制文件读取数据的方法：（openfilename：文件名称，xdtData：数组）Open openfilename For Binary Access Read Write As #1 Get #1, 1, xdtData Close #1二、实验原理图2.54 心电测试电路原理图如图2.54所示，U26- U30组成一差分放大电路和信号切换电路，心电信号通过导联引入该差分放大电路两个输入端，同时为了减少干扰，在输入端对心电信号进行低通滤波，滤除信号中的高频部分，在U30的输出端形成初步放大后的差动信号Vo, 该信号经

40、过高通滤波，再经过U31二阶低通滤波后和二次放大后，由RW15将其直流电位抬高2V左右，目的是避免出现负信号，以适应模/数转换电路的需要。三、实验步骤图2.55 心电测试电路布局图1、测量“差分放大调整”框内RW13的阻值，应为1.45K左右，调整完毕后，用插线将该框内以虚线相连的两个插孔连接起来。如下图所示：图2.56 差分放大调整2、测量“二级放大调整”框内RW14的阻值，应为15K左右，调整完毕用插线将该框内以虚线相连的两个插孔连接起来。如下图所示：图2.57 二级放大调整3、测量“基准调整”框内RW15的阻值，应为4 K左右，此电位器是为抬高直流电平所设置，当无输入信号时，电路输出直流

41、电平应为1.5V左右，若偏离此值，调整RW15。测量RW15时，应将表笔置于标有1、2字样的两个插孔。调整完毕用连线将该框内以虚线相连的两个插孔连接起来。如下图所示：图2.58 基准调整4、将四节2号电池放入电池盒，电池盒引出线与心电测试模块下方的电池插座(J2)相连，测量电源电压值，其正电压应大于+3.5V，负电压值应小于-3.5V。否则说明电池电压不足，断开系统电源，更换电池。由于负电源是由正电源通过电路转换得到，故负电源的绝对值一般比正电源小0.5V左右，这是正常情况。5、为增强人体皮肤电信号，尤其是春、秋、冬季节，在测试前需要在导联金属部分涂擦生理盐水（或用5%的食盐兑水）或酒精，也可

42、将盐水或酒精涂在导联所接触的皮肤表层。6、将有红色标志的夹子与导联相连接人体右手，绿色夹子与导联相连接右腿，黄色夹子与导联相连接左腿，白色夹子与导联相连接左手，此接法称为标准肢体导联，它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电，可以测三组心电信号。由程序控制模拟开关进行切换，三组信号分别是：VI=VL-VR ， VII=VF-VR， VIII=VF-VL（注：VL：左手,VR：右手,VF：左腿,RL:右腿）。7、用示波器观察XDVc,应观察到如下波形:图2.59 心电波形上、下肢体导联应良好接触，人体仰卧或静坐，手臂放置平稳，不与导体桌面或其他物体接触。8、放大成形的心电信号需要将其直流电位抬高

43、，一般2V左右，可通过调整RW15实现。9、不同的人体心电波形会出现差异, 这是正常现象。图2.59所示的P、Q、R、S、T各个波形组成的周期为理想波形周期，在很多情况下，波形可能会缺失某个波或某个波不明显。10、由于不同的人体生理电信号差异较大，所以放大倍数有时需要调整，调整放大倍数通过调整RW13和RW14实现。调整时先断开连接插线，调整完毕后再将插线连好。11、在做心电测试实验之前，了解一下心电测试实验的基本功能是有必要的。心电测试实验分为“单组电位差(导联)测试”和“三组电位差(导联)测试”。无论是“单组电位差(导联)测试”还是“三组电位差(导联)测试”，测试数据均可保存为文件，测试数

44、据可反复调出显示。单组电位差(导联)测试数据可作横向和纵向放大，放大倍数最大为8倍，同时可在保存后的波形上人工选定波形的特征点，如“P波的起点”、“QRS波群的起点”、“S波的末点”、“T波的末点”，在所有特征点人工标定好后，可以计算出脉率、QT间期、QTC系数、PR间期、QRSD间期等参数值。12、心电测试实验（1） 单组电位差(导联)测试。测试者将有红色标志的夹子与导联相连接人体右手，绿色标志的夹子与导联相连接右腿，黄色标志的夹子与导联相连接左腿，白色标志的夹子与导联相连接左手。不要说话、动作，选择“单组电位差(导联)测试”。在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“测试” 按钮，这时测试者的

45、心电波形显示在计算机的屏幕上（如图2.60），测试者在认为心电波形符合时，可点击“停止”按钮，同时可对测试的心电波形保存。图2.60 单组电位差(导联)波形（2）三组电位差(导联)测试。测试者将有红色标志的夹子与导联相连接人体右手，绿色标志的夹子与导联相连接右腿，黄色标志的夹子与导联相连接左腿，白色标志的夹子与导联相连接左手。不要说话、动作，选择“三组电位差(导联)测试”。在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“测试” 按钮，这时测试者的心电波形显示在计算机的屏幕上（如图2.61），测试者在认为心电波形符合时，可点击“停止”按钮，同时可对测试的心电波形保存。图2.61 三组电位差(导联)波形13

46、、保存心电测试波形的方法：在测试结束后（即点击“停止”按钮后，波形显示不再变化），点击菜单“文件(&File)”下的子菜单“数据保存为xdt文件(&Save)”，心电测试的波形将保存为“*.xdt”格式的文件。点击菜单“文件(&File) ”下的子菜单“数据保存为txt文件(&Conserve)”，将测试的心电波形数据保存为文本文件。14、打开已保存的文件，方法如下：图2.62 单组电位差(导联)波形例如：选择11.xdt文件，打开后显示界面如下：图2.63 单组电位差(导联)波形15、特征点人工标定方法如下： 在波形显示区域，在特征点确定的位置点击鼠标右键，标

47、定出各特征点。图2.64 单组电位差(导联)波形16、在所有特征点标定好后，点击鼠标右键，选择“计算”，可得出脉率、QT间期、QTC系数、PR间期、QRSD间期参数值，显示如下：图2.65 单组电位差(导联)波形17、要想了解各参数的含义，可将鼠标放在参数名称的位置，自动显示参数的解释意义。显示如下：图2.66 单组电位差(导联)波形18、实验完毕，拔除电池盒，卸下导联，除去连接插线。第三部分 附录一、心血管参数测试本教学仪器中心血管参数测试单元是采用无创伤的手段来实现对循环系统血流动力流变学参数为对象的心血管功能测量。心血管参数测试单元是基于脉压法原理实现的。它是根据人体循环系统弹性腔模型建

48、立起来的理论为基础，对模型进行分室网路分析，用线性相关算法推导出一系列计算公式。这些公式经过非线性补偿和临床经验参数修正，便能获得一组诸如心搏出量、心脏平均输出量、左心室有效泵力、左心室喷血阻抗、血管弹性、总周阻力、血液粘度等一系列反映人体循环系统的血流动力流变学参数。综合评估这些参数，便能有效反映心脏、血管、血液、微循环功能及其调节状态的信息。图 3.1 脉搏波动信号人体循环系统的弹性腔模型是采用一个二阶阻尼振荡系统来描述心血管系统：心脏相当于一个有效泵源，血管相当于具有弹性和阻尼的导管，而组织相当于负载。动脉血流对血管壁的压力波动信息，不仅反映了心脏和血管在压力传递时的动力学特性，而且反映

49、了介质血液在血管中传递时的流变学特性。图3.1所示为挠动脉(中医诊脉的部位)在一个心脏搏动周期内的脉压波动信号。它是两种波动的合成：一是心脏有效泵力在动脉内驱动血液时的压力波，以血液为介质向远心端传播；二是动脉的阻尼弹性波，向远心端逐渐衰减为零。图中的b-e-f-g-L波为动脉的压力波，呈压力曲线；c-d-m-n 波为动脉壁弹性振动波，呈阻尼曲线，它反映了从心室收缩，左心室增压与喷血，血管振荡运动，左心室舒张与充盈，到主动脉排空等一系列动力学过程。正确地检测到脉搏波形和对波形进行分析，并按模型的算式进行数学推导，便能获得诸如心搏出量、心脏平均输量、左心室有效泵力、左心室喷血阻抗、总周阻力、血液

50、粘度等一系列反映心脏、血管、血液、微循环功能和状态的动力流变学参数。下面列出人体七种典型脉搏波形图，以供对比与参考：1、 正常型： 图 3.22、 三峰型： 图 3.33、 方头波型： 图 3.44、 锥头波型： 图 3.55、 圆头波型： 图 3.66、 无f0点锥头波型：图 3.77、 无f0点圆头波型： 图 3.8二、肺功能参数测试肺功能检测传感器采用差压式孔板流量传感器,气流通过在孔板两端形成的压力差反映了气流流量的大小。当通过传感器的气流流速不同,其输出电压信号不同。传感器腔的直径为20mm,中间小挡气流孔的直径为12mm,设气流流速为I(单位L/MIN)输出信号为YI(单位mv),

51、根据标定结果得到如下拟合曲线。1）当YI>=0(mv), -式 3.12）当YI<=0(mv), -式 3.2该流量计利用流体力学的原理，在气道上装一节流装置挡板，气流通过该气筒时受挡板阻力而气流下降，使孔板另一端的压力轻微下降，形成孔板两边的压差，通过差压传感器可得到一对应电压信号。流速越大，压降越大，则电信号越强。流量与节流装置两侧的压差的关系为 式中： k-常数，-流量系数，d-孔板开孔直径，p-节流装置两侧的压差，Q-呼吸流量。图3.9 肺功能传感器的结构及原理1、壳体 2、进气腔 3、进气腔导气管 4、进气腔导管接头 5、孔板 6、出气腔导管接头 7、出气腔导气管 8、出

52、气腔 9、连接板10、传感器气管接头 11、差压传感器 12、传感器输出导线利用压力传感器，即可用差压信号p得到相应点电压信号。该传感器是采用固态压阻传感器，利用单晶硅的压阻效应制成的一种本安型力敏器件。如图3.10所示，在弹性应变元件的适当位置，采用集成电路工艺扩散4个等值应变电阻组成惠斯登电桥。当不受差压作用时，电桥处于平衡状态；当受到差压作用时，一对桥臂电阻变大，另一对变小，电桥失去平衡。若对电桥加恒定电流或恒定电压便可检测到对应与所加差压的电信号，从而达到测量差压和流量的目的。根据得到的电压信号即可反推出气流的流量值。三、血压测量血压计的历史1733年，一位叫海耶斯的牧师，首次测量了动物的血压。他用尾端接有小金属管、长270厘米的玻璃管插入一只马的颈动脉内，此时血液立即顷入玻璃管内，高达270厘米，这表示马颈动脉内血压可维持270厘米的血柱高，高度会因马的心跳而稍微升高或降低，心脏收缩时血压升高（收缩压），心脏松驰时血压下降（舒血压）。直到1856年，医生们才开始用上述方法测量血压，但是这种方法确实令人害怕。很幸运，一种人道的测量血压的方法很快就问世了。1896年意大利医生里瓦罗基发明了腕环血压计。腕环血压计有一条可以环绕在手臂、且能充气的长形橡皮袋，橡皮袋一端接到打气橡皮球上，另一端接到水银测压器或其他测压器装置上。