基于USB总线的脉搏信号检测系统的设计.pdf

一电子测量技术第31卷第12期
ELECTRONICTECHN0L0GY2008年l2月

基于USB总线的脉搏信号检测系统的设计

陈若珠周红标韦哲
(1．兰州理工大学电信学院兰州730050；2．淮阴工学院电信系淮安223001)

摘要：本文介绍基于USB总线的脉搏信号检测系统的设计过程，系统采用了一种高度集成的USB转UART桥接
器CP2102芯片实现单片机与PC机之间的USB通信，具有即插即用功能。并利用LabVIEW虚拟仪器软件设计上位
机程序实现人体脉搏信号采集、存储和处理。
关键词：脉搏信号；USB；桥接器；LabVIEW
中图分类号：TH772TP391．9文献标识码：A

DesignofpulsesignaldetectionsystembsasedonUSB

ChenRuozhuZhouHongbiao'。WeiZhe

(1．CollegeofElectricalandInformationEngineering，LanzhouUniv．ofTeck，Lanzhou730050；

2．DepartmentofElectricalandInformationEngineering，HuaiyinInstituteofTech．，Huaiyin223001)

Abstract：AkindofpulsesignaldetectionsystembasedonUSBwasdesignedinthispaper．Thesystemusedahighly-

integratedUSB-to-UARTbridgechipCP2102torealizethecommunicationbetweenMicroprocessorandPCbasedon
USB，whichcouldrealizethefunctionofplug~play．Thesystemcanacquire，storeandprocesshumanpulsesignalin

thePCbyusingLabVIEW．

Keywords：pulsesignal；USB；bridgechip；LabVIEW

据；(4)能够通过USB接口与PC机通讯，将存储的脉搏数
0引言
据传输给PC机嘲。
脉搏是人体重要的动力学信号之一，它能反映人体心
脏器官和血液循环系统的生理变化，在临床健康观察和疾
病诊断中十分重要。随着现代科技的进步采用以计算机为
主的信号检测系统来获取大量的脉搏信息，协助医生诊断
患者的生理状态已成为发展趋势l_】]。其中采集的大量脉搏
数据如何传输给tK；机就显得尤为重要，传统的通信方法是
图1脉搏信号检测系统硬件原理框图
采用RS-232通信，其连接简单，但传输速率慢，并且现在
带串口的PC机越来越少，取而代之的是USB接口。
1．1传感器模块
通用串行总线USB(UniversalSerialBus)与以往的传
传感器采用HK一2000B脉搏传感器，其利用高度集成
统方式相比具有传输速度快、支持即插即用、功耗低等优
化工艺将力敏组件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿组
点，已成为新型数据通信接El的首选。CP2102是Cygnal
件、感温组件、信号调整电路集成在传感器内，具有灵敏度
公司研制的高集成度USB—UART桥接电路【2]，本系统正
高、抗干扰能力强、性能稳定可靠、使用寿命长等特点，非
是利用它实现了单片机与PC机之间的USB接口通信。
常适用于无创心血管功能测试和中医脉象诊断。通过对
1脉搏信号检测系统硬件设计传感器施加一定的预压力可获取人体腕部的桡动脉脉搏
信号，输出信号的电压范围为一0．2～O．8VL4J。
脉搏信号检测系统硬件原理框图如图1所示。主要
1．2信号调理模块
有器模块信号调理模块、ATmega16单片机模块、键盘模
传感器输出的脉搏信号经过信号调理模块进行调整、
块、数据存储模块、LCD模块、USB接口模块等。具体能够
放大后由单片机的ADC进行模数转换。信号调理模块采
完成以下功能：(1)能够动态检测和记录人体脉率；(2)能
用LM324构成同相放大电路，并在同相输人端加0．2V
够实时显示动态脉搏数据；(3)能够实时存储动态脉搏数

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陈若珠等：基于USB总线的脉搏信号检测系统的设计第12期

的输入电压，抬高脉搏信号，做基线调整。选用2片AD转换子程序、数据存储子程序、脉率计算子程序、串行
CD4051单8路可编程模拟开关自动调节放大器的放大倍通信子程序等。
数，使输出的脉搏信号电压满足且最大地分布在ADC的单片机应用程序设计采用C、，A、开发平台，通过
0～V输入电压范围。CrA、的程序自动生成向导器选择系统涉及的各模块，能
1．3ATmegal6单片机模块简单方便地