基于DSP的人体皮肤测量仪的设计

　　1 引言

　　皮肤是人体最重要的器官之一。它有许多功能, 首先, 皮肤把外界和内部器官分离开, 起着人体第一道屏障的作用。皮肤通过厚厚的角质层阻挡住外部细菌、灰尘等的侵入, 保证人体内有一个安全的环境。其次, 皮肤还是一个重要的分泌、排泄组织。皮肤内有很多的汗腺, 通过汗腺进行汗液分泌和皮脂排泄。皮肤还有体温调节作用, 可以说皮肤与人体的健康有着密不可分的联系。医学界发现通过对皮肤的一些生理指标的检测可了解人体的健康状况。通过对皮肤生理参数的检测从而准确地掌握人体机能的变化是当今医学界面临的一个重大难题。本文介绍了一种基于 DSP 的人体皮肤测量仪的设计方案。

　　2 总体设计方案

　　整个测量系统是由温度采集、湿度采集、酸碱度采集、I2C 总线、DSP、Flash、USB 接口以及 PC 机中的应用程序等部分组成。系统总体框图如图 1 所示。

　　整个测量系统的工作原理: 利用先进的人体皮肤传感器分别采集人体皮肤的温度、湿度以及酸碱度 3 个指标, 经过相应的控制器处理后通过 I2C 总线将数据送到 DSP 中进行滤波等处理, 处理后的数据再通过 USB 口送入 PC 机中的应用程序, 在应用程序中对数据进行处理、显示以及曲线图的描绘,以判断人体的健康状况。

　　3 硬件系统设计

　　3.1 TMS320VC5402 与指标采集模块的通信

　　系统设计中 TMS320VC5402 作为主控制器, 与每个指标采集部分通过 I2C 总线进行通信。I2C 总线是由 Philips 公司开发的一种总线系统, 它完成 8位并行口到 I2C 总线协议的转换, 使一些没有 I2C接口的控制器可以直接接到 I2C 总线上进行通信。在系统中, TMS320VC5402 设置为主机模式, 每个指标采集部分设置为从机模式。这样, 便于增加其他的指标采集模块, 可直接“挂”在 I2C 总线上, 如图 2 所示。

　　3.2 湿度采集模块

　　考虑到测量人体皮肤的特殊要求, 本测量仪采用高分子膜湿敏电容传感器。高分子膜湿敏电容传感器体积小、线性好, 但信号较小, 0.2 P/%Rh, 电容信号容易受到分布电容的影响, 且电容信号没有电阻、电压信号那样好处理, 因此在设计电路时, 将高分子膜湿敏电容和预处理电路装在一小块印刷电路板上, 预处理电路先将电容信号转化为脉冲信号, 然后通过引线送到采集器进一步处理, 这样就能克服引线电容对传感器的影响。湿度采集模块结构框图如图 3(a)所示。

　　3.3 温度采集模块

　　整个温度采集模块可以分为 5 部分: 传感器AD590、运算放大器 LM324、A/D 转换器 TLC1549、AT89S52 以及电源。单片机将采集的模拟温度信号经过放大后送给 TLC1549 进行模数转换, 再通过2051 从 I2C 总线送至 DSP 进行处理。温度采集模块结构框图如图 3(b)所示。