用MSP430F149設(shè)計的阻抗測量系統(tǒng)

運算速度快

MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實現(xiàn)乘加運算)相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(如 FFT 等)。

超低功耗

其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)(FLL 和FLL+)時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。可以只使用一個晶體振蕩器(32768Hz)，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149單片機。該單片機有60 KB Flash、2 KB RAM，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力。單片機通過向AD9852發(fā)送頻率字、幅度字從而控制正弦波的頻率、幅度。正弦波經(jīng)過電流轉(zhuǎn)電壓、功率放大等電路作用后，經(jīng)過線圈T1隔離作用于人體，同時由線圈TFl和T2感應(yīng)出的電流、電壓相對量，經(jīng)過程控放大器和真有效值轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入單片機，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機根據(jù)電流、電壓值計算出電阻，再通過串口傳輸給PC機。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

IC選用LM324型運算放大集成電路。

2 硬件電路

2.1 電流、電壓測量電路

圖3所示為電流測量電路原理。為了在不同幅度下都能準(zhǔn)確測量電流，在峰一峰值轉(zhuǎn)有效值電路前加了一片程控放大器，單片機通過輸出增益控制使得即使前端電壓很小時也能將其提高到一定程度，達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。同樣，在電流測量電路中，也使用了同樣的原理圖。

2.2 RS485電路

圖4所示的單片機與RS485通信轉(zhuǎn)換電路中，通過3個光耦器件對單片機電路和RS485總線進(jìn)行隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。采用SP485E來支持RS485串行協(xié)議，但由于SP485E的工作邏輯是TTL電平，而RS232通信的邏輯電流不是TTL電平，需要通過SP232器件進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖5所示。RS485工作在半雙工通信狀態(tài)，通過CTR485控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出方向。

2.3 單片機控制AD9852電路

如圖45所示，單片機P1.O～P1.7，通過復(fù)用與AD9852數(shù)據(jù)、地址引腳相連，P2.3～P2.7與AD9852五個較重要的控制引腳相連接。單片機主要是通過向DDS輸出幅度字、頻率字來控制AD9852產(chǎn)生的正弦波的頻率和幅度。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件用C語言編寫，在IAR EmbeddedWorkbench環(huán)境下進(jìn)行編輯及測試，其軟件流程如圖6所示。單片機軟件主要分為兩部分，一部分通過控制AD9852產(chǎn)生正弦波，同時進(jìn)行計算，其流程如圖7所示;另一部分將采集來的數(shù)據(jù)傳輸給PC機，軟件流程如圖8所示。

4 實驗結(jié)果

實踐證明，正弦波幅度對阻抗幅度值影響較小;而頻率對阻抗幅度值影響較大。用雞蛋清實驗時，發(fā)現(xiàn)隨著頻率增大，阻抗值減小，并且蛋清濃度越高阻抗越大。當(dāng)正弦波頻率為440 kHz時，通過程控放大器將電流電壓調(diào)整在O.7 ～2.5時，無感電阻與電壓、電流比值的關(guān)系如圖9所示。

由圖可見，在誤差允許的范圍內(nèi)二者呈近似線性關(guān)系。

結(jié) 語

本設(shè)計提供了一種人體阻抗測量方法，可作為醫(yī)療儀器的輔助功能，為組織診斷等提供一定的參考。