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一种微形变量化检测系统研究 冯文武，柴毅，刘凯，张可 重庆大学自动化学院，重庆（400044 ） E-mail ：chongdafeng@ 摘 要：本文应用应变片测量微小形变程度，并把采集到的模拟量通过A/D 转换成数字量， 以便进行数据分析和研究。详细叙述了硬件平台结构以及单片机控制A/D 芯片TLC2543 的 实现程序，并且对信号进行了非递归FIR 滤波处理。实验证明该装置能够精确的测量皮肤伸 缩程度，并得到量化的数值供后续研究分析处理。 关键词：应变片，惠斯登电桥，TLC2543 ，FIR 滤波器 1. 引言 目前基于应变片测量皮肤形变的思想还处于起步阶段，技术上还不是很成熟，需要一个 长期的摸索过程，但是已经有很多系统实现了使用应变片测量脉搏、血压等功能。相信在此 基础上能够很快的解决应用应变片测量皮肤形变所遇到的各种困难。 2. 系统总体结构 系统主要由传感器电桥、条理电路、数据转换、微处理器和通讯模块构成，结构如图1 所示。首先由应变片组成惠斯登电桥采集皮肤形变信号，经过信号条理电路放大，再由数据 转换电路转换为数字信号送入微控制器。微控制器对获取的数据进行处理与分析，提取对系 统有用的数据，并通过通讯接口将其送入系统计算机[3] 。 传感器 信号条 数 据 电桥 理电路 转 换 系统计 通讯 微控 算机 接口 制器 图1 系统结构图 3. 系统设计 3.1 惠斯登电桥 硬件上使用BE-120-2AA型号应变片，它采用酚醛基底,康铜箔制成,全封闭结构;可同时 实现温度自补偿和蠕变自补偿;精度高,稳定性好，使用方便[1] 。使用四个相同的应变片（R1、 R2 、R3、R4 ）组成惠斯登电桥如图2所示。 医用橡胶手套如果大小合适，戴在手上可以很好的和皮肤吻合，本设计使用医用橡胶手 套代替人的皮肤，把应变片组成的惠斯登电桥粘贴在橡胶手套上，当皮肤发生形变时对应部 位的橡胶随之发生一致的形变，从而带动应变片发生阻值变化，此时电桥失去平衡，产生电 压信号。V1和V2之间为5V直流输入电压，A 、B为直流输出电压。 - 1 - 图2 应变片组成的惠斯登电桥 3.2 放大电路 由惠斯登电桥采集到的信号经过LMV324M 放大器组成的放大电路进行放大，放大电 路如图3 所示。本设计将信号放大200 倍，然后送到A/D 转换器TLC2543 进行模数转换。 图3 信号放大电路 3.3 A/D 转换电路 本设计中采用TLC2543作为A/D转换芯片。从结构上看，TLC2543是一种l2位开关电容 逐次逼近A ／D转换器，芯片共有11个模拟输入通道。芯片的三个控制端：片选信号（CS ）、 输入数据端(DATA INPUT)和输入／出时钟(I ／O CLOCK)需要外接信号来控制。串行三态输 出数据端(DATA OUTPUT)能向微处理器传输转换后的数据。片内具有一个l4通道多路选择 器用于在11个模拟输入通道和3个内部自测试(SELF—TEST) 电压中任选一个，可通过对其8 位内部控制寄存器进行编程完成通道的选择，并可对输出结果的位数、MSB ／LSB导前和极 性进行选择[2] 。 - 2 -