用MSP430F149設(shè)計(jì)的阻抗測量系統(tǒng)

運(yùn)算速度快

MSP430 系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)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(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(如 FFT 等)。

超低功耗

其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)(FLL 和FLL+)時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器(32768Hz)，也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)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(jī)。該單片機(jī)有60 KB Flash、2 KB RAM，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。單片機(jī)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(shí)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(jī)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)根據(jù)電流、電壓值計(jì)算出電阻，再通過串口傳輸給PC機(jī)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

IC選用LM324型運(yùn)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(jī)通過輸出增益控制使得即使前端電壓很小時(shí)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(jī)與RS485通信轉(zhuǎn)換電路中，通過3個(gè)光耦器件對單片機(jī)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(jī)控制AD9852電路

如圖45所示，單片機(jī)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(gè)較重要的控制引腳相連接。單片機(jī)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(jì)

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(jī)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(shí)進(jìn)行計(jì)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(jī)，軟件流程如圖8所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)，通過程控放大器將電流電壓調(diào)整在O.7 ～2.5時(shí)，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(jì)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。