工频干扰是经络信号的主要干扰,虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用,但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的,且频率处于经络信号的频带之内,加上电极和输入回路不稳定等因素,前级电路输出的经络信号仍存在较强的工频干扰,所以必须专门滤除。 采用如下图所示是有源双T带阻滤波器,该电路的Q值随着反馈系数(0<<1)的增高而增高,Q值与的关系如下: ,调节R16和R17的比值可改变Q值。
图3-10
3.5.1参数计算:
,,C7=C8=C,C大数据恢复6=2C
先取
,由公式计算得,在软件上模拟后,调整为:
,,,。
3.5.2 Q值讨论
50Hz陷波器的传递函数为:
(1)
幅频特性为:
(2),=1,=100rad。
国家允许交流供电频率在49.5~50.5Hz范围内,所以50Hz陷波器的Q值并不是越高越好,太高时,阻带过窄,若工频干扰频率发生波动,则根本达不到滤除工频干扰的目的。而Q值太小时,又可能会滤掉有用信号。
选择3dB处截止频率为47.5Hz,52.5Hz,将,分别代入中计算得,Q1=9.74,Q2=10.24,所以取
=10,R17=22M, R16=510K。
3.6后级放大电路
后级放大采用反相放大器,反相放大器一般形式如下图所示:
图3-12
在此电路上加一个电容,就可以同时实现放大和滤波,称之为实用反相放大器。
低端截止频率设计为0.05Hz,由式=0.05Hz来定C10,R18的值,取C10=33,
R18=100K。再由=-5,取R19=510KΩ。高端截止频率,由此式计算出C11的值,取C12=680。
图3.14
声源定位设计实用反相放大器的模拟幅频特性如下所示(输入信号1mV):
图3-15
3.7 总结和讨论
信号经过放大、滤波、处理后送入单片机进行A/D变换,一方面将A/D变换后的数据通过USB传到主机;
经络系统的前向通路对目前面世的许多医学仪器起着不可漠视的重要角;这相当于一个基石,没有了它,经络信号就不能很好的放大和给A/D采集,所以当前对经络的研究是至关重要的。刚要做时,我觉得无法入手,经过长时间的对相关资料的了解,明白自己首要做的事情就是要了解经络信号的特点,因为经络信号输出时的幅度不上5mV,那么选择一个适合的放大器对设计是第一个要点,在课题的一步步设计下去,碰到的问题不少,如放大电路中芯片的选择,在对比经络放大的各种要求才确定一个最方便、最实用的办法。根据经络信号的特点,设计了一个带通滤波器、一个陷波器来对信号进行滤波,也使我明白了多阶滤波器的设计;还有一点很重要的就是电容和电阻的参数确定比较繁琐,在选取使要考虑电阻标称值。
第4vdisk章软件分析与设计
4.1系统总体设计
USB数据采集系统软件设计主要包括两部分:一是USB设备端的单片机软件,主要完成USB协议处理与数据交换(多数情况下是一个中断子程序)以及其它应用功能程序。二是PC端的程序,由USB设备驱动程序和应用程序两部分组成。公司在Express的开发包中提供了一个通用驱动程序,我们对该驱动程序进行了封装,完成应用程序与USB操作系统的接口功能。应用程序根据下位机的数据包格式及通信协议,提取出各种信息供其它模块使用。PC端程序的开发难度比较大,程序员不仅要熟悉USB协议,还要熟悉Windows体系结构并能熟练运用DDK工具。
4.2 固件程序设计
4.2.1 USB接口固件设计
对于单片机控制程序,目前没有任何厂商提供自动生成固件的工具,因此所有程序都要由自己手工编制。根据USB协议,任何传输都是由主机开始的,这样单片机作它的前台工作,等待中断。主机首先要发令牌包给声波驱蚊USB设备, 设备接收到令牌包后就给单片机发中断,单片机进入中断服务程序,首先读C8051F320的中断寄存器,判断USB令牌包的类型,然后执行相应的操作。因此,USB单片机程序主要就是中断服务程序的编写。在USB
单片机程序中要完成对各种令牌包的响应,其中比较难处理的是SETUP包,主要是端口0的编程。永磁马达
4.2.2单片机主程序设计
主程序由两部分组成:第一、初始化单片机;第二、主循环部分,其任务是可以中断的,并对经络信号进行处理。在此选用了Keil C51语言进行了程序的调试和软件仿真。Keil C51开发系统可以完成编辑、编译、连接、调试和仿真等整个开发流程。可以用它来编辑C或汇编文件,然后由C51或A51编译器生成目标文件(.OBJ)。 目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS ). ABS文件由OH51转换成标准的业务激活HEX文件,以提供给调试器使用,进行源代码级调试,直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存储器中。