一种拉压式康复器械肌力测定系统研究

2017-05-08秦有年牛文平余红英韩晓东

科技与创新 2017年6期

秦有年+牛文平+余红英+韩晓东

摘要：研制了一套拉压式康复器械拉压力监测系统。该系统以stc89c51单片机为电路核心，设计了运动过程中康复器械的压力信号采集电路，并通过串口发送至上位机软件，实时监测运动特性参数。其应用于康复器械产品，并得到了国内外康复机构的认可。

關键词：康复器械；监测系统；单片机；计算机控制

中图分类号：TP277 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.115

近年来，随着科技的进步和行业的发展，康复器械的适用领域也不单单是伤残病人这一群体，生活节奏的加快使很多人的身体机能都处于一种亚健康状况，这类群体是康复器械服务的对象。从功能结构上看，康复训练系统进一步综合化、集成化、微型化，出现了各种机电一体化和计算机相关的新产品，涉及机械、电子、计算机控制、数据采集、人机交互等多种高新技术。因此，相关单位要提高康复器械产品的质量，才能获得行业立足之本。

肌力测定是指康复病人在运用拉压式康复器械进行肌康复运动中对康复器械受力的测定。本文针对基于传统的拉压式康复器械设计研发了一套拉压力实时采集与显示系统，使康复器械的运动锻炼更加人性化。

1 总体方案

监测系统主要由压力采集电路与肌力评测软件组成。压力采集电路由单片机、压力传感器、信号放大器、模数转换器组成。评测软件接收康复病人肌力信息，并予以存储分析等。系统总体方案如图1所示。

采集电路主要通过拉压传感器进行肌力传感，其信号经调理放大传至AD模块转换为数字信号，并传输给主控芯片；主控单片机再将信号转换为肌力信号，上传至评测软件进行存储分析。

2 采集系统硬件设计

2.1 拉压力传感器

采集系统硬件如图2所示。

采用JLBS型拉压力传感器，其量程范围在0～1 000 N，灵敏度为2.0±0.2 mV/V，属于高精度设备，输出有效电压范围为0～20 mV，可线性表示0～1 000 N压力值。

2.2 信号放大模块

拉压力传感器属于电阻应变式传感器，它由弹性元件受力承力并发生形变，使其贴在内部也发生形变，从而使阻值变化。在输入电压的情况下，输出为毫伏（mV）信号，mV信号抗扰能力差，不易被接收和采集，所以，需要使用信号放大器。设计采用INA126作为信号放大模块，INA126是运放电路专用的仪表放大器，其放大倍数可调，测试回路将信号区间放大至0～5 V的标准信号，随后进行模数转换。

2.3 模数转换模块

模数转换器采用TLC2543，TLC2543是美国TI公司生产的多通道、低价格、高精度的模数转换。该款ADC拥有11路模拟信号输入端，且内部可配置8～11位分辨率，其输出接口为SPI接口，与主控单片机是通过片选（adcs）、时钟信号（clock）、指令输入（int）、数据输出端口（dataout）进行通信。硬件采集电路图如图2所示。

2.4 电源电路模块

系统各模块的电路供电电压不尽相同，需要设计多电压输出的电源电路。系统总电源采用9 V向传感模块供电，通过7805电压转换芯片9 V转5 V供电单片机；放大器模块则需要将5 V通过A0515转换为±15 V供电。

2.5 采集程序软件设计

系统程序包括对TLC2543的转换模式初始化设置、数据采集，串口上传部分组成，采集软件流程如图3所示。

初始化是用于设置模拟数据通道口、转换位数。模拟通道选择AIN0（第0通道），转换数据设定为8.数据采集则是对ADC的读取过程，需要在单片机内部进行模拟SPI通信方式采集。采集子程序为：

uchar read_ad（）{

uchar temp，i，j，addata； uint k；

adcs=0； clock=0； //打开片选，时钟归0

For（i=0；i<8；i++）{

j=dataout；addata=（addata<<1）|j；

//将dataout输出数据读取至addata

clock=1；delayms（1）；clock=0； delayms（1）；