在心臟的驅(qū)動(dòng)下血液在人體血管中流動(dòng)而形成脈搏,，所以它不僅受到心臟狀況的影響,同時(shí)要受到其他內(nèi)臟參數(shù)的影響，因此,，脈搏信息能反映人體內(nèi)臟器官健康狀況,。中醫(yī)脈診就是通過施以輕重不同的壓力,，用其三指通過對(duì)腕部橈動(dòng)脈處被稱之為“寸、關(guān),、尺”部位的脈搏的感覺來診斷病人內(nèi)部器官的病變和健康狀況的[1],。不同年齡、不同性別,、不同疾病的人的脈搏波形是不一樣的,。這就是中醫(yī)診脈看病的出發(fā)點(diǎn)。而診脈技巧不是容易掌握的,，不僅需要名醫(yī)的指導(dǎo)傳授更需要長時(shí)間的摸索積累,。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，完全可以借助儀器儀表獲取脈搏信息,，如脈象儀,，這種儀器功能強(qiáng)大不僅能精確繪制脈搏波形，同時(shí)能進(jìn)行頻譜分析,，但不論從體積還是價(jià)格都無法在家庭使用,，因此應(yīng)設(shè)法設(shè)計(jì)家用便攜式脈搏測試系統(tǒng)，目前有的便攜式脈搏測試系統(tǒng)只能測脈搏次數(shù),，如歐姆龍電子血壓脈搏測試儀,，有的用的是采集終端，數(shù)據(jù)處理,、繪圖均由基于PC機(jī)的LabVIEW完成[2],，不夠方便。也有的脈搏測試系統(tǒng)是基于單片機(jī)的,，由于本身位數(shù)的限制其速度和精度都不高[3-4],。國外對(duì)脈搏信息的提取也做了很多研究[5-7]，但大多數(shù)仍復(fù)雜不夠方便,。本文用32位的ARM微控制器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)便攜式家用脈搏波形測試系統(tǒng),，在液晶屏上直接顯示脈搏波形，不僅速度快,、精度高而且脫離PC,，方便實(shí)用。
1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
　脈搏波形測量系統(tǒng)由脈搏傳感器,、放大電路,、低通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器,、微控制器及觸摸、顯示電路構(gòu)成,。其系統(tǒng)的框架如圖1所示,。

　脈搏傳感器采用PT14M3,，這是一款高靈敏度全橋生理壓力傳感器，它采用雙島微機(jī)械結(jié)構(gòu),橋阻為2.5~5.0 kΩ,。與一般的壓電式傳感器相比,，PT14M3的低頻響應(yīng)好(直流到200 Ｈｚ),輸出阻抗低,抗干擾能力強(qiáng)。其測壓端直徑8 ｍｍ左右,，可模擬手指感測脈搏,，4個(gè)壓敏電阻構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)，在外加壓力下,電橋失衡輸出不為零,且壓力在較小范圍內(nèi)時(shí),輸出電壓與壓力成正比[2],。
　PT14M3的輸出是一個(gè)典型的微弱的差分信號(hào),，由于存在皮膚的靜噪信號(hào)、50 Hz的工頻干擾等干擾信號(hào),，所以有用的差分信號(hào)容易被干擾信號(hào)淹沒,，如果在此應(yīng)用中使用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，則不僅放大差分模擬信號(hào),，同時(shí)放大任何DC信號(hào),、噪聲及其他的共模電壓，最終即使最好的運(yùn)算放大器也不能有效提取微弱信號(hào),。如果利用運(yùn)算放大器構(gòu)成二級(jí)差分放大電路其匹配電阻要求十分苛刻,，否則仍無法提取有效信號(hào)。而儀表放大器是一種差分輸入和相對(duì)參考點(diǎn)單端輸出的閉環(huán)增益單元,具有輸入阻抗很高,、輸出阻抗很低,、共模抑制比（CMR）高的特征。
　AD8228是ADI公司最新推出的高性能儀表放大器,，具有非常高的增益精度和極低的漂移,。由于內(nèi)置增益設(shè)定電阻并經(jīng)過激光微調(diào)，因此該器件的增益精度和增益漂移性能優(yōu)于典型的儀表放大器,。低電壓失調(diào)(最大輸入失調(diào)電壓：50 ?滋V),、低失調(diào)漂移(最大輸入失調(diào)漂移：0.8 μV/℃)、低增益漂移(增益漂移：2 ppm/℃),、高增益精度和高共模抑制比的(100 dB)特點(diǎn)使這款器件特別適合用于醫(yī)療儀器設(shè)備,。AD8228具有固定增益10或100，當(dāng)2,、3引腳斷開增益為10,，2、3引腳短接增益為100[8],，在本方案中利用AD8228作為主放大器且2,、3引腳短接。由于脈搏信號(hào)主峰頻率在1 Hz左右，能量較強(qiáng)的成分也在20 Ｈｚ以下,，所以設(shè)計(jì)低通濾波器的上限截止頻率為40 Ｈｚ,。為此整個(gè)脈搏波形數(shù)據(jù)采集電路圖如圖2所示。電路輸出接到A/D的輸入端,。
    控制板模塊采用深圳優(yōu)龍科技有限公司的YL-E2440核心板,，板上采用SAMSUNG高性能ARM920T內(nèi)核處理器S3C2440，工作頻率為400 MHz,。板上配備有64 MB NAND Flash,，64 MB SDRAM，10M/100M網(wǎng)絡(luò)接口芯片DM9000AEP,，一個(gè)復(fù)位小按鍵,。通過4條68PIN的連接器引出了電源線、地線,、數(shù)據(jù)線,、地址線、A/D輸入端,、LCD接口,、觸摸屏控制信號(hào)等，便于搭建系統(tǒng)硬件環(huán)境,。

　液晶模塊選用SONY公司的TD035STED4(帶四線電阻觸摸屏),，其接口與S3C2440提供的LCD信號(hào)完全匹配。S3C2440提供了nYPON,、YMON,、nXPON和XMON直接作為觸摸屏的控制信號(hào)，但不能直接與觸摸屏連接,，這里通過兩個(gè)FDC6321場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器與觸摸屏連接,。輸入信號(hào)在經(jīng)過阻容式低通濾器濾除坐標(biāo)信號(hào)噪聲后接入S3C2440內(nèi)集成ADC的模擬信號(hào)輸入通道AIN5、AIN7,。圖3為S3C2440與觸摸屏的接口圖,。

　A/D轉(zhuǎn)換器直接利用S3C2440片上A/D，集成有采樣保持電路,。分辨率為10位,，最大轉(zhuǎn)換速率為500 kS/s。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　應(yīng)用程序分主程序和中斷服務(wù)程序兩部分構(gòu)成,。
　在主程序中完成核心板的初始化后開AD中斷,，且設(shè)置為等待中斷模式，在液晶屏上輸出“Start”按鈕,，之后進(jìn)入等待中斷的到來,。
　在中斷服務(wù)程序中,，把A/D轉(zhuǎn)換模式設(shè)置為XY自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式，讀取當(dāng)前觸摸點(diǎn)的位置再判斷是否為“Start”按鈕所在位置范圍,，如是則把A/D轉(zhuǎn)換模式設(shè)置為普通轉(zhuǎn)換模式來轉(zhuǎn)換從AIN0(1)通道輸入的脈搏信號(hào),。在液晶屏上每幀顯示5 s的脈搏圖形，每秒鐘脈搏圖形含128個(gè)像素點(diǎn),，為了減小誤差在采集數(shù)據(jù)時(shí)每秒鐘采集1 280個(gè)樣點(diǎn)，然后每10個(gè)樣點(diǎn)值分一組去抖取平均,，所得數(shù)據(jù)進(jìn)行量化,、打點(diǎn)畫圖。系統(tǒng)應(yīng)用軟件的流程圖如圖4所示,。  
3 測量結(jié)果及對(duì)比分析
 　利用該測量儀,，測量并描記了大量不同人群的脈搏波形，將得到的脈圖結(jié)合傳統(tǒng)的中醫(yī)理論進(jìn)行分析對(duì)比,，都與受試者本人的健康狀況有一定的對(duì)應(yīng)性,。如圖5所示：channel1是測得并描記的一個(gè)18歲男性青年的左關(guān)脈圖，channel2是測得并描記的一個(gè)74歲男性高血壓病老人的左關(guān)脈圖,。對(duì)比兩者的脈圖,，可明顯看出，青年人的脈圖跟中醫(yī)理論所述的典型平脈脈圖非常相似,，波形呈三峰,，重搏前波、降中峽,、重搏波非常明顯,，脈率、大小適中,，節(jié)律均勻,，是健康的脈象[1]。如圖6所示為中醫(yī)理論所述的典型的平脈脈圖,。觀察老人的脈圖,，其特征是端直以長，如按琴弦,，有長,、直、緊急的特點(diǎn),。波形呈寬大主波,，波峽抬高。脈形有弦硬的指感,，反映出血管內(nèi)壓力,、管內(nèi)外周阻力、血液粘度等生理參數(shù)的增大。按中醫(yī)脈象理論,，高血壓,，高血脂是弦脈的主病[1]。這也與受試者老人的實(shí)際情況完全相符,。

 　通過對(duì)上面測量和描記的脈圖進(jìn)行對(duì)比分析可知,，這套測量系統(tǒng)能比較精確地測得脈搏波形，而且測量精度高,、響應(yīng)速度快,、功耗低，且便于操作,?？朔藗鹘y(tǒng)方法獲取人體脈搏波形的不便性及低精度等不利因素。同時(shí)在開發(fā)板上預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口,，使采集處理后的數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程傳輸,這對(duì)于遠(yuǎn)程中醫(yī)診斷提供了可能性,所以具有一定的實(shí)用性和很好的市場前景,。
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