（电路与系统专业论文）基于经络理论的现代化诊断方法[电路与系统专业优秀论文].pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：垒童叁日期：竺! ：窒! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：垂鳋 导师签名_ 亟童辱期：! 竖：芏：兰? 。些望誊鐾苗辔誊皂，一 要 中医学一个最基本的观点认为，人体各脏腑、组织器官的功能活动不是彼此孤立，各 行其是，它们之闻具有相辅相成的影响作用，以此维持人体整体上的生理协调。经络是人 体运行气血的通路，其内部通向脏腑，外部通向全身体表，在体表则分布有许多腧穴。腧 穴就是脏腑经络之气通达于体表的特殊部位。体内脏脯疾病可以通过经络表现出病理改变， 又可通过穴位与体表相联系。当人体有病时，针刺体表的腧穴，可以通过经络达到调整气 血以治疗有关脏腑和各部的病症。目前已采用声、光、电、热、磁、核等多种测量手段研 究经穴特性。研究较多的是经穴的电特性，并且在这一方面的研究已经取得了明显的临床 效果，而对于经穴的热特性研究却非常少。 根据中医的经络平衡理论，正常人的经络特征是左右对称的两侧处于平衡状态。人体 患病时，经络状态会发生失衡，不同疾病对应于不同的失衡态。疾病在发展过程中，不论 是向好转还是向恶化发展，经络状态亦会呈现出不同的特征。 人体经脉相通，针灸以补泻虚实、疏通经络、调整气血为机制来达到治病的目的。我 国的名老中医陈乃明教授通过研究人体两衡同名穴位的温度差发现人体的特定穴位对中医 的虚实辨证有重要意义本文结合中医的经络理论设计系统对人体两侧的特定腧穴温差进 行测量研究。下图为系统的电路框图 图l 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件在此电路设计中， 传感器是将温度量转换为电流量。在满足测量精度的条件下，应尽量选择性价比高，使用 方便的传感器。本系统选用p t l 0 0 温度传感器由于敏感材料铂( 9 9 9 纯度) 的物理化 一一一一。蛀幽圭= 幽辔：墨。一一一。，。，。 学性能非常稳定。因而由其制成的温度传感器具有优良的稳定性、一致性、可靠性。 进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理 过程，不仅要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，这部分工作 是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。信号调理主要包括信号的变换、放大、 整形、去噪、滤波等。其中，信号的放大和整形最为常用。鉴于人体穴位温度信号与本系 统硬件设计的特点，本系统对信号的调理包括对信号的放大及滤波处理两部分。 本系统旨在测量人体两侧同一腧穴的温度信号，通过对采集到的两路信号进行处理， 探索中医经络理论的现代化诊断方法。 论文首先介绍了系统的硬件电路，并对其中的部分器件给与介绍，结合硬件电路的特 点及测量要求进一步介绍了对硬件电路的调试。另外本文结合实验环境及实验器件对系统 误差做了较详细的分析。 随着微电子技术、单片机技术的发展许多新一代的单片机已经在片内集成了多路a d 转换器，本论文采用s p c e 0 6 1 a 中的内置a d c 完成信号的模数转换，从而大大简化片外总 线的连接及编程工作。另外，u n s p 单片机的通用串行通信接口为标准全双工的通用异 步接收器发送器u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c i v e r t r a n s m i t t e r ) 模块。u a r t 模块 提供了一个全双工标准接口用于完成s p c e 0 6 1 a 与外设之阀的串行通讯。结合穴位温度信 号的特点及系统要求，本文结含系统程序对a d c 及u a r t 模块进行了详细地介绍。 论文最后介绍了用p c 机处理温度信号的方法以及微机与单片机之间的串行通信。 本系统的实现。是将现代化诊断技术运用到中医经络理论的一次研究，对人体两侧同 名腧穴温度信号的测量，一方面可以判断人体经络是否失衡；另一方面，温度的比较分析 为针灸的“热补凉泻”疗效提供客观、科学的依据。所以本系统的实现对中医的虚实辨证 有重要意义。 关键词 经络集成放大器滤波模数转换异步串行通信u a r t 模块 2 一一。，一当毫杰耋量耋耋篷鎏 ，一，。， 。 怂s t 卧e t i ti so n eo f t h eb a s i ci d e a so f c h i n e s em e d i c i n et h a tt om a i n t a i nt h ep h y s i c a lh a r m o n yo f t h e w h o l eh u m a nb o d 弘t h ez a n ga n df uo r g a n sc a n n o tf u n c t i o ni n d e p e n d e n t l y , t h e r ea r ei n f l u e n t i a l a c t i o n so fs u b j u g a t i o na n dr e s t r i c t i o na m o n gt h e m m e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l sa r et h er o u t e sf o r t h et r a n s p o r t a t i o no fq ia n db l o o d , w h o s ei n t e r i o rl e a dt ot h ez a n ga n df uo r g a n sa n de x t e r i o rt o t h es u p e r f i c i e sw h e r et h e r ea r es o m es h ua c u p o i n t s s h ua c u p o i n t sa r et h es p e c i a lp o s i t i o n sw h e r e i nt h em e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l st r a n s p o r tt h eq if r o mz a n ga n df uo r g a n st ot h es u p e r f i c i e s t h e i l l n e s so fz a n ga n df uo r g a n st h a tb e h a v e st h ep a t h o g e n e s i sb ym e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l sa n di s c o n n e c t e dw i t ht h es u p e r f i c i e sb ya c u p o i n t sc a l lb cc u r e db ya c u p u n c t u r et oa d j u s tt h eq ia n d b l o o dt h r o u g hm e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l s u pt on o ws e v e r a lm e a s u r i n gm e t h o d ss u c ha ss o u n d ， l i g h t ，e l e c t r i c ，t h e r m a l ，m a g n e t i ca n dn u c l e a re t c h a v eb e e na d o p t e dt os t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c s e s p e c i a l l yt h ee l e c t r i cc h a r a c t e r i s t i c sa n ds i g n i f i c a n tc l i n i c a le f f e c t so b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h em e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l sb a l a n c et h e o r y o fc h i n e s em e d i c i n e ，t h e c h a r a c t e ro fm e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l so fn o r m a lp e o p l ei st h a tt w os y m m e t r i c a ls i d e si si n b a l a n c e w h e np e o p l ea r ei ns i c k ，t h es t a t eo fm e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l si so u to fb a l a n c e ； d i f f e r e n ti l l n e s si sc o r r e s p o n d e dt od i f f e r e n tu n b a l a n c es t a t e d u r i n gt h ep r o c e s so fi l l n e s s ，t h e s t a t eo f m e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l sa p p e r sd i f f e r e n tc h a r a c t e r si nd e s p i t eo f t u r n i n gb e t t e ro rw o r s e t h eh u m a nb o a yc o m ed o w ni no n ec o n t i n u o u sl i n e ，t h ep r i n c i p l eo fc u r i n gi l l n e s su s i n g a c u p u n c t u r ei s l i e di nm e n d i n gf o rf a l s ea n dt r u e ，d r e d g i n gt h em e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l s ， a d j u s t i n gq ia n db l o o d t h ep r o f e s s o rc h e nn a i m i n g ，af a m o u sa n da g e d h e r b a l i s td o c t o r , f o u n d t h a ts p e c i a lp o i n t si nb o d yi sv e r yi m p o r t a n tt of a l s ea n dt r u ed i a l e c t i cv i as t u d y i n gt e m p e r a t u r e d i f f e r e n c ea n dp o t e n t i a ld i f f e r e n c eo ft h eh o m o n y m yp o i n t sl o c a t e di nt w os i d e so fb o d y t h e n i n t e g r a t i n gt h ec h i n e s em e d i c i n et h e o r yo ft h em e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l s ，t h i st h e s i si ss e a r c h i n g t h em o r d e nd i a g n o s t i cm e t h o df o rt h ec h i n e s em e d i c i n et h e o r yo ft h em e r i c i a n sa n dc o l l a t e r a l s b yd e s i g n i n gas u i to fc i r c u i tt om e u s u r et h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eo fs p e c i a ls h ua c u p o i n t sl i e d i nt w os i d e so f b o d y t h ef o l l o w i n gg r a p hi st h eb l o c kd i a g r a mo f t h es y s t e m 3 g r a p hl s c u s o ri so n ek i n do fa p p a r a t u sw h i c hc a l lt r a n s f o r mp h y s i c a lq u a n t i t yo rc h e m i c a lq u a n t i t y i n t ot h eu s e f u le l e c t r i cs i g n a l i nt h i sc i r c u i td e s i g n i n g ，w ep u tt h es e n s o ri n t oc o n v e r t i n gt h e t e m p e r a t u r eq u a n t i t yi n t oe l e c t r i cs i g n a l w es h o u l dc h o o s et h es e n s o rt h a tn o to n l yh a sh i g h e r q u a l i t y - t o p r i c er a t i ob u tu s ec o n v e n i e n t l y i nm ys y s t e m ，ic h o o s ep t l 0 0tt e m p e r a t u r es e n s o r b e c a u s ep t ( 9 9 。9 9 p u r l 啪，as e n s i t i v em a t e r i a l ，h a sh i g h l ys t e a d yp l a y s i c a la n dc h e m i cc a p a b i l i t y , s ot h et e m p e r a t u r es e n s o rm a d eo fi th a sf i n es t a b i l i t y , c o n s i s t e n c ya n dr e l i a b i l i t y t h es i g n a la m p l i t u d ei ss m a l la n dj u m b l i n gd i f f e r e n ti n t e r f e r i n gs i g n a la n dn o i s ew h e ni t e n t e r st h es e u s o r i no r d e rt of a c i l i t a t et h ef o l l o w i n gp r o c e s s ，f i r s tt h es i g n a ls h o u l db es h a p e dt o t h eo p t i m a lc h a r a c t e r i s t i cw a v e f o r m ，s o m e t i m e st h es i g n a ls h o u l db el i n e a r i z e d ；t h i sc o u r s ei s a c h i e v e db yu s i n ga m p l i f i e r , f i l t e ra n do t h e ra n a l o gc i r c u i t s 。a d j u s t m e n to fs i g n a lm a i n l yc o n s i s t s o ft r a n s f o r m a t i o n ，a m p l i f i c a t i o n ，s h a p i n g ，n o i s er e d u c t i o na n df i l t e r i n ge t c s p e c i a l l y , t h es i g n a l a m p l i f i c a t i o na n ds h a p i n gi sm o s t l y i nc o m m o nu s e a c c o r d i n gt ot h es p e c i a l t yo ft h e t e m p e r a t u r es i g n a lo ft h eh u m a nb o d yp o i n t sa n dt h eh a r d w a r ed e s i g n i n gi nt h i ss y s t e m ，t h e a d j u s t m e n tt ot h es i g n a l so f t h i ss y s t e mi so n l yt oa m p l i f yt h es i g n a lt os o m ee x t e n t t h i ss y s t e ma i m sa tm e a s u r i n gt h et e m p e r a t u r es i g n a lo f t h es a n q es h up o i n tl i e di nt w os i d e s o ft h eh u m a nb o d y v i ad e a l i n g 、航t l lt h es i g n a lc o l l e c t e df r o mt w ol i n e s w ep r o b et h em o d e m d i a g n o s e sm e t h o do f t h ec h i n e s em e d i c i n et h e o r ya b o u tt h em e r i d i a n sa n d c o l l a t e r a l s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eh a r d w a r ec i r c u i to ft h es y s t e mf i r s t l y , i n c l u d i n gt h ei n t r o d u c t i o n a b o u ts o m ea p p a r a t u s e s ，a n dt h e ni n t r o d u c e st h ed e b u gf o rt h eh a r d w a r ec i r c u i ta c c o r d i n gt ot h e m e t r i c a ld e m a n d i na d d i t i o n ，t h i sp a p e rg i v e st h ed e t a i l e da n a l y s i sa b o u tt h es y s t e m a t i ce r r o r 4 c o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n ta n dd e v i c e s a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do ft h es y s t e md e s i g n , t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fs p c e 0 6 1 a s c ma i n t r o d u c e di nd e t a i li nt h i sp a p e r w 曲t h ed e v e l o p m e n to fm i c r o - - e l e c t r o n i c sa n ds c m t e c h n o l o g y , m a n yn e wk i n d so fs c m h a v ei n t e g r a t e dm u l t i - c h a n n e la d c ，s ot h eb u sc o n n e c t i o n a n dp r o g r a m m i n gw o r ka r es i m p l i f i e dg r e a t l y w ca d o p tt h ee m b e d d e da d ci nt h es p c e 0 6 1 a c h i pt oc o m p l e t ea dc o n v e r s i o nb a s e do nt h ef e a t u r eo f t h ep o i n tt e m p e r a t u r es i g n a la n ds y s t e m r e q u e s t ，s oa d c e m b e d d e di ns p c e 0 6 1ai sd e s c r i b e dd e t a i l e d l yi nt h ep a p e r i nt h i ss y s t e m ，t h e d a t ac o l l e c t e db ys c mi sp r e p r o e e s s e da n dt r a n s m i t t e dt op ct h r o u g ht h es e r i a li n t e r f a c e ，t h e ni s a n a l y z e da n dp r o c e s s e db yp c n 蛇u n i v e r s a ls e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo fp n s p v ms c m i ss t a n d a r df u l ld u p l e xu a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t e r ) m o d u l e u a i h m o d u l es u p p l i e sas t a n d a r df u l ld u p l e xi n t e r f a c e t oc o m p l e t es e r i a lc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n s p c e 0 6 1 aa n dp e r i p h e r a le q u i p m e n t u a r tm o d u l ei sd e s c r i b e da tl e n g t ht h r o u g hs y s t e m p r o g r a m f i n a l l y , t h et h e w si n t r o d u c e st h em e t h o do f p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r es i g n a lb yp ca n dh o wt o c o m p l e t et h ei n t e r a c t i v ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e np ca n ds c m t h i sd e s i g ni sar e s e a r c hf o rt h cm o d e md i a g n o s em e t h o do fc h i n e s em e d i c i n eb a l a n c e t h e o r y t h r o u g ht h em e a s l l r eo fl e m p e m r n es i g n a lo ft h es a m es h up o i ml i e di nt w os i d e so f h u m a nb o d y , o n es i d e ，w ec a nj u d g ew h e t h e rt h em e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l so fh u m a nb o d yi so u t o f b a l a n c e , i ti si m p o r t a n tt ot h ef a l s eo rn 佻d i a l e c t i ca b o u tc h i n e s em e d i c i n e ；o nt h eo t h e rs i d e i t p r o v i d e so b j e c t i v ea n ds c i e n t i f i ce v i d e n c ef o rc u r a t i v ee f f e c ta b o u t r eb ul i a n gx i e o f a c u p u n c t u r et h r o u g hc o m p a r i s o na n da n a l y f i so f t c m p c m t a r e k e y w o r d 1 1 地m e r i d i a n sa n dc o l l a t e r a l s ，a m p l i f i e r , f i l t e r , a d c ，a s y n c h r o n o u ss e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，u a r t m o d u l e 5 ! ，。一一。一上塞盥耋耋堡垒塞，。! ，。! 一。，：一 前言 中医学是中华文化遗产中的一块瑰宝。即使在西医高度发达的今天，中医不仅保持了 自己完整的理论体系，而且在治疗菜些西医难以治疗的慢性病、疑难病时，更充分的体现 出其独特的一面。 针灸是祖国医学的重要组成部分，历史悠久，治疗范围广泛，其完整的理论体系、独 特的风格和确切的疗效，享誉国际医林，并已被1 0 0 多个国家应用于临床。随着现代医学 的化学疗法、抗菌素疗法、放射疗法、手术疗法存在的弊端越来越明显。重视调动机体自 身抗病能力的针灸疗法更加受到中外医学界的极大关注。传统针灸理论是建立在经络学说 上的。中医医学把经络看成是人体气、血运行的通道，运行气血营养周身，抗御病邪。经 络象一个联络网。把人体脏腑和体表联成一个统一体，调整着机体各系统的机能。刺激这 一系统的穴位点可起到平衡阴阳、扶助正气、抵御外邪、治愈疾病的效果。当人体有病时， 针刺体袁的腧穴，可以通过经终达到调整气血，以治疗有关脏腑和各部的病症。 早在3 0 年前。对经络学说及针灸机制的研究就已经展开，研究的方法多种多样，并初 步取得了一些成绩，其中一方面就是对知热感度的测定研究。知热感度测定法是1 9 5 0 年所 提出的，这一测定法是根据我国经络学说，应用阴阳协调原理的一种诊断治疗法。方法是： 用着火的灸用线香，以一定的速度一上一下烤触各经的井穴，患者觉热时立即示知，一般 3 8 次即突然觉热痛，也有到1 5 3 0 次，甚至2 0 0 次以上才觉热。将这种发觉烫痛所需 的次数记录下来，叫做“赤羽氏指数”，左右同经井穴有高低的，就称作左右差。正常人的 经络特征是左右对称的两侧处于平衡状态，人体两侧的同名经穴出现左右差时，说明人体 经络状态发生失衡，因为不同疾病对应于不同的失衡态，所以我们可以根据经穴的失衡对 人体进行虚实辩证。在其出现左右差的同一经络上，可能发现有过敏点，给于适量的针刺 后，能使其左右差趋向平衡。对其直觉迟钝的经或其赡穴，予以轻丽不痛的补法：对知觉 不迟钝的经或其翰穴，则予以稍强而痛的泻法。 根据中医的经络平衡理论，正常人的经络是左右对称的，两侧处于平衡状态，而肌体 内部的脏腑、经络气血津液的病变可以在相关的经穴温度上反映出来。正常人同名经穴两 侧温差一般在0 5 以内。而患者的同名经穴两侧温差都超过0 5 c ，甚至达到2 以上。 “3 0 4 ”医院穴位诊断室经过1 0 0 0 名肿瘤患者及1 0 0 0 名肿瘤对照组测量发现，8 6 的肿瘤 患者其受累穴两侧穴温差偏高，大于0 ，5 c 。因此，通过对同名经穴两侧温差的测定可以 诊断某些疾病。 8 “烧山火”、“透天凉”是针灸中的两种综合手法。“烧山火”是一种纯补的手法，因在 施术时，病人常有针下温热的感觉，故名“烧山火”。素问针解篇说：“刺虚则实之者， 针下热也，气实乃热也。”可见补法中的温热感觉，是经气已补而实的现象。“透天凉”是 一种纯泻的手法，因在施术时，病人常有针下寒的感觉，故名“透天凉”。素问针解篇 说：“满而泄之者，针下寒也，气虚乃寒也。”对“烧山火”、“透天凉”这两种针灸手法疗 效的判断主要是依据所施针法穴位的温度变化情况，用“烧山火”手法后，若施针穴位发 热，则说明起到了补的目的：用“透天凉”手法后，若旌针穴位发凉，则说明起到了泻的 目的。 腧穴并不是孤立于体表的点，它与深部组织器官有着密切联系，是人体脏腑经络气血 输注出入的特殊部位。“输通”是双向的。从内通向外，反应病痛；从外通向内，接受刺 激，防治疾病。从这个意义上说，腧穴又是疾病的反应点和治疗的刺激点。 当病邪侵袭人体时，人体的正气可以通过经脉、腧穴向外奋起以护卫体表；当人体内 部发生病变时，内在的病理状态又可通过经脉腧穴反映于体表，因此腧穴部位的变化可以 作为诊断疾病的依据。腧穴不仅是气血输注的部位，也是邪气所客的处所。当人体正气亏 虚、肌腠空疏时，邪气就会通过体表腧穴由表入里。腧穴输注气血向内传入的特性，又是 腧穴之所以能够治疗疾病的基础。在腧穴部位施以针刺、温灸等时，各种刺激能过腧穴、 经脉传入体内，从而激发人体的正气，协调平衡阴阳，达到预防和抗御疾病的目的。腧穴 防治疾病的作用已被大量的临床和实验所证实。 本文在实验中选取腧穴中的五输穴作为测量对象。 五输穴，是十二经脉各经分布于肘膝关节以下的五个重要腧穴，即井、荥、输、经、 合，各经的五输穴从四肢末端起向肘膝方向依次排列。 五输穴表 肺大肠胃脾心小肠膀胱肾心包三焦胆 肝 井少商商阳 厉兑隐白少冲少泽至阴涌泉中冲关冲窍阴大敦 蒙鱼际 二间内庭大都少府前谷通谷然谷劳宫液门侠溪行间 输 太渊三间陷谷 太白神门后溪束骨太溪大陵中渚足临泣太冲 【 经经渠阳溪解溪 商丘灵道阳谷昆仑复溜间使支沟阳辅 中封 - 合 尺泽曲池足三里阴陵泉少海小海委中 阴谷曲泽天井阳陵泉曲泉 7 。当壅吝耋曼耋璺：篓i 皇基。：。 论文设计了一套双路数据采集系统来完成对人体两侧同名腧穴温度的测量，在论文中 我们以单路为例对整个系统进行介绍。第章介绍了温度信号采集的前端电路，主要包括 器件的选择、硬件电路设计及数字滤波三部分。温度传感器是硬件中一个关键部件，本系 统是对人体特定腧穴温度的测量，在定标时，我们选取的温度范围是3 3 。c 4 3 ，即要求 温度传感器在此范围内的热电特性具有很好的线性。p t t 0 0 温度传感器采用磁控溅射工艺 及平面组装工艺制造而成，由于敏感材料铂( 9 9 9 9 纯度) 的物理化学性能非常稳定，因 而p t l 0 0 显现出优良的稳定性、一致性、可靠性。通过实验，p t l 0 0 在人体温度范围内具 有很好的线性。所以我们选取p t l 0 0 作为系统的温度传感器。考虑到桥路输出信号的特点 及系统的测量要求，选取a d 5 2 4 作为放大。a d 5 2 4 是一种高精确度放大器，为1 6 线双列直 插式封装。具有很好的线性。低的温度漂移和低噪声，高的共模抑制比等优点。我们采用不 平衡电侨作为电阻传感器的配用电路，来完成温度的测量。在硬件设计部分，我们首先分 析了所采用桥路的非线性误差及测量精度，然后分析电路的噪声及干扰并提出了降低噪声 和消除干扰的方案，例如，为了消除工频干扰，放大器后端加了级低通滤波电路。为了 减少嗓声和随机误差对采样值的干扰，提高系统的可靠性，对采集的信号进行了数字滤波 处理。 第二章主要介绍了我们在系统中选取的微处理器u n s p 系列产品s p c e 5 0 0 a 1 。 凌阳是1 6 位单片机，它的c p u 内核采用凌阳最新推出的u n s p ( m i c r o c o n t r o l l e ra n d s i g n a lp r o c e s s o r ) 1 6 位微处理器芯片( 以下简称u n s p ) ，围绕u n s p 所形成的 1 6 位p n s p 系列单片机( 以下简称p n s p 家族) 采用的是模块式集成结构，它以 p n s p 内核为中心，集成不同规模的r o m 、r a m 和功能丰富的各种外设接口部件。它具 有体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展、功能强效率高韵指令系统等优点。s p c e 5 0 0 a i 内置7 通道l o 位电压模数转换器( a d c ) ，可以同时进行多路信号的模数转换，通过理论 分析1 0 位的模数转换器的转换精度能够满足系统设计的要求。 第三章是a d 转换的基本知识，简单介绍t a d 转换的三个过程。第四章首先介绍了 u n s ，单片机内部集成的1 0 位a d 转换器a d c ，它采用逐次逼近式原理实现模数转换，我 们对a d 转换器的结构、a d c 控制寄存器及其设置、a i ) c t _ 作方式及其电气特性进行了介绍： 然后设计软件方案完成人体温度的模数转换，我们采用定时器溢出中断进 , a d 转换的中 断服务程序。在中断服务程序中完成两路信号的a i d 转换。第一路信号l i n e - 王n l 输入，转换 完成后，转换结果保存在以地t j l ：o x l o 厕f 始的内部r a m p ：第二路信号由l i n e _ i n 7 输入，转换 8 耋鳘醴生型幽这二一 完成后，转换结果保存在以地址o x 3 0 开始的内部r 从中：a d c 自动转换过程有两种启动方式： 通过读取数据寄存器( p a d c 或p a d c m u x d a t a ) 启动和通过定时器的计数溢出启动，程序 通过读取数据寄存器p - a d c _ 删x d a t a 启动a d c 。 由于p c 机强大的数据处理和数据管理能力，在单片机数据采集、实时控制等分布式系 统中，上位机大多由p c 机构成。为了便于数据的处理分析，我们需要将采集的数据由单片 机传送到p c 机。论文第五章介绍单片机与p c 机之间的串行通信。单片机的数据通讯接口 采用标准的2 3 2 接口，电平采用m a x 2 3 2 芯片作为电平转换器件。i b mp c 兼容微机均提供 了1 至2 个2 5 针或9 针的r s 一2 3 2 标准串行口，本系统单片机与计算机连接的沟通接口是 r s 一2 3 2 ，不仅实现简单，而且价格上也便宜。 u n s p 单片机的通用串行通信接口为标准全双工的通用异步接收器发送器 u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c i v e r t r a n s m i t t e r ) 模块。u a r t 模块提供了一个全双工 标准接口用于完成s p c e 0 6 1 a 与外设之间的串行通讯。论文介绍t u a r t 接收数据的方式、波 特率的设置、u a r t 的字符格式、串行通信的工作模式等。单片机向p c 机发送数据是通过查 询方式进行的，单片机通过查询r x r d y 和t x r d y 的状态决定是否接收或发送数据。由于m s c o m m 控件提供的串行通信功能能满足一般数据采集和控制系统的r s - - 2 3 2 t 行通信要求，并且在 v i s u a lb a s i c 下实现串行通信时，仅需与m s c o m m 控件的属性及相关事件打交道，所以我们 以v i s u a lb a s i c 为平台实现p c 机的串行通信。在程序中采用软件应答法实现数据同步，当 数据向p c 机传送中出现校验错误时，向单片机发信号要求单片机重发数据。 第六章主要介绍了数据的处理，最后通过对抑制工频干扰方法的深入研究，提出了抑 制工频干扰的复合数字滤波方法。 9 ! 。，。当奎盗宝型璺罄苫。，一。，。，。，。，。 第一章件的选择及硬件电路设计 1 1 器件的选择 1 1 1 温度传蓐器的选择 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。在此电路设计中， 传感器是将温度量转换为电流量。在满足测量精度的条件下，尽量选择性能价格比高，使 用方便的传感器。本系统是对人体特定腧穴温度的测量，在定标时，我们选取的温度范围 是3 3 。c 4 3 c ，即要求温度传感器在此范围内的热电特性具有很好的线性。p t l 0 0 温度传 感器采用磁控溅射工艺及平面组装工艺制造而成，由于敏感材料铂( 9 9 ，9 9 纯度) 的物理 化学性能非常稳定，因而由其制成的温度传感器显现出优良的稳定性、一致性、可靠性， 已广泛应用在各种环境的温度监控中。所以。我们选用p t l 0 0 厚膜铂电阻温度传感器。下 面对p t l 0 0 厚膜铂电阻温度传感器做一简单介绍。 感温原理 p t l 0 0 温度传感器工作原理：铂的晶格的热振动对电子运动产生阻碍作用，温度变高， 晶格振动加强，振幅加大，阻碍电子作用增强。这样就宏观反映出铂电阻随温度变化而变 化。通过测定阻值变化即可反映出温度变化，达到对温度测量的目的。 根据电工委员会标准i e c 7 5 1 的计算p t l 0 0 温度传感器阻值的方程式如下： 在o c 到+ 6 0 0 的温度范围内： r t = 1 0 0f l + 3 9 0 8 0 2 x 1 0 ( 。3 ) f o 5 8 0 2 1 0 ( 6 ) x t 2 ) 其中：m 是温度，时的阻值( 单位：q ) ，是温度( 单位：) 。 o p t l 0 0 厚膜铂电阻的性能参数： p t l 0 0 厚膜铂电阻温度传感器允许通过的工作电流为一 5 m a p t l 0 0 0 低温铂电阻温度传感器，在液氧温区。其热电特性的线性度和稳定性良好，灵敏度 高。 测量温区：? 0 i o o k 平均灵敏度：0 4 q k 工作电流i r a h 时自热误差：5 1 4 k 下图是通过实验法测得的p t l 0 0 厚膜铂电阻温度传感器在3 0 c 4 3 c 范围内的温度一 电阻关系图。由图1 1 可见，p t l 0 0 厚膜铂电阻温度传感器在测温区内具有良好的线性。 1 0 一一一。 _ 岱盗兰置主主兰蹩塞 一一一。 ，墨，一曼 r ( 9， 1 1 6 1 1 5 1 1 4 1 1 3 1 1 2 ： ，7 ： 4 4 c ) 图1 1 1 1 2 集成运算放大器的选择 集成运算放大电路是用来放大微弱信号的精密运算电路，实际运放并不是理想的，存在 失调、温度漂移误差，以及闭环增益误差。实际的放大器在输入端无信号输入时，输出端也 会输出不为零的电压。虽然可以尝试通过运放的调零电路进行调节使输出端电压趋于零， 但集成运放调零电路是以改变差动输入级的对称性来实现调零的，调零作用过大时，差动输 入级的对称性就会严重失衡，从而使集成运放的共模抑制性能变坏。而且在集成运放外接电 路电阻阻值过大时，失调电流的影响较严重，用调零的方法来补偿失调输出，势必造成差动 输入级的严重失衡，以至会大大降低集成运放抑制漂移的性能。因此在作运放应用电路设计 时，为提高运放的精度和工作稳定性，应该在不考虑调零电路作用时，要求输出失调电压尽 可能的小，或等价地要求输入失调电压尽可能小。 本系统放大电路是对电桥电路的输出信号进行放大，电桥电路的一个特点是其输出存 在较大的共模信号，所以要求放大器具有较强的共模抑制能力。 鉴于硬件电路的特点及设计要求，在本系统中我们选择a d 5 2 4 作为放大器，对桥路的 输出电压信号进行放大。a d 5 2 4 是一种商精确度放大器，为1 6 线双列直插式封装，其功能 框图如1 2 所示。它具有很好的线性，低的温度漂移和低噪声，高的共模抑制比等优点。 一i n p u 了 g ：1 0 g ：1 0 0 g = 1 0 0 0 r g t r g 2 f u n c t l o n a lb l o c kd i a g r a 髓 增益与频率响应 一 之 三 1 0 0 晨 昌 图1 2 s e n s e v o u t r e f e r e n c e