自20世纪50年代以来，关于脉学的理论、脉诊办法、临床确诊和试验研讨等方面均展开了很多作业，取得了较大的发展。英国人Marey最早规划了以绷簧为动力的杠杆式脉息传感器，并记录了桡动脉脉息波。1860年初次呈现杠杆和压力鼓式描绘脉息图，1890年开端选用换能的方法，呈现了杠杆式光学脉息描绘器。20世纪50年代我国学者朱颜初次将杠杆式脉息描记器引用到中医脉诊的研讨中来。自70年代至今，研讨人员已研发出品种繁复的换能器以模仿中医把脉的手指，收集并记录了脉息信号。
国内外典型的脉象确诊仪如：由北京医疗器械总厂出产的BYS-14型脉象仪和北京斯脉福出产的28脉脉象仪能对脉息波进行检测重现，并能辨认临床中医常见37种脉象图。ZM-Ⅲ型智能脉象仪由上海中医药大学研发，是我国当时较先进的一种脉象仪，能主动收集脉象信号，并将中医脉象的位、数、形、势和脉图的各项特征参数作主动剖析处理。为了到达分层取脉的意图，日本Colin公司研发出产的CMB-3000/2000型桡动脉脉波检测仪运用张力法丈量原理进行无损伤接连血压监测。
本文首要从脉息传感器的挑选，信号调度电路的规划，取脉压力的主动操控以及信号的开始处理等方面介绍寸、关、尺三处脉位在浮、中、沉等不同状况下的信号收集，为脉诊客观化的进一步研讨奠定了根底。
1 脉息信号的特色
脉息信号的特色如下：
(1)强搅扰下的弱小信号。由于脉息信号起伏很小，大约是微伏到毫伏的数量级规模。因此，极简略引进搅扰，这些搅扰有来自50 Hz的工频搅扰，有来自肌体颤动、精神紧张带来的假象信号等。
(2)频率低但能量相对会集的信号。人体的脉息频率十分低，约为0.5～4 Hz，一般状况下为1 Hz左右，脉息信号可当作一个准直流信号，也可当作是一个低频交变信号。依据脉息功率谱能量剖析，健康人脉息能量绝大多数散布于1～5 Hz，而患者脉息在1 Hz以下和较高频段(如5 Hz以上或10 Hz以上)仍有适当一部分的能量散布。
(3)杂乱且易变的随机信号。脉息信号因人体生理、病理、心思的不同而不同，又受环境、时刻、气候的影响，表现出同一个人在不同的时刻、地址有不同的脉象，有时也会有不同的疾病表现出相同的脉象。
2 收集体系的规划要求
(1)传感器的选取。由于不同类型的传感器原理不同，所获取的原始波形也是不尽相同的。本体系中，选用的传感器是BP300T压力传感器和PVDF压电薄膜传感器。
(2)阻隔、扩大、滤波整形电路等硬件电路的规划。
由于所提取的信号十分弱小，且富于改变，需求附加多重滤波电路。
(3)以STC89C52为中心的实时收集体系。经过调度的模仿信号经过A/D转化，收集到单片机中，并当即经过串口与上位机进行通讯，将数据进行传输。
(4)压力主动操控。经过单片机对气泵和电磁阀的操控，到达对腕带压力实时操控的意图。
(5)脉息波形重现。经过上位机软件对收集到的数据进行波形重现。
3 体系计划规划
体系以单片机STC89C52为中心，外设电路由传感器，信号调度电路，A/D转化器组成，体系的结构框图如图1所示。
体系的硬件完成计划总体规划如图2所示。
体系部分功用如下：
压电传感器 作为丈量电路的最前端，其作用是将脉息的动态信息转化为电压信号，便利收集，是整个收集体系的要害。
BP300T压力传感器 用于对整个加压进程的压力监测，完成在不同的取脉压力下对脉息信号进行收集。
前置扩大和二级扩大电路 对弱小的脉息生物信号进行适宜的扩大，使其满意电压的转化条件。
带通滤波电路 脉息波信号弱小，频率低，简略遭到外界搅扰，所以有必要运用滤波器将信号频带外的搅扰去除。
脉息传感器的挑选关于整个收集体系的规划十分重要。脉息传感器的根本功用便是将把脉压力和桡动脉息动压力这样一些物理量(非电量)转化成为便于丈量的电信号。因此要求传感器具有必定的检测重复性和线性，能够重复运用，并且测得的数据具有必定的精度;其次，环境温度对其影响较小，能够确保在较大规模内数据具有必定的精度;一起，还需具有必定的灵敏度和安稳性。
3.1.1 SC0073传感器
该传感器选用压电复合资料作为换能元件，信号经过特别的匹配层传递到换能元件上变成电荷量，再经传感器内部扩大电路转化成电压信号输出。该传感器是一种高功用低成本的振荡传感器，具有灵敏度高、频率响应规模宽、抗过载及冲击才能强、抗搅扰性好、操作简洁等特色。经过测验该类型传感器功用根本满意条件，可是信号安稳性欠佳，尤其是柱状的结构外形，导致其无法与腕带便利的合作。
3.1.2 HK-2000B脉息传感器
HK-2000B脉息传感器选用高度集成化工艺将力敏组件、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调度电路集成在传感器内。首要特色是灵敏度高、抗搅扰功用强、过载才能大、功用安稳牢靠、运用寿命长。试验发现由HK-2000B提取信号制作的脉息波形明晰安稳，运用时无需建立前置扩大电路，但体积过大，无法对三个脉位进行一起丈量。
3.1.3 PVDF压电传感器
PVDF压电传感器由PVDF压电薄膜构成。与其他压电资料比较，PVDF压电薄膜具有压电系数大、频响宽、动态规模大、力电转化灵敏度高、机械功用强度高、声阻抗易匹配等特色，且重量轻、柔软不脆。对该传感器的测验如下：分辨率、灵敏度等目标均契合要求，并且得到的脉息波形与HK-2000B取得质量适当。归纳以上比照，本规划计划中选取PVDF压电传感器作为脉息丈量传感器。
3.1.4 BP300T压力传感器
本体系中运用BP300T压力传感器监测腕带压力。BP300系列压力传感器是专为电子血压计开发的一款压力传感器，具有结构简略、功用安稳、牢靠性好、通用性强等长处。
3.2 信号调度电路
脉息信号处理电路首要是对检测到的弱小脉息电信号进行信号处理，并滤去剩余的噪声信号。考虑到脉息信号为超低频信号，极易引进工频搅扰，并且收集到的脉息电压信号起伏通常在0～20 mV之间，并不契合A/D转化器的输入电压的规模(一般为-5～+5 V)。鉴于以上特色，PVDF脉息传感器和压力检测传感器均运用以下调度电路。
3.2.1 前置扩大电路规划剖析
前置扩大电路关于脉息波信号收集来说至关重要，考虑到脉息信号的特色，为了扩大噪声环境中传感器输出的弱信号，关于扩大器要求具有：极高的共模和差模输入阻抗;很低的输出阻抗;准确和安稳的增益;极高的共模抑制比。根据以上剖析，选用ANALOG DEVICES公司出产的低功耗、高精度外表扩大器AD620作为前置扩大的中心器材。
图3是AD620的简化示意图，AD620由三个扩大器组成，其内部选用“三运算扩大器”典型电路，仅需求一只外接电阻便可使增益在1～1 000之间恣意调理，其调理是经过1脚和8脚间的阻抗Rg来完成的。AD620管脚图如图4所示。前置扩大电路结构如图5所示。
3.2.2 带通滤波电路
带通滤波器是一个答应特定频段的波经过、一起屏蔽其他频段的设备。能够由低通滤波器和高通滤波器串联组合而成。
本体系的滤波电路选用双运放LM358。LM358是双运放%&&&&&%，封装方式有塑封8引线双列直插式和贴片式，其管脚图如图6所示。它内部包含有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算扩大器。其首要特性：短路维护输出;真差动输入级;单电源作业：3.0～32 V;低输入偏置电流;具有内部补偿;共模规模扩展到负电源。带通滤波电路结构如图7所示。
其意图是把信号扩大到合适A/D转化的要求，从而使前置扩大器的扩大倍数不至于太高而发生波形的失真。由于前置扩大后信号的巨细为50 mV，因此后级扩大倍数为100。二级扩大电路结构如图8所示。
3.3 A/D转化器和单片机
本体系中选用美国TI公司出产的多通道、低价格的模数转化器TLC1543，这款芯片除了高速的A/D转化器和通用的操控才能外，内部还有14个A/D转化通道，其间11个通道能够作为外部输入的模仿电压，3个通道是芯片内部的自测电压。其采样一坚持功用主动进行，管脚图如图9所示。
本体系选用STC89C52单片机，可重复烧写10万次。STC89C52彻底兼容AT89C51，AT89C52等系列单片机。
3.4 压力操控模块
压力操控模块由充气泵、充气电磁阀、放气电磁阀组成，操控中心是单片机，用三极管作为操控开关，如图10所示，充气泵和充气电磁阀合作运用，对整个丈量进程进行加压，减压时充气泵、充气电磁阀封闭，放气电磁阀翻开使腕带压力减小。
3.5 电源
体系中AD620和LM358都需求±5 V供电，充气泵、电磁阀以及单片机需+5 V电源，为满意条件提出以下计划。
3.5.1 根据ICL7660的电源规划
%&&&&&%L7660是Maxim公司出产的小功率极性回转电源转化器。运用该转化芯片能够便利的发生所需电压。其规划原理如图11所示。
3.5.2 LM2940电源模块
为了防止引进50 Hz工频信号对电路的搅扰，因此选用干电池供电，干电池供给的电压为7.5 V。为了到达较好的供电质量，在电路中挑选LM2940稳压芯片，将7.5 V左右的电压安稳到5 V。如图12所示。
经过试验和比较，计划二中的规划较第一种规划更为安稳、便携，故运用该规划计划。
脉息信号在上位机上的显现界面选用Visual Basic6.0创立，并运用其间的MSComm通讯控件完成串行通讯，一切的操控均经过人机交互界面直接操作，显现界面如图13所示。其间MSComm通讯的函数阐明如下：CommPort：设置或回来通讯端口号;Settings：设置初始化参数，以字符串方式设定波特率、奇偶校验、数据位、中止位;PortOpen：设置或回来通讯端口的状况，一起可翻开和封闭端口;Input：用于从接纳缓冲区回来并删去字符;Output：用于向发送缓冲区写数据或一个字符串。取得的丈量数据在Matlab中进行处理和剖析，仿真成果如图14所示。
5 结语
经过对传感器、扩大电路、滤波电路、电源模块、A/D转化器等几个方面具体的介绍，完成了多通道脉息信号收集体系的规划进程。经试验调试，收集到的信号明晰平稳，噪声根本滤除，整个体系具有必定的安稳性。提取到的信号经过Matlab软件终究能够完成杂乱脉象的辨认。
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