基于單片機的人體阻抗測量系統(tǒng)

引 言

　　醫(yī)學阻抗測量是利用生物組織與器官的電特性及其變化，提取與生物體生理、病理狀況相關的生物醫(yī)學信息的一種檢測技術。它通常借助于驅動電極向檢測對象送入一微小的交變電流(或電壓)信號，同時測量兩極的電壓(或電流)信號，從而計算出相應阻抗，然后應用于不同目的。
 

　　本設計利用MSP430F149自帶的串口通過RS485進行遠距離實時傳輸，上位機可將實時數(shù)據(jù)進行曲線繪制、數(shù)據(jù)保存等處理。

　　1 系統(tǒng)結構

　　系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149單片機。該單片機有60 KB Flash、2 KB RAM，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力。單片機通過向AD9852發(fā)送頻率字、幅度字從而控制正弦波的頻率、幅度。正弦波經(jīng)過電流轉電壓、功率放大等電路作用后，經(jīng)過線圈T1隔離作用于人體，同時由線圈TFl和T2感應出的電流、電壓相對量，經(jīng)過程控放大器和真有效值轉換后，進入單片機，進行A/D轉換。單片機根據(jù)電流、電壓值計算出電阻，再通過串口傳輸給PC機。其系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

　　2 硬件電路

　　2.1 單片機控制AD9852電路

　　如圖2所示，單片機P1.O～P1.7，通過復用與AD9852數(shù)據(jù)、地址引腳相連，P2.3～P2.7與AD9852五個較重要的控制引腳相連接。單片機主要是通過向DDS輸出幅度字、頻率字來控制AD9852產(chǎn)生的正弦波的頻率和幅度。

　　2.2 電流、電壓測量電路

　　圖3所示為電流測量電路原理。為了在不同幅度下都能準確測量電流，在峰一峰值轉有效值電路前加了一片程控放大器，單片機通過輸出增益控制使得即使前端電壓很小時也能將其提高到一定程度，達到準確測量的目的。同樣，在電流測量電路中，也使用了同樣的原理圖。

2.3 RS485電路

　　圖4所示的單片機與RS485通信轉換電路中，通過3個光耦器件對單片機電路和RS485總線進行隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。采用SP485E來支持RS485串行協(xié)議，但由于SP485E的工作邏輯是TTL電平，而RS232通信的邏輯電流不是TTL電平，需要通過SP232器件進行電平轉換，如圖5所示。RS485工作在半雙工通信狀態(tài)，通過CTR485控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出方向。

　　3 軟件設計

　　本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫，在IAR EmbeddedWorkbench環(huán)境下進行編寫、調試，其軟件流程如圖6所示。單片機軟件主要分為兩部分，一部分通過控制AD9852產(chǎn)生正弦波，同時對電壓、電流進行A/D轉換，進而進行計算，其流程如圖7所示;另一部分將采集來的數(shù)據(jù)傳輸給PC機，軟件流程如圖8所示。

　　 4 實驗結果

　　實踐證明，正弦波幅度對阻抗幅度值影響較小;而頻率對阻抗幅度值影響較大。用雞蛋清實驗時，發(fā)現(xiàn)隨著頻率增大，阻抗值減小，并且蛋清濃度越高阻抗越大。當正弦波頻率為440 kHz時，通過程控放大器將電流電壓調整在O.7 ～2.5時，無感電阻與電壓、電流比值的關系如圖9所示。

　　圖中橫坐標為U/I，縱坐標為R/10。由圖可見，在誤差允許的范圍內(nèi)二者呈近似線性關系。

　　結 語

　　本設計提供了一種人體阻抗測量方法，可作為醫(yī)療儀器的輔助功能，為組織診斷等提供一定的參考，可移植于不同應用。