基于MSP430F149的阻抗测量系统设计

图 1 系统结构框图
2 硬件电路 2 . 1 单片机控制 AD9852 电路
如 图 2 所 示 , 单 片 机 P1 . 0 ～ P1 . 7 , 通 过 复 用 与 AD9852 数据 、地址引脚相 连 , P2 . 3～ P2. 7 与 AD9852 五 个较重要的控制引脚 相连接 。单片 机主要 是通过向 DDS 输出幅度字 、频率字来控制 AD9 852 产生的正 弦波的频率 和幅度 [223 ] 。
3 软件设计
本系 统 的 软 件 用 C 语 言 编 写 , 在 IA R Embedded Work bench 环境下进行编 写 、调 试 ,其软 件流 程如 图 6 所 示 。单 片 机 软 件 主 要 分 为 两 部 分 , 一 部 分 通 过 控 制 AD9852 产生正弦波 ,同时对电压 、电流进行 A/ D 转换 ,进 而进行计算 ,其流程如图 7 所 示 ; 另一 部分将 采集 来的数 据传输给 PC 机 ,软件流程如图 8 所示 。
MSP430 F149 AD9852 A/ D 转换 实时传输
引 言
医学阻抗测量是利用生物组织与器官的电特性及其变 化 ,提取与生物体生理 、病理状况相关的生物医学信息的一 种检测技术。它通常借助于驱动电极向检测对象送入一微 小的交变电流 (或电 压) 信号 ,同 时测 量两极 的电 压 (或电 流) 信号 ,从而计算出相应阻抗 ,然后应用于不同目的 。
本设计利用 MSP430 F149 自带的 串口通过 RS485 进 行远距离实时传输 ,上 位机可将 实时 数据进 行曲 线绘制 、 数据保存等处理。
T F1 和 T2 感 应出的 电流 、电压相 对量 , 经过程 控放 大器 和真有效值转换后 ,进入单片机 ,进行 A/ D 转换 。单片机 根据电流 、电压值计算出电阻 ,再通过串 口传输 给 PC 机 。 其系统结构框图如图 1 所示 。
不同组织的阻抗值也不相同 ,因此阻抗可以作为区分 不同组织的一项重要指 标 ; 同时 随着 生理活 动的 变化 ,同 一组织阻抗值也会发生改变 ,因此阻抗可以作为检测组织 是否发生病变的一个依据。
生物组织的阻抗受多种因素影响呈现出各种特性 ,其 中最 主 要 的 就 是 它 的 频 率 特 性。本 设 计 通 过 M SP430 F149 控 制 AD9852 产生不 同幅度 、不同 频率的正 弦波 。该正弦波经过滤波 、放大 后作 用于人 体 ,通过 测量 电压信号 U 和电流信号 I , 且令 K = U/ I ,计 算出 K, 然后 根据 R2 K 曲线 ( 此曲线由 不同 阻值的 固定电 路 R 与 相应 K 之间的关系拟合所得) 解析式求出阻抗 。本设计可根据 不同的目的获取各自相 关信 息 ,同时 本设计 不受 幅度 、频 率限制 ,还可用于研究生物组织的幅频特性 。
图 4 单片机与 RS485 通信转换电路
图 6 程序流程
图 5 RS232 与 RS485 通信转换电路图 pape r @mesnet . com. cn( 投稿专用)
图 7 数据采集 流程 图 8 单片机与 PC 机通信流程
3 5 年第 期 2008
12
Microcontrollers & Embedded Syste ms
图 2 单片机与 AD98 52 连接关系
3 4
2008 年第 12 期
a dv @mesnet . com. cn (广告专用)
2 . 2 电流、电压测量电路
图 3 所示为电流测 量电路原理。为了在不 同幅度下都能准确测量 电流 ,在峰 —峰 值转有 效 值电路前加了一片程控 放大器 ,单片机通过输 出 增益控制使得即使前端 电压很小时也能将其提 高到一定 程度 ,达到准 确 测量的目的 。同样 ,在 电 流测量电路中 T I 公司的 MSP430 F149 单片机 。该单片机 有 60 KB Flash 、2 KB RA M ,具有强大的数据处理能力[ 1] 。 单片机通过向 AD9 852 发送频率字 、幅度字从而 控制正弦 波的频率、幅度。正弦波经过电流转电压、功率放大等电 路作用后 ,经 过 线 圈 T1 隔 离 作 用 于 人 体 , 同 时 由 线 圈
2 . 3 RS485 电路
图 4 所示的单 片 机与 RS485 通信 转换 电路 中 , 通过 3 个光耦器件对单片机电路和 RS485 总线进行隔离 , 提高
TECHNOLOGY REVIEW 技术纵横
图 3 电流测量电路原理 系统的抗干扰 能力 。采 用 SP485 E 来 支持 RS485 串 行协 议 ,但由于 SP485 E 的工作逻辑是 T TL 电平 ,而 RS232 通 信的逻辑电流不是 T TL 电平 ,需 要通过 SP232 器 件进行 电平转换 [4 ] ,如 图 5 所示 。RS485 工 作 在半 双 工 通 信状 态 ,通过 CTR4 85 控制数据的输入/ 输出方向 。
新器件新技术 NEW PRODUCT & TECH
本例中 ,采样频率为 8 k Hz ,因此 ROSC 电阻 ( 即 R1) 取 200 kΩ。
2 . 2 AP89010 的 2 种输出方式
A P89010 芯 片 有 2 种 输 出 方 式 : 一 种 利 用 芯 片 V OU T1 、VO U T2 引脚 直 接驱 动 喇叭 ,但 驱 动能 力 较弱 , 只能选用小功率的 喇 叭 ; 另 一种利 用芯 片 CO U T 引 脚电 流放大输出 ,再外接三极管放大推动喇叭 。本例中采用后 者 ,驱动 8 Ω、1 W 规格的喇叭 。
技术纵横 TECHNOLO GY REVIEW
基于
M S P 43 0 F1 49 的 阻 抗 测 量 系 统 设 计
■西安电子科技大学 刘丽萍 朱天桥 杨格亮
摘 要 关键词
介绍一个基于 MSP430 F149 与 AD9852 的 阻抗 测量 系统 的设 计 。系统 利用 MSP4 30 F149 自 带的 12 位 A/ D 转换 ,实现对负载电压电流的测量 。根据测量值计算出阻抗后 ,通过 RS485 将阻抗值远 距离实时传 输给 PC 机 。本设计具有精度高 ,可靠性较好 ,可移植性强的优点 。