人体平衡仪测试系统设计及软件实现

　　0引言

　　平衡功能的改善关系到运动功能和日常生活活动能力恢复程度〔1〕，偏瘫患者下肢运动功能的恢复程度与平衡功能的恢复呈正相关口近年来，随着计算机辅助技术的广泛应用，平衡仪已经进入临床使用，它可以定量、客观地反映测试者的平衡功能，并能通过视觉反馈开展平衡功能的训练。在康复治疗过程中，对患者的平衡能力进行综合、合理评定有助于制定适宜的康复计划，对患者的康复治疗具有重要作用。

　　目前，我国平衡仪发展处于初步阶段，不足主要体现在:数据采集通过数据采集卡实现，采集卡在使用时安装麻烦、不支持即插即用，无法在笔记本上使用;同时目前平衡仪主要进行平衡功能的评定，康复训练环节薄弱，患者一般通过控制板上显示灯的指示进行重心调整，完成康复训练，单调的训练容易使患者感觉枯燥乏味，而且训练离不开医生的监督。

　　针对以上不足，本文设计了一种智能化程度高、具有平衡测试与康复训练两种功能的基于USB接口的平衡仪。

　　1系统设计

　　1. 1系统的整体构成及其工作原理

　　本系统主要由测力台、传感器、电路板、计算机和人体平衡分析软件包构成。系统结构框图如图1所示。工作原理为:在测力台顶板四角的下方安装4个对称的力传感器，当测试者站在顶板时，4个力传感器会输出相应电压信号，经过信号调理电路和数据采集电路后，通过USB传输给计算机，计算机根据力矩平衡原理，对数据进行实时处理获得人体重心在水平面上投影点的坐标，从而绘制出重心移动轨迹，并通过计算相关重心轨迹的参数来定量地反映人体平衡功能，同时患者可以利用视觉负反馈进行康复训练。

　　1. 2硬件设计

　　平衡仪系统在硬件上主要完成信号的调理放大，多路信号选择，A/D转换以及USB传输。本系统采用了C8051F320作为微处理器。C8051F320是一个高性能微控制器芯片，片内集成了17路模拟多路开关，10位的A/D转换器以及USB控制器，是一款性价比较高的微处理器，同时简化了电路的设计。

　　系统的硬件设计框图如图3所示。由于力传感器的满量程输出为十几毫伏的差分信号，为了最大可能的减少噪声干扰，每路传感器信号都有各自的信号调理单元。·信号调理单元的初级放大电路选用仪用放大器AD623，它具有很高的共模抑制比，适于较小的差模信号，AD623将差分信号放大25倍，由于选用AD623输出为单端输出，故在二级放大电路中采用普通放大器LM324将信号再次放大4倍，得到适合于AD转换的电平信号。放大后的模拟信号由集成在C8051F32。中的模拟多路开关进行选择，再经过A/D转换变成数字信号，整个过程由单片机进行控制，最后数据通过USB接口传输给主机。