基于單片機(jī)的按法測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

張國(guó)龍　王朝暉　張鶴林　張大平

【摘 要】按法是中醫(yī)按摩手法中一個(gè)重要手法，作者設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的中醫(yī)按法測(cè)試儀。該儀器通過(guò)陣列式壓力傳感器，將按摩過(guò)程中的力度進(jìn)行采集并顯示，同時(shí)記錄力度到達(dá)峰值所需的時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】按法；單片機(jī)；陣列式壓力傳感器

【Abstract】Pressing technique is an important technique in traditional Chinese medicine massage technique， the authors design a Pressing technique of tester traditional Chinese medicine based on MCU. The instrument take and display massage strength through pressure sensor array， record the time when strength is on the peak.

【Key words】According to the law； Single chif microcomputer； Away type pressure sensor

0 引言

按摩是中醫(yī)治療疾病的手段，也是普通人日常保健的手法。其中按法指用手指或手掌在皮膚或穴位上有節(jié)奏地按壓，是中醫(yī)按摩手法中的一個(gè)重要手法。長(zhǎng)期以來(lái)，中醫(yī)按法的應(yīng)用多以師傳口授得以延續(xù)，介紹基本操作手法時(shí)，仍以文字描述、口頭表達(dá)為主，缺乏直觀(guān)、定量的方法來(lái)反映其手法的操作過(guò)程，影響了教學(xué)效果和客觀(guān)評(píng)價(jià)，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易的能反應(yīng)在按壓過(guò)程中的力度和力度分布以及按壓頻率的測(cè)試儀是十分必要的。

1 按法測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)

按法測(cè)試儀的主要由陣列式壓力傳感器來(lái)感受按壓過(guò)程中的力學(xué)信息，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將力度轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。單片機(jī)定時(shí)采集信號(hào)并顯示在屏幕上，同時(shí)我們可以將采集到的若干點(diǎn)的信息描繪成壓力曲線(xiàn)圖，以便為中醫(yī)按法研究做進(jìn)一步的分析。

1.1 壓力采集模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的中醫(yī)按法測(cè)試儀，采用4個(gè)壓力傳感器做成陣列。我們可以單獨(dú)測(cè)量任何一個(gè)點(diǎn)的壓力，描繪壓力曲線(xiàn)圖，也可以同時(shí)測(cè)量4個(gè)點(diǎn)的壓力，去查看壓力分布圖。單個(gè)點(diǎn)的壓力測(cè)量采用惠斯登電橋作為測(cè)量電路，通過(guò)儀用放大器放大后再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖1壓力測(cè)量電路）。

1.2 壓力傳感器和AD轉(zhuǎn)換器的選擇

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。

根據(jù)中醫(yī)按壓的要求，該儀器設(shè)計(jì)選擇的是量程為100N，精度為千分之一，電壓輸出0-5V，響應(yīng)時(shí)間小于10ms的MCL型壓力傳感器。

實(shí)際上，中醫(yī)按壓中對(duì)力度通常以輕按，中按和重按來(lái)區(qū)分，對(duì)力度的等級(jí)劃分比較模糊，沒(méi)有定量的概念，要求也不是很高。ADC0809內(nèi)部有一個(gè)多路選擇開(kāi)關(guān)，支持8路輸入通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs（時(shí)鐘為640KHz時(shí)），單個(gè)+5V電源供電，模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)，非常適合本儀器的設(shè)計(jì)要求。因此在考慮陣列式壓力傳感器做多路測(cè)量以及輸入量程的要求，儀器選用了8位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809。

1.3 單片機(jī)的選擇。

單片機(jī)具有體積小，功能大，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，非常適合作為小型儀器的控制核心。本文設(shè)置的中醫(yī)按法測(cè)試儀正是考慮到這些因素，選用單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)不但要實(shí)時(shí)的采集數(shù)據(jù)，還要做相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和顯示，同時(shí)考慮到20ms采集1個(gè)數(shù)據(jù)，一次記錄8-10秒的要求，因此選用了51增強(qiáng)型單片機(jī)STC89C52RC。

2 按法測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試儀在按下開(kāi)始測(cè)量的按鍵后，要求每20ms采集一個(gè)數(shù)據(jù)，并將5個(gè)數(shù)據(jù)為一組采用中位值平均濾波法（又稱(chēng)防脈沖干擾平均濾波法）進(jìn)行濾波，并將測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的力度值進(jìn)行顯示，同時(shí)再液晶屏上進(jìn)行繪圖。程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

2.1 中位值平均濾波法

中位值平均濾波法，又稱(chēng)防脈沖干擾平均濾波法，相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”，融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。其程序?qū)崿F(xiàn)如下：

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧星.中醫(yī)推拿按摩手法教學(xué)測(cè)試儀的研制[J].按摩與康復(fù)醫(yī)學(xué)，2003（1）：50-50.

[2]王朝暉，等.一種自動(dòng)化按診裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程，2013年4月第36卷第2期80-83.

[3]陳安宇.醫(yī)用傳感器[M].科學(xué)出版社，2008.

[4]張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[責(zé)任編輯：王楠]