臀部压力分布成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种臀部压力分布成像系统，用于解决现有压力分布测量系统精度差的技术问题。技术方案是包括传感器阵列，还包括选通电路、参比可调电阻‑电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口。所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻‑电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位。同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路。处理后的数字信号通过USB接口传输给上位机。由于采用电阻参比测量方式，降低了导通电阻和寄生电阻电容对测量压力值的影响，提高了测量精度。

Hip Pressure Distribution Imaging System

The invention discloses a buttock pressure distribution imaging system, which is used to solve the technical problem of poor accuracy of the existing pressure distribution measurement system. The technical scheme includes sensor array, gating circuit, reference adjustable resistor voltage conversion circuit, ADC, FPGA, digital buffer and USB interface. The sensor array linearly converts the hip pressure of the human body to the resistance value, and the gating circuit selects each sensor one by one. The resistance value is converted to the voltage value by reference measurement with reference to the adjustable resistance voltage conversion circuit; the ADC converts the voltage value to the digital signal; and the FPGA adds the sensor identification bit to the digital signal. At the same time, the identification bit is input into the strobe circuit through the digital buffer as the strobe signal. The processed digital signal is transmitted to the host computer through the USB interface. The influence of on-resistance and parasitic resistance capacitance on the measurement pressure is reduced and the measurement accuracy is improved by using resistance reference measurement method.

【技术实现步骤摘要】
臀部压力分布成像系统
本专利技术涉及一种压力分布测量系统，特别是涉及一种臀部压力分布成像系统。
技术介绍
参照图5。文献“多点传感阵列的体压分布测量系统设计[J].杨丽丽,皮喜田,彭承琳,等.传感器与微系统,2008,27(8):97-99.”公开了一种多点传感阵列的体压分布测量系统。该系统采用64个压力传感器将人体臀部压力转换为电阻值，由多路模拟开关依次选通传感器，经过信号调理电路输出到ADC转换为数字信号。单片机对数字信号处理后通过RS-232接口输出到计算机。文献公开的测量系统存在以下不足：1、压力传感器经过多路模拟开关和信号调理电路后直接连接到ADC。而模拟开关具有导通电阻，信号走线上存在寄生电阻电容，因此测量压力值的精度低。2、处理电路较为简单，未考虑压力传感器之间存在的个体差异，压力图像的一致性差。压力和电压之间的转换比例固定，允许测量的压力值的动态范围小。3、采用RS-232接口传输数据，不利于系统的小型化和压力数据的高速传输。
技术实现思路
为了克服现有压力分布测量系统精度差的不足，本专利技术提供一种臀部压力分布成像系统。该系统包括传感器阵列，还包括选通电路、参比可调电阻-电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口。所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻-电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值，并提供驱动能力；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位。同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路。处理后的数字信号通过USB接口传输给上位机，完成压力数据的采集。由于采用电阻参比测量方式，降低了导通电阻和寄生电阻电容对测量压力值的影响，提高了测量精度。所有传感器的电阻值和同一个电阻值进行参比测量，提高了压力图像的一致性。将参比电阻器设置为可调节，增大了动态范围。采用USB接口进行数据的输出，减小了系统的体积，提高了数据传输的速度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种臀部压力分布成像系统，其特点是包括传感器阵列，还包括选通电路、参比可调电阻-电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口。所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻-电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值，并提供驱动能力；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位。同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路。处理后的数字信号通过USB接口传输给上位机，完成压力数据的采集。所述传感器阵列由MF01-N-221-A04压阻式贴片传感器组成。所述传感器阵列是10×10阵列。所述选通电路由16个8选1模拟多路选择器实现。所述ADC的型号是12bitAD9226。本专利技术的有益效果是：该系统包括传感器阵列，还包括选通电路、参比可调电阻-电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口。所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻-电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值，并提供驱动能力；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位。同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路。处理后的数字信号通过USB接口传输给上位机，完成压力数据的采集。由于采用电阻参比测量方式，降低了导通电阻和寄生电阻电容对测量压力值的影响，提高了测量精度。所有传感器的电阻值和同一个电阻值进行参比测量，提高了压力图像的一致性。将参比电阻器设置为可调节，增大了动态范围。采用USB接口进行数据的输出，减小了系统的体积，提高了数据传输的速度。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术臀部压力分布成像系统的框图。图2是图1中传感器阵列的排布示意图。图3是图1中选通电路示意图。图4是图1中参比可调电阻-电压转换电路的工作原理图。图5是
技术介绍
体压分布测量系统的框图。具体实施方式以下实施例参照图1～4。本专利技术臀部压力分布成像系统包括传感器阵列、选通电路、参比可调电阻-电压转换电路、ADC、FPGA、USB接口和数字缓冲器。传感器阵列将人体臀部压力转换为电阻值。每个传感器均连接到选通电路，由其根据选通信号逐一选取连接到后接的参比可调电阻-电压转换电路输入端。该电路将电阻值转换为电压值。然后输入到ADC转换为数字信号。通过FPGA对数字信号添加传感器标识位后，发送给USB接口。最后由上位机接收数据保存到计算机。选通信号由FPGA产生，由数字缓冲器提高信号驱动能力后输入到选通电路。本实施例选用Alpha公司生产的MF01-N-221-A04压阻式贴片传感器组成传感器阵列，其具有感压面积小、精度高、适合贴于光滑表面的特点。为了实现高分辨率成像，采用100个传感器组成10×10阵列。按照人体工程学，阵列排布为矩形，从而实现主要臀部压力点的测量。选通电路由16个8选1模拟多路选择器实现，共分为3级，实现100个传感器的逐一选取到输出端。7位选通信号MUX<6:0>由FPGA中的一个7位计数器实现。为了实现传感器阵列的循环选取，当计数到100时，将所有位数清零，重新计数。选通信号通过一个7位数字缓冲器连接到选通电路，从而减小信号线寄生电阻电容的影响，提高测量精度。参比可调电阻-电压转换电路由一个参比电阻R1和模拟缓冲器组成。压力传感器由可变电阻Rs,j表示，VCC为传感器电源电压。后接一个模拟缓冲器电路得到输出电压Vout。其表达式为：输出电压由电源电压和电阻Rs,j与R1之比决定，实现了参比测量，降低了选通电路中模拟开关导通电阻的影响。模拟缓冲器增强了电路的带负载能力，避免信号走线寄生电阻和电容对压力数据造成影响，提高了精度。传感器阵列共用一个电阻R1，降低了由传感器之间个体差异造成的影响，提高了压力图像的一致性。参比电阻R1设计为可调节电阻器，根据受测者的体重调节其大小，增大了测量压力值的动态范围。本实施例采用AnalogDevice公司生产的12bitAD9226将电阻转换后的电压值转换为代表压力数据的数字信号，输出给FPGA。为了能够将压力数据与传感器位置进行对应方便后续成像，采用FPGA在每个压力数据前增加7位标识位。该标识位与选通信号完全相同，从而保证数据标识的正确性。处理后的数据由USB接口输出到上位机。USB接口的物理体积较小，传输速度快，因此减小了系统的体积，提高了数据传输速度。上位机由C++语言编程实现，具有人机交互界面，可支持检测USB、数据传输、格式转换等操作。由于上位机读取的数据为二进制格式，所以本专利技术将其转换为2进制、10进制和16进制并以ASCII码方式存储，从而提高压力数据的可读性，方便后续压力成像。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臀部压力分布成像系统，包括传感器阵列，其特征在于：还包括选通电路、参比可调电阻‑电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口；所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻‑电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值，并提供驱动能力；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位；同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路；处理后的数字信号通过USB接口传输给上位机，完成压力数据的采集。

【技术特征摘要】
1.一种臀部压力分布成像系统，包括传感器阵列，其特征在于：还包括选通电路、参比可调电阻-电压转换电路、ADC、FPGA、数字缓冲器和USB接口；所述的传感器阵列将人体臀部压力线性转换为电阻值，选通电路逐一选取每个传感器，参比可调电阻-电压转换电路通过参比测量，将电阻值转换为电压值，并提供驱动能力；ADC将该电压值转换为数字信号；FPGA对该数字信号添加传感器标识位；同时，将该标识位作为选通信号经过数字缓冲器输入到选通电路；处理后的数字信号通过USB接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，罗旋，魏廷存，郑然，魏晓敏，胡永才，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61