生物医学仪器综合实验平台

发布时间:2021-03-02    来源:自动化学院       浏览次数:419

平台简介:


 2020年,新冠病毒肆虐全球,呼吸机、制氧机、心电监护仪等生物医学电子仪器需求激增,这些仪器担负了人类健康的实时监护功能,拯救了无数的生命。生命科学是人类最重要的科学,随着电子信息技术的迅速发展,生命科学与电子信息技术的结合也越来越紧密,社会对生物电子仪器的需求不断增加。全国目前开设生物医学工程专业的院校有近200余所,开设仪器科学与技术专业高校近300余所,生物医学电子是两个专业的最佳结合方向,我们紧密结合社会需求,开发了生物医学仪器综合实验平台,具体如图1、图2所示。








1 生物医学仪器综合实验平台

生物医学仪器综合实验平台以主控母版+子模块的形式组成,主控母版含4个插槽及子模块开关组成,子板共有16个模块,包括: IAP15F2K61S2单片机最小系统板,通信模块(RS232RS485,AD/DA模块(均为10位,可扩展为12位),交通灯模块,数码管模块,SPI外设模块,液晶显示模块,实时时钟模块,温度检测模块,信号放大模块,矩阵键盘模块,信号转换及低通滤波模块,微弱信号放大模块,血氧测量模块、心电测量模块、呼吸测量模块等,可用于单片机课程,微处理器课程设计,医疗电子设计、工程实训、毕业设计等课程。

2心电测量系统


作品功能和特色描述:

教学性

生物医学仪器综合实验平台可为单片机原理与技术、单片机课程实践、医疗电子设计课程设计、测控系统综合课程设计、仪器类专业的毕业设计等课程提供实验平台。例如单片机原理与技术的实验,IO控制实验、中断实验、数码管显示实验、矩阵键盘实验、定时/计数器实验、AD/DA实验、串口通信实验等提供实验平台。



3生物医学仪器综合实验平台系统框图

为单片机课程实践提供实验平台,可开展如交通灯控制系统、LCR万用表、直流稳压电源、电子计价秤等课程设计。

为医疗电子课程设计提供实验平台,可开展如心电监护、血氧测试仪、血压计、呼吸测试等多种实验。

学生也可以在该平台上开展测控系统综合课程设计、毕业设计工作,如果51单片机系统不能满足要求,可自行设计STM32系统,将核心板替换即可完成不同主控的切换。也可自行增加外围模块电路,如电机控制H桥、继电器驱动电路、温度检测及控制等,实现不同功能的需要。

创新性

模块化构造,由浅入深、逐次提高的架构模式,具有普适性

生物医学仪器综合实验平台是基于学生多层析能力需求而开发的综合实验平台。突破了传统实验平台在多年学生教学中,发现学生能力参差不齐,能力较低的同学,基本编程能力缺乏;能力一般的同学,有一定的编程能力,但是对硬件知识的掌握较弱,软硬件结合能力一般;能力中等同学,则缺乏软硬件综合设计能力;能力优秀的同学则需要指标要求更高的实践项目才能调动他们的兴趣。

本实验平台对能力较低的同学,可由教师给出简单的模块组合,如由单片机最小系统和LED模块组成功能较为单一LED控制系统,学生只需简单的IO控制,即可实现基本的单片机功能演示,从而提高学生的编程能力。

本实验平台的模板都有引脚指示,因此学生在将子模块插入母版时,由于子板和模板均有引脚提示,因此学生了解此时的硬件连线关系,为提高学生软件控制硬件的概念打下良好的基础。

对于中等层次学生可开展课程设计,在掌握了多模块功能使用后,了解测控系统的完整架构,可以自行动手设计扩展模块,提高软硬件综合设计能力。对于较高层次学生则可在此平台基础上做创新设计,如加强经济指标、精确度指标的功能开发等。

可以为多类课程提供实验平台,通过多课程的实践锻炼,形成仪器系统的整体思维。

本实验平台可为单片机原理与技术、单片机课程实践、医疗电子技术课程设计、测控系统综合课程设计、毕业设计等多门课程提供实验平台,针对不同课程的特色,各自的实验内容,利用不同的实验模块搭建各式各样的实验系统,完成特定功能开发,形成仪器系统整体思维。

融合生物医学和电子学科,为多专业提供实践平台,提高学生的实践动手能力和就业能力。

本实验平台既有传统的仪器类课程各大模块,又包含了为生物医学电子的相关模块,包括心电、呼吸、血氧、血压等模块组合,为各类专业都提供了实验平台,提高了整合度,为生物类同学提供了仪器设计思维,为仪器类同学提供了生物应用背景,多方面提高学生的实践动手能力。

实用性

本实验平台是基于STC公司的IAP15F2K61S251单片机开发的综合实验平台,该系列单片机具有经济实惠,开发便捷等特点,CPU自带在线可编程可仿真系统,通过一根u**线通过keil软件平台即可实现在线开发,非常简洁实用。

该实验平台采用了模块化结构,因此学生可根据当前的学习进度,配比不同的实验模块,可以随时携带,只要有一台电脑即可开展相应实验。

该系统供电简单,通过u**线连接电脑即可供电,不需要复杂的供电设备。

8051系列单片机具有入门简单,外围模块资源简洁等特点,是学生入门控制类CPU学习的最佳平台,被各大高校广泛采用。

各模块可组合,可拆卸,整个系统可简单、可复杂、可扩展,为各类实验提供各种可能。

先进性

本实验平台的STC51系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,比传统的8051单片机速度快8-12倍,是单时钟周期/机器周期的单片机,是目前应用最为广泛的51单片机之一。

本实验平台实现硬件接口的透明化,学生对于系统软硬件结合控制有更直观的了解。

本实验平台具备了主流测控仪器的各大模块,接上各类传感器,如压力、流量、液位、温度等传感器即可实现对应的仪器功能。接上各类后续模块,如加温模块,冷却模块,即可实现温控系统等。具有良好的可扩展性。

实验室口袋化。系统的模块化构造减小了实验系统的体积,因此可随时随地有电脑即可开展实验,非常简洁。