俞斌

     1 引言

    皮膚是人體最重要的器官之一。它有許多功能，首先，皮膚把外界和內(nèi)部器官分離開，起著人體第一道屏障的作用。皮膚通過厚厚的角質(zhì)層阻擋住外部細(xì)菌、灰塵等的侵入，保證人體內(nèi)有一個(gè)安全的環(huán)境。其次，皮膚還是一個(gè)重要的分泌、排泄組織。皮膚內(nèi)有很多的汗腺，通過汗腺進(jìn)行汗液分泌和皮脂排泄。皮膚還有體溫調(diào)節(jié)作用，可以說皮膚與人體的健康有著密不可分的聯(lián)系。醫(yī)學(xué)界發(fā)現(xiàn)通過對(duì)皮膚的一些生理指標(biāo)的檢測(cè)可了解人體的健康狀況。通過對(duì)皮膚生理參數(shù)的檢測(cè)從而準(zhǔn)確地掌握人體機(jī)能的變化是當(dāng)今醫(yī)學(xué)界面臨的一個(gè)重大難題。

     本文介紹了一種基于dsp的人體皮膚測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)方案。

     2 總體設(shè)計(jì)方案

     整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)是由溫度采集、濕度采集、酸堿度采集、i2c總線、dsp、flash、usb接口以及pc機(jī)中的應(yīng)用程序等部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

     整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的工作原理：利用先進(jìn)的人體皮膚傳感器分別采集人體皮膚的溫度、濕度以及酸堿度3個(gè)指標(biāo)，經(jīng)過相應(yīng)的控制器處理后通過i2c總線將數(shù)據(jù)送到dsp中進(jìn)行濾波等處理，處理后的數(shù)據(jù)再通過usb口送入pc機(jī)中的應(yīng)用程序，在應(yīng)用程序中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示以及曲線圖的描繪，以判斷人體的健康狀況。

     3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

     3.1 tms320vc5402與指標(biāo)采集模塊的通信

     系統(tǒng)設(shè)計(jì)中tms320vc5402作為主控制器，與每個(gè)指標(biāo)采集部分通過i2c總線進(jìn)行通信。i2c總線是由philips公司開發(fā)的一種總線系統(tǒng)，它完成8位并行口到i2c總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換，使一些沒有i2c接口的控制器可以直接接到i2c總線上進(jìn)行通信。在系統(tǒng)中，tms320vc5402設(shè)置為主機(jī)模式，每個(gè)指標(biāo)采集部分設(shè)置為從機(jī)模式。這樣，便于增加其他的指標(biāo)采集模塊，可直接“掛”在i2c總線上，如圖2所示。

     3.2 濕度采集模塊

     考慮到測(cè)量人體皮膚的特殊要求。本測(cè)量?jī)x采用高分子膜濕敏電容傳感器。高分子膜濕敏電容傳感器體積小、線性好，但信號(hào)較小，0.2 p／％rh，電容信號(hào)容易受到分布電容的影響，且電容信號(hào)沒有電阻、電壓信號(hào)那樣好處理，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)，將高分子膜濕敏電容和預(yù)處理電路裝在一小塊印刷電路板上，預(yù)處理電路先將電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，然后通過引線送到采集器進(jìn)一步處理，這樣就能克服引線電容對(duì)傳感器的影響。濕度采集模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3(a)所示。

     3.3 溫度采集模塊

     整個(gè)溫度采集模塊可以分為5部分：傳感器ad590、運(yùn)算放大器lm324、a／d轉(zhuǎn)換器tlc1549、at89s52以及電源。單片機(jī)將采集的模擬溫度信號(hào)經(jīng)過放大后送給tlc1549進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過2051從i2c總線送至dsp進(jìn)行處理。溫度采集模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3(b)所示。

     3.4 酸堿度采集模塊

     皮膚酸堿度的采集采用先進(jìn)的皮膚型電極傳感器。它能直接將皮膚的酸堿度轉(zhuǎn)化為電壓形式輸出。單片機(jī)將采集處理完的數(shù)據(jù)通過i2c總線送入dsp處理器。酸堿度采集模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3(c)所示。

    3.5 dsp與usb之間的通信

     cy7c68013是cypress semiconductor公司推出的集成有usb2.0協(xié)議的微處理器，又稱為ez-usbfx2(簡(jiǎn)稱：fx2)。該器件是數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流的橋梁。fx2內(nèi)部集成有usb2.0收發(fā)器、sie(串行接口引擎)、增強(qiáng)的8051微控制器、8.5 kb的ram、4 kb的fifo存儲(chǔ)器以及可編程的外圍接口等。fx2的這種獨(dú)創(chuàng)性結(jié)構(gòu)可使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到56 mb／s，即usb2.0允許的最大帶寬。fx2與tms320vc33的接口電路如圖4所示。

     3.6 dsp與單片機(jī)之間的通信

     at89s52和tms320vc5402各自獨(dú)立工作，其信息和數(shù)據(jù)交換通過共享的外部存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，它們之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)通過硬連接和軟件判斷實(shí)現(xiàn)。

     外部存儲(chǔ)器采用的是cy7c133，它是高速的2k×l6 bit靜態(tài)異步雙端口ram，其存儲(chǔ)速度為25ns。