自适应动态增益调节压力分布测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，包括压力阵列传感器模块、单通道数模转换模块、滤波放大模块、控制器模块，控制器模块包括模数转换电路，压力阵列传感器模块为行列布置的压力电阻传感器，用于测量静态压力或动态压力，单通道数模转换模块被配置为接收控制器模块指令并根据指令输出对应的电压信号至压力阵列传感器模块输入端，压力阵列传感器模块被配置为通过滤波放大模块将测得的压力信号送至控制器模块的模数转换电路，控制器模块被配置为根据收到的压力信号幅度判断是否需要降低单通道数模转换模块输出的电压信号幅度。本发明专利技术在提高帧率的同时不显著增加硬件成本，避免多个传感器之间的增益误差，满足电气安全要求。

【技术实现步骤摘要】
自适应动态增益调节压力分布测量系统
本专利技术涉及生物特征识别
，尤其涉及一种自适应动态增益调节压力分布测量系统。
技术介绍
足底压力在步态分析中是一项重要指标，足底压力测量可以获取人体在不同体态下的生理及病理力学参数，可成为诊断特殊疾病和评价临床康复的重要手段。使用压力传感器进行足底压力的测量，需要在静止站立、行走等不同状态下检测足底各个位置的压力，并将信号传输到电脑进行分析和显示，从而进行临床评估。压力传感器也常用于坐姿检测或睡眠状态检测。一般压力传感器具有较低的动态范围，如果传感器承受的压力超出其动态范围，输出结果出现错误，导致测量结果出错，影响评价和评估。传统的压力测力板，常常采用压力电阻传感器，传感器数量很多，例如2288个传感器，排列成52行×44列，每平方厘米有4个传感器，通过行列扫描的方式检测压力信号，形成压力图像。应用在足底压力检测时，可以检测静态（站立）或动态（奔跑、跳跃等）时足底触地的压力变化，在康复、运动医学、体育训练等领域有广泛运用。现有技术存在以下问题：1.扫描帧率低，容易漏掉关键信息，特别是对于奔跑、跳跃等较高速的运动；2.传感器有一定动态范围，当放大器采用固定增益时，对于体重较大的受试者，常常导致输出信号饱和，如果调小增益，又会导致对于体重较小者，输出信号过小，不能准确检测压力变化。现有技术采用调节放大器增益的方法来避免这个问题，但是放大器通道数多，通道之间增益调节容易出现误差，且成本高。3.作为人体试验设备使用时，电气安全要求高。因此，本领域的技术人员致力于开发一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，在提高帧率的同时不显著增加硬件成本，避免多个传感器之间的增益误差，满足人体数据采集设备电气安全要求。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，在提高帧率的同时不显著增加硬件成本，避免多个传感器之间的增益误差，满足人体数据采集设备电气安全要求。为实现上述目的，本专利技术提供了一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，包括压力阵列传感器模块、单通道数模转换模块、滤波放大模块、控制器模块，所述控制器模块包括模数转换电路，所述压力阵列传感器模块为行列布置的压力电阻传感器，用于测量静态压力或动态压力，所述单通道数模转换模块被配置为接收所述控制器模块指令并根据所述指令输出对应的电压信号至所述压力阵列传感器模块输入端，所述压力阵列传感器模块被配置为通过滤波放大模块将测得的压力信号送至所述控制器模块的所述模数转换电路，所述控制器模块被配置为根据收到的压力信号幅度判断是否需要降低所述单通道数模转换模块输出的电压信号幅度，当所述压力信号幅度接近或达到饱和时，所述控制器模块发出指令至所述单通道数模转换模块降低其输出的所述电压信号幅度。进一步地，所述控制器模块还被配置为根据收到的所述压力信号幅度判断是否需要增大所述单通道数模转换模块输出的所述电压信号幅度，当所述压力信号幅度偏小时，所述控制器模块发出指令至所述单通道数模转换模块增大其输出的所述电压信号幅度。进一步地，还包括行扫描切换开关模块、列扫描切换开关模块，所述单通道数模转换模块输入端连接至所述控制器模块，所述单通道数模转换模块被配置为根据所述控制器模块指令输出模拟信号并送至所述行扫描切换开关模块输入公共端，所述行扫描切换开关模块输出端连接至所述压力阵列传感器模块输入端，所述压力阵列传感器模块输出端连接至所述滤波放大模块输入端，所述滤波放大模块输出端通过所述列扫描切换开关模块连接至所述控制器模块的所述模数转换电路。进一步地，还包括单通道驱动模块，所述单通道驱动模块连接在所述单通道数模转换模块输出端和所述行扫描切换开关模块输入公共端之间，以提高所述单通道数模转换模块的带负载能力。进一步地，还包括上位机模块，所述上位机模块和控制器模块通过有线或者无线通信连接。进一步地，还包括隔离通信模块和隔离电源模块，所述隔离通信模块用于所述控制器模块和所述上位机模块之间的隔离通信，所述隔离电源模块用于为系统除所述上位机模块以外的部分提供隔离电源。进一步地，所述隔离电源模块由所述上位机模块供电。进一步地，还包括USB-串口转换模块，所述控制器模块包括串行通信电路，所述上位机模块通过所述USB-串口转换模块与所述控制器模块的所述串行通信电路通信连接。进一步地，所述隔离通信模块设置在所述控制器模块的所述串行通信电路与所述USB-串口转换模块之间。本专利技术的有益效果是：(1)在提高帧率的同时不显著增加硬件成本，帧率可以从常见的60Hz提高到140Hz。(2)使用单路数模转换器（DAC）来自适应控制传感器信号灵敏度，成本低廉，且避免多个传感器之间的增益误差，效果好。(3)采用隔离通信模块和隔离电源，满足人体数据采集设备电气安全要求。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的压力分布测量系统的功能框图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的滤波放大模块中的放大器原理图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。本专利技术提供了一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，可用于医疗机构、体育训练机构、科研机构等对人和哺乳动物动作的评估和训练。实施例1如图1所示，压力分布测量系统由压力阵列传感器模块1、行扫描切换开关模块2、列扫描切换开关模块3、单通道数模转换模块4、单通道驱动模块5、滤波放大模块6、控制器模块7、上位机模块8组成。压力阵列传感器模块1由（m行×n列）布置的压力电阻传感器11组成，用于测量静态压力或动态压力。压力阵列传感器模块1与行扫描切换开关模块2、列扫描切换开关模块3配合，采用行列扫描方式，将压力电阻传感器11测得的压力信号送至控制器模块7。压力电阻传感器11不限大小及形状，可放置于地面、座椅、床，也可置于脚底，跟随步行者运动，可测量静态压力，也可测量动态压力。本实施例中，行扫描切换开关模块2、列扫描切换开关模块3为多个单刀多掷高速模拟开关构成，单通道数模转换（DAC）模块4采用AD5300高速串行数模转换器，单通道驱动模块5为单通道运算放大器构成的电压跟随器电路，用于为单通道DAC模块4提高带负载能力。滤波放大模块6由带RC低通滤波的低噪声高性能放大器电路组成，可以滤除高速切换开关可能导致的切换噪声，因此允许开关高速切换，提高扫描帧率。控制器模块7采用Atmel公司ATxMega256高性能微控制器（MCU），该MCU内置有多通道（16通道）模数转换（ADC）电路71和串行通信电路72（USART、I2C和SPI）。控制器模块7输出指令控制行扫描切换开关模块2从m行压力电阻传感器11中选择所需测量的一行。该行压力电阻传感器11中的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，其特征在于，包括压力阵列传感器模块、单通道数模转换模块、滤波放大模块、控制器模块，所述控制器模块包括模数转换电路，所述压力阵列传感器模块为行列布置的压力电阻传感器，用于测量静态压力或动态压力，所述单通道数模转换模块被配置为接收所述控制器模块指令并根据所述指令输出对应的电压信号至所述压力阵列传感器模块输入端，所述压力阵列传感器模块被配置为通过滤波放大模块将测得的压力信号送至所述控制器模块的所述模数转换电路，所述控制器模块被配置为根据收到的压力信号幅度判断是否需要降低所述单通道数模转换模块输出的电压信号幅度，当所述压力信号幅度接近或达到饱和时，所述控制器模块发出指令至所述单通道数模转换模块降低其输出的所述电压信号幅度。/n

【技术特征摘要】
1.一种自适应动态增益调节压力分布测量系统，其特征在于，包括压力阵列传感器模块、单通道数模转换模块、滤波放大模块、控制器模块，所述控制器模块包括模数转换电路，所述压力阵列传感器模块为行列布置的压力电阻传感器，用于测量静态压力或动态压力，所述单通道数模转换模块被配置为接收所述控制器模块指令并根据所述指令输出对应的电压信号至所述压力阵列传感器模块输入端，所述压力阵列传感器模块被配置为通过滤波放大模块将测得的压力信号送至所述控制器模块的所述模数转换电路，所述控制器模块被配置为根据收到的压力信号幅度判断是否需要降低所述单通道数模转换模块输出的电压信号幅度，当所述压力信号幅度接近或达到饱和时，所述控制器模块发出指令至所述单通道数模转换模块降低其输出的所述电压信号幅度。


2.如权利要求1所述的自适应动态增益调节压力分布测量系统，其特征在于，所述控制器模块还被配置为根据收到的所述压力信号幅度判断是否需要增大所述单通道数模转换模块输出的所述电压信号幅度，当所述压力信号幅度偏小时，所述控制器模块发出指令至所述单通道数模转换模块增大其输出的所述电压信号幅度。


3.如权利要求1所述的自适应动态增益调节压力分布测量系统，其特征在于，还包括行扫描切换开关模块、列扫描切换开关模块，所述单通道数模转换模块输入端连接至所述控制器模块，所述单通道数模转换模块被配置为根据所述控制器模块指令输出模拟信号并送至所述行扫描切换开关模块输入公共端，所述行扫描切换开关模块输出端连接至所述压力阵列传感器模块输入端，所述压力阵列传感器模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴长旺，
申请(专利权)人：江苏德长医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32