脉象模拟手及其实现脉象模拟方法
专利名称：脉象模拟手及其实现脉象模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种中医脉象诊断教学设备，尤指一种带有液晶操作界面的，并能模 拟出人体多种脉象的教学诊断的装置及其脉象模拟方法，主要应用于中医诊脉教学及中医 诊断学实验教学的临床辅助诊断教学装置及其实现脉象模拟方法，为教学、科研、临床提供 可靠的客观指标，具有手感真实、人机界面友好、未来可实现通过互联网进行远程诊断、教 学、维护的脉象模拟手装置及其实现脉象模拟方法。
背景技术：
望、闻、问、切是我国传统的中医诊断的四种重要手段。其中“切”更是诊断过程中 及其重要不可或缺的一部分。通过前辈长年的经验的累积把脉象归结为了许多种类，如浮 脉、沉脉、实脉、虚脉等，但是由于中医诊断脉象完全只能依靠中医医师经验来主管分析，就 同一种脉象来看不同的医师可能会出现不同的手感，特别是在实际诊断中遇到的往往不是 观种单脉，更多的出现的是各种相兼脉(如浮类的相兼脉、沉类的相兼脉等)。同时在脉象 诊断教学的过程中，主要是通过老师的口头形容以及书本的书面描述来表达诊脉的实际手 感，这样对学生来说犹如水中花、镜中月致使他们很难完全领悟其中精华。经过调查目前市场上的脉象模拟装置有许多不足并不能满足中医脉象诊断教学 的要求。可谓是数量少、价格贵、功能不全。随着社会的进步，通讯方式已经今非昔比，传统 的观念以及设备已经不能满足人们现有的需求，目前在中医迅速发展的时代需要的不再是 单机的教学诊断仪器；不再是传统枯燥的人机界面；不再是只可意会不可言传的传统中医 诊脉的教学方式；不再是只有单脉的简单模拟。代替这些不足的是联网教学诊断的仪器； 是友好快捷的人机界面；是理论与实践并进的教学新方式；是更符合实际情况的相兼脉模 拟。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种带有液晶操作界面的机 械结构装置及其实现脉象模拟的方法，使之能够模拟出人体的多种脉象，且脉象准确、手感 真实、拥有多种相兼脉像并可配合脉象采集设备完成诊断的脉象模拟手及其实现脉象模拟 方法。本发明要解决的技术问题是主要解决如何设计一套内部机械结构问题；要解决 如何实现模拟手能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象问题；要解决如何能够不用更 换血管以及模拟血液来实现不同的脉象问题；要解决如何除了实现单脉象外还能够模拟相 兼脉问题；要解决如何实现脉象模拟的方法问题；要解决如何增加彩色触摸屏，使之人机 界面为更友好，操作更简单等有关技术问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该装置包括模拟手、油泵、调压阀、 电磁阀、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统等部件，由硬件结构部分和硬件电路 控制部分组合成一整体的结构，至少包括由乳胶模拟手、外壳和固定板组合成硬件结构部分，塑料外壳连接固定在固定板上； 由脉象控制板和触摸屏控制板组合成硬件电路控制部分，脉象控制板和触摸屏控制板 之间通过通讯模块A的输入输出端口与通讯模块B的输出输入端口相互电连接，硬件电路 控制部分的各部件分别连接固定在控制板上，其中 一 LCD触摸屏模块安装固定在塑料外壳上；
一固定板上分别安装固定有模拟手、油泵、模拟手固定支架、调压阀、电磁阀、1号步 进电机控制器、2号步进电机控制器、1号脉冲稳压器、2号脉冲稳压器、储油罐、开关电源、 控制板、1号步进电机和2号步进电机；上述模拟手、油泵、调压阀、电磁阀、1号脉冲稳压器、 2号脉冲稳压器和储油罐之间通过模拟血管相互联接；
一脉象控制板包括电源模块、单片机控制模块、脉象生成模块和通讯模块A，所述电 源模块的输入输出端口与单片机控制模块的输出输入端口相互电连接，所述单片机控制模 块的一路输入输出端口与脉象生成模块的输出输入端口相互电连接，另一路输出端口与通 讯模块A输入端口相互电连接；
一触摸屏控制板包括通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏模块，所述通讯模块B的输 入输出端口与ARM控制模块的输出输入端口相互电连接，所述ARM控制模块的输入输出端 口与触摸屏模块的输出输入端口相互电连接。进一步的，所述的脉象模拟手的油泵的第一路通过模拟血管依次经由调压阀、电 磁阀、2号脉冲稳压器、1号脉冲稳压器与和模拟手相互联接；第二路通过模拟血管与储油 罐相互联接；第三路依次经由1号步进电机、1号步进电机控制器后与控制板相互电连接； 油泵通过模拟血管从储油罐中抽出模拟血液，模拟血液经由调压阀流入电磁阀的输入端， 模拟血液带着电磁阀产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后进入模 拟手的输入端。进一步的，所述的脉象模拟手的控制板的第一路与1号步进电机控制器相互电连 接；第二路依次经由2号步进电机控制器后与2号步进电机相互电连接；第三路与电磁阀 相互电连接。进一步的，所述的脉象模拟手的单片机控制模块Ul的引脚四、30、31、32的各输出 端口 1^1、1^2、1^3、1^4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场效应管01、02、03、04的各输 入端口相互电连接，场效应管Ql、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别与电磁阀J3的各输入端口 相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚3与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互电连接，另一路与USB输出接口 Jl的引脚2相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线相连
接；
单片机控制模块Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接；
单片机控制模块Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚10与1号步进电机控制器接口 J5的引脚2相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚11与1号步进电机控制器接口 J5的引脚3相互电连接；单片机控制模块Ul的引脚12与2号步进电机控制器接口 J6的引脚2相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚13与2号步进电机控制器接口 J6的引脚3相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感器接 口 J7的引脚2相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点开关 Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
一种实现脉象模拟方法，该方法通过硬件结构部分和硬件电路控制部分组合成一 整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块产生的24V以及5V直流电源，为 单片机控制模块、脉象生成模块、通讯模块A、通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏模块供电； 通过在触摸屏模块中显示用户操作界面，并通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的 脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模块立刻发命令给控制板，控制板开始模拟脉象，直至 整个模拟流程结束，该脉象模拟方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及 脉象输出，其中
A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电
将单片机控制模块、脉象生成模块、通讯模块A、通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏 模块各模块通电；
步骤2.控制板发命令
控制板的一路输出信号传递到2号步进电机控制器的端口，控制板根据当前脉象的沉 浮状态发命令给2号步进电机控制器； 步骤3.调整模拟血管
2号步进电机控制器开始控制2号步进电机，并调整模拟血管的沉或者浮的物理状态； 步骤4.完成脉位调整
2号步进电机向上转动把模拟血管托起即为浮脉，向下转动把模拟血管下降即为沉脉， 沉、浮的中间位置即为中取脉象；
B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板发命令
控制板的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器的端口，控制板发命令给1号步 进电机控制器；
步骤2.脉象调整
1号步进电机控制器开始控制1号步进电机，让其开始转动，转动的速度根据不同的脉 象可以进行调整；
步骤3.抽出模拟血液
1号步进电机开始带动油泵，这时候油泵通过模拟血管从储油罐中抽出模拟血液； 步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液经过调压阀流入电磁阀；C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象
控制板的再一路输出信号传递到电磁阀的端口，控制板通过控制电磁阀的开闭产生脉 冲来模拟脉象；
步骤2.完成模拟人体脉象
模拟血液带着电磁阀产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后，最后 进入模拟手中；
D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象
在模拟手中的模拟血管处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流
最后模拟血液又再次回流到储油罐内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成
再从储油罐中抽出模拟血液，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循环，直至完成 脉象模拟方法为止。本发明的有益效果是该装置解决了中医诊脉教学过程中的学习难度大、时间长、 只能单机运行等问题，提供了一种结构简单、手感真实、可辅助诊断、教学、维护的脉象模拟 装置；该方法通过脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出等脉位模拟过 程，能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象，能够不用更换血管以及模拟血液来实现 不同的脉象，除了单脉象外还能够模拟多种相兼脉，并且增加了彩色触摸屏，具有人机界面 友好，操作简单，并可配合脉象采集设备完成诊断等优点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图1为本发明电路控制部分的整体结构方框示意图； 附图2为本发明电路控制部分中单片机控制模块电路原理图； 附图3为本发明电路控制部分中产生脉象电路的原理图； 附图4为本发明整体结构的外观主视附图5为本发明整体结构的外观侧视图； 附图6为本发明所有结构部件示意图； 附图7为本发明脉象模拟过程的流程示意图； 附图8为本发明整个设备的工作流程示意图； 附图中标号说明
1一脉象控制板；2—触摸屏控制板；
11 一电源模块；21—通讯模块B ；
12—单片机控制模块；22—ARM控制模块；
13—脉象生成模块；23—触摸屏模块； 14一通讯模块A ；301 一透明外壳； 302 一塑料外壳；
303—IXD触摸屏模块；
304—模拟手； 305 一油泵；
306—模拟手固定支架；
307—调压阀；
308—电磁阀；
309—1号步进电机控制器； 310 — 2号步进电机控制器；
311—1号脉冲稳压器；
312—2号脉冲稳压器；
313—储油罐；
314—开关电源；
315—控制板；
316—固定板；
317—1号步进电机；
318—2号步进电机；
319—模拟血液；
320—模拟血管；
具体实施例方式
请参阅附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，本发明装置包括模拟手304、油泵305、调压阀 307、电磁阀308、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统等部件，由硬件结构部分和硬 件电路控制部分组合成一整体的结构，至少包括
由乳胶模拟手304、外壳302和固定板316组合成硬件结构部分，塑料外壳302连接固 定在固定板316上；
由脉象控制板1和触摸屏控制板2组合成硬件电路控制部分，脉象控制板1和触摸屏 控制板2之间通过通讯模块A 14的输入输出端口与通讯模块B 21的输出输入端口相互电 连接，硬件电路控制部分的各部件分别连接固定在控制板315上，其中 一 IXD触摸屏模块303安装固定在塑料外壳302上；
一固定板316上分别安装固定有模拟手304、油泵305、模拟手固定支架306、调压阀 307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳压器311、2 号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、1号步进电机317和2号步进电 机318 ；上述模拟手304、油泵305、调压阀307、电磁阀308、1号脉冲稳压器311、2号脉冲稳 压器312和储油罐313之间通过模拟血管320相互联接；
一脉象控制板1包括电源模块11、单片机控制模块12、脉象生成模块13和通讯模块 A 14，所述电源模块11的输入输出端口与单片机控制模块12的输出输入端口相互电连接， 所述单片机控制模块12的一路输入输出端口与脉象生成模块13的输出输入端口相互电连
9接，另一路输出端口与通讯模块A 14输入端口相互电连接；
一触摸屏控制板2包括通讯模块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模块23，所述通讯 模块B 21的输入输出端口与ARM控制模块22的输出输入端口相互电连接，所述ARM控制 模块22的输入输出端口与触摸屏模块23的输出输入端口相互电连接。请参阅附图8所示，所述的脉象模拟手的油泵305的第一路通过模拟血管320依 次经由调压阀307、电磁阀308、2号脉冲稳压器312、1号脉冲稳压器311与和模拟手304相 互联接；第二路通过模拟血管320与储油罐313相互联接；第三路依次经由1号步进电机 317,1号步进电机控制器309后与控制板315相互电连接；油泵305通过模拟血管320从 储油罐313中抽出模拟血液319，模拟血液319经由调压阀307流入电磁阀308的输入端， 模拟血液319带着电磁阀308产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器312和1号脉冲稳 压器311后进入模拟手304的输入端。进一步的，所述的脉象模拟手的控制板315的第一路与1号步进电机控制器309 相互电连接；第二路依次经由2号步进电机控制器310后与2号步进电机318相互电连接； 第三路与电磁阀308相互电连接。请参阅附图2、3所示，所述的脉象模拟手的单片机控制模块12 Ul的引脚四、30、 31、32的各输出端口 Ll、L2、L3、L4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场效应管Ql、Q2、 Q3、Q4的各输入端口相互电连接，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别与电磁阀J3的 各输入端口相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚3与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互电连接，另一路与USB输出 接口 Jl的引脚2相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线 相连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连
接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感 器接口 J7的引脚2相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点 开关Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；
Ul的引脚10与1号步进电机控制器309接口 J5的引脚2相互 Ul的引脚11与1号步进电机控制器309接口 J5的引脚3相互 Ul的引脚12与2号步进电机控制器310接口 J6的引脚2相互 Ul的引脚13与2号步进电机控制器310接口 J6的引脚3相互
10单片机控制模块12 Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
请参阅附图7、8所示，一种实现脉象模拟方法，该方法通过硬件结构部分和硬件 电路控制部分组合成一整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块11产生 的MV以及5V直流电源，为单片机控制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模 块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模块23供电；通过在触摸屏模块23中显示用户操作界 面，并通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模 块23立刻发命令给控制板315，控制板315开始模拟脉象，直至整个模拟流程结束，该脉象 模拟方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出，其中 A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电
将单片机控制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模块B 21、ARM控制 模块22和触摸屏模块23各模块通电； 步骤2.控制板315发命令
控制板315的一路输出信号传递到2号步进电机控制器310的端口，控制板315根据 当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器310 ； 步骤3.调整模拟血管320
2号步进电机控制器310开始控制2号步进电机318，并调整模拟血管320的沉或者浮 的物理状态；
步骤4.完成脉位调整
2号步进电机318向上转动把模拟血管320托起即为浮脉，向下转动把模拟血管320下 降即为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象；
B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板315发命令
控制板315的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器309的端口，控制板315发 命令给1号步进电机控制器309 ； 步骤2.脉象调整
1号步进电机控制器309开始控制1号步进电机317，让其开始转动，转动的速度根据 不同的脉象可以进行调整； 步骤3.抽出模拟血液319
1号步进电机317开始带动油泵305，这时候油泵通过模拟血管320从储油罐313中抽 出模拟血液319 ；
步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液319经过调压阀307流入电磁阀308 ；
C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象
控制板315的再一路输出信号传递到电磁阀308的端口，控制板315通过控制电磁阀 308的开闭产生脉冲来模拟脉象；步骤2.完成模拟人体脉象
模拟血液319带着电磁阀308产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器312和1号脉冲 稳压器311后，最后进入模拟手304中； D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象
在模拟手304中的模拟血管320处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流
最后模拟血液319又再次回流到储油罐313内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成
再从储油罐313中抽出模拟血液319，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循环， 直至完成脉象模拟方法为止。本发明的具体结构特征如下
请参阅附图4、5和6所示，本发明结构部分根据功能的不同分为透明外壳Lens 301、塑料外壳302、LCD触摸屏模块303、模拟手304、油泵305、模拟手固定支架306、调压阀 307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳压器311、2 号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、固定板316、1号步进电机317、 2号步进电机318、模拟血管320 ；对应部件参见附图4、5以及附图6 ；模拟血液流向为编号 319。本发明的物理部件连接方式设备中所有的部件分别安装在固定板316以及塑 料外壳302上。安装固定在固定板316上的部件有模拟手304、油泵305、模拟手固定支架 306、调压阀307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳 压器311、2号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、1号步进电机317、2 号步进电机318 ；安装在塑料外壳302上的部件有LCD触摸屏模块303。本发明硬件电路设计的工作原理以及整个设备的工作步骤
本电路由外部220V交流供电，通过电源模块11产生24V以及5V直流电源为单片机控 制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模 块23供电。脉象模拟电路功能说明
请参阅附图2所示，附图2中Ul的“L1”、“L2”、“L3”、“L4”根据模拟脉象产生的需要 输出脉冲信号到附图3中控制场效应管“Ql”、“Q2”、“Q3”、“Q4”，然后经过场效应管的不 断开关输出到附图3的J3连接的电磁阀上，最后在模拟手304的模拟血管320中得到模拟脉象。附图2的Jl为USB输出接口 ；图2的J5为1号步进电机控制器309接口，用于控 制步进电机的转速达到控制模拟血液的流速；图2中的J6为2号步进电机控制器310接口， 用于控制脉位的沉浮；J7为传感器接口，用于检测脉位的沉浮高度；Ul为ATMEL单片机，带 有TCP/IP网络接口配合Jl实现脉象数据的输入以及输出实现远程诊断功能。本设备通电后会在触摸屏模块23中显示出用户操作界面，使用者可以通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的脉象。当使用者选择需要的脉象后触摸屏模块23立 刻发命令给控制板315，让其开始模拟脉象。请参阅附图7、8所示，脉象模拟过程如下 1)、脉位调整
控制板315根据当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器310，然后2号步进 电机控制器310开始控制2号步进电机318来调整模拟血管320的沉或者浮的物理状态。 2号步进电机318向上转动把模拟血管320托起即为浮脉，向下转动把模拟血管320下降即 为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象。2)、模拟人体血液循环
控制板315发命令给1号步进电机控制器309，然后1号步进电机控制器309开始控 制1号步进电机317，让其开始转动，转动的速度根据不同的脉象可以进行调整。随后1号 步进电机317开始带动油泵305，这时候油泵通过模拟血管320从储油罐313中抽出模拟血 液319，模拟血液319经过调压阀307流入电磁阀308。3)、模拟人体脉象
控制板315通过控制电磁阀308的开闭产生脉冲来模拟脉象，模拟血液319带着电磁 阀308产生的脉冲经过2号脉冲稳压器312和1号脉冲稳压器311后最后进入模拟手304 中。4)、脉象输出
此时模拟手304中的模拟血管320处就得到了需要模拟的脉象。最后模拟血液319又 再次回流到储油罐313内，整个模拟流程结束并不断的重复产生不断的脉象。5)、浮、中、沉压力自动调节装置
在计算机的指令下，通过发送脉冲给2号步进电机控制器310，然后再通过2号步进电 机控制器310来控制2号步进电机318来调整模拟血管320的深浅，从而实现浮、中、沉不 同的脉位。6)、脉象模拟装置
脉象模拟手的油泵的第一路通过模拟血管依次经由调压阀、电磁阀、2号脉冲稳压 器、1号脉冲稳压器与和模拟手相互联接；第二路通过模拟血管与储油罐相互联接；第三路 依次经由1号步进电机、1号步进电机控制器后与控制板相互电连接；油泵通过模拟血管从 储油罐中抽出模拟血液，模拟血液经由调压阀流入电磁阀的输入端，模拟血液带着电磁阀 产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后进入模拟手的输入端，从而 通过控制板控制电磁阀产生不同的脉冲信号达到输出不同的脉象的目的。
7 )、液晶触摸屏的实现方法
液晶选取的是TFT RGB的数字液晶屏，达到高分辨率的显示效果，并通过加装电 阻式4线制触摸屏实现了触摸式液晶屏的功能。触摸式液晶屏选用的是RS232的通讯方式 与控制板通讯，及时的把操作者的操作通知控制板并且也可以通过此种方式来取得控制板 以及各部件的情况，如发现各部件出现故障能够直观的液晶屏上显示出来通知操作者。
8)、模拟血液的实现
本设备中使用20%的硅油来模拟人体的血液，使用硅油的原因有几点阻燃性、稠度的 可调节性、能够控制电磁阀的噪音。通过反复试验我们发现20%的硅油能够很好的模拟人体的血液，能够让模拟血管产生良好的缓冲，然后手感更真实。并且由于硅油的粘稠的特点 所以当硅油通过电磁阀的时候会起到降低电磁阀开关噪音的功能，效果良好。
权利要求
1.一种脉象模拟手，该装置包括模拟手(304)、油泵(305)、调压阀(307)、电磁阀 (308)、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统，其特征在于由硬件结构部分和硬件 电路控制部分组合成一整体的结构，至少包括由乳胶模拟手(304)、外壳(302)和固定板(316)组合成硬件结构部分，塑料外壳(302) 连接固定在固定板(316)上；由脉象控制板(1)和触摸屏控制板(2 )组合成硬件电路控制部分，脉象控制板(1)和触 摸屏控制板(2)之间通过通讯模块A (14)的输入输出端口与通讯模块B (21)的输出输入 端口相互电连接，硬件电路控制部分的各部件分别连接固定在控制板(315)上，其中一 IXD触摸屏模块(303)安装固定在塑料外壳(302)上；一固定板(316)上分别安装固定有模拟手(304)、油泵(305)、模拟手固定支架(306)、 调压阀(307)、电磁阀(308)、1号步进电机控制器(309)、2号步进电机控制器(310)、1号脉 冲稳压器(311)、2号脉冲稳压器(312)、储油罐(313)、开关电源(314)、控制板(315)、1号 步进电机(317 )和2号步进电机(318 )；上述模拟手(304 )、油泵(305 )、调压阀(307 )、电磁 阀(308)、1号脉冲稳压器(311)、2号脉冲稳压器(312)和储油罐(313)之间通过模拟血管 (320)相互联接;一脉象控制板(1)包括电源模块(11)、单片机控制模块(12)、脉象生成模块(13)和通 讯模块A (14)，所述电源模块(11)的输入输出端口与单片机控制模块(12)的输出输入端 口相互电连接，所述单片机控制模块(12)的一路输入输出端口与脉象生成模块(13)的输出输入端口相互电连接，另一路输出端口与通讯模块A (14)输入端口相互电连接；一触摸屏控制板(2)包括通讯模块B (21)、ARM控制模块(22)和触摸屏模块(23)，所 述通讯模块B (21)的输入输出端口与ARM控制模块(22)的输出输入端口相互电连接，所 述ARM控制模块(22)的输入输出端口与触摸屏模块(23)的输出输入端口相互电连接。
2.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的油泵(305)的第一路通过模 拟血管(320)依次经由调压阀(307)、电磁阀(308)、2号脉冲稳压器(312)、1号脉冲稳压器 (311)与和模拟手(304)相互联接；第二路通过模拟血管(320)与储油罐(313)相互联接；第 三路依次经由1号步进电机(317)、1号步进电机控制器(309)后与控制板(315)相互电连 接；油泵(305)通过模拟血管(320)从储油罐(313)中抽出模拟血液(319)，模拟血液(319) 经由调压阀(307)流入电磁阀(308)的输入端，模拟血液(319)带着电磁阀(308)产生的脉 冲信号，再经由2号脉冲稳压器(312)和1号脉冲稳压器(311)后进入模拟手(304)的输入端。
3.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的控制板(315)的第一路与 1号步进电机控制器(309)相互电连接；第二路依次经由2号步进电机控制器(310)后与2 号步进电机(318)相互电连接；第三路与电磁阀(308)相互电连接。
4.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的单片机控制模块(12)U1的 引脚四、30、31、32的各输出端口 Li、L2、L3、L4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场 效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输入端口相互电连接，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别 与电磁阀J3的各输入端口相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚3与正5V电源相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互 电连接，另一路与USB输出接口 Jl的引脚2相互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线 相连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚10与1号步进电机控制器(309)接口 J5的引脚2相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚11与1号步进电机控制器(309)接口 J5的引脚3相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚12与2号步进电机控制器(310)接口 J6的引脚2相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚13与2号步进电机控制器(310)接口 J6的引脚3相 互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感 器接口 J7的引脚2相互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点 开关Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
5. 一种实现脉象模拟方法，其特征在于该方法通过硬件结构部分和硬件电路控制部 分组合成一整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块(11)产生的MV以及5V直流电源，为单片机控制模块 (12)、脉象生成模块(13)、通讯模块A (14)、通讯模块B (21)、ARM控制模块(22)和触摸屏 模块(23)供电；通过在触摸屏模块(23)中显示用户操作界面，并通过手指触摸的方式在 屏幕上选择需要模拟的脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模块(23)立刻发命令给控制板 (315)，控制板(315)开始模拟脉象，直至整个模拟流程结束，该脉象模拟方法包括脉位调 整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出，其中 A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电将单片机控制模块(12)、脉象生成模块(13)、通讯模块A (14)、通讯模块B (21)、ARM 控制模块(22)和触摸屏模块(23)各模块通电； 步骤2.控制板(315)发命令控制板(315)的一路输出信号传递到2号步进电机控制器(310)的端口，控制板(315) 根据当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器(310)； 步骤3.调整模拟血管(320)2号步进电机控制器(310)开始控制2号步进电机(318)，并调整模拟血管(320)的沉 或者浮的物理状态；步骤4.完成脉位调整2号步进电机(318)向上转动把模拟血管(320)托起即为浮脉，向下转动把模拟血管 (320)下降即为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象；B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板(315)发命令控制板(315)的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器(309)的端口，控制板 (315)发命令给1号步进电机控制器(309)； 步骤2.脉象调整1号步进电机控制器(309)开始控制1号步进电机(317)，让其开始转动，转动的速度根 据不同的脉象可以进行调整； 步骤3.抽出模拟血液(319)1号步进电机(317)开始带动油泵(305)，这时候油泵通过模拟血管(320)从储油罐 (313)中抽出模拟血液(319)；步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液(319)经过调压阀(307)流入电磁阀(308)；C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象控制板(315)的再一路输出信号传递到电磁阀(308)的端口，控制板(315)通过控制电 磁阀(308)的开闭产生脉冲来模拟脉象； 步骤2.完成模拟人体脉象模拟血液(319)带着电磁阀(308)产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器(312)和1号 脉冲稳压器(311)后，最后进入模拟手(304)中；D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象在模拟手(304)中的模拟血管(320)处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流最后模拟血液(319)又再次回流到储油罐(313)内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成再从储油罐(313)中抽出模拟血液(319)，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循 环，直至完成脉象模拟方法为止。
全文摘要
一种涉及中医脉象诊断教学设备，主要应用于中医诊脉教学及中医诊断学实验教学的临床辅助诊断教学的脉象模拟手及其实现脉象模拟方法。本发明装置由模拟手、油泵、单片机及硬件结构部分和硬件电路控制部分组合成一整体的结构，该方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出等；主要解决如何设计一套内部机械结构及如何实现脉象模拟的方法等有关技术问题。本发明的优点是提供了一种结构简单、手感真实、可辅助诊断、教学、维护的脉象模拟装置；该方法能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象，除了单脉象外还能够模拟多种相兼脉，并且增加了彩色触摸屏，具有人机界面友好，操作简单等优点。
文档编号G09B23/28GK102129804SQ201110048940
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者吴巧教, 李福凤, 李跃, 林雪峰, 汤伟昌, 沈瑜, 燕海霞, 王忆勤, 肖香群 申请人:上海中医药大学, 上海亚太计算机信息系统有限公司
技术领域：
本发明涉及一种中医脉象诊断教学设备，尤指一种带有液晶操作界面的，并能模 拟出人体多种脉象的教学诊断的装置及其脉象模拟方法，主要应用于中医诊脉教学及中医 诊断学实验教学的临床辅助诊断教学装置及其实现脉象模拟方法，为教学、科研、临床提供 可靠的客观指标，具有手感真实、人机界面友好、未来可实现通过互联网进行远程诊断、教 学、维护的脉象模拟手装置及其实现脉象模拟方法。
背景技术：
望、闻、问、切是我国传统的中医诊断的四种重要手段。其中“切”更是诊断过程中 及其重要不可或缺的一部分。通过前辈长年的经验的累积把脉象归结为了许多种类，如浮 脉、沉脉、实脉、虚脉等，但是由于中医诊断脉象完全只能依靠中医医师经验来主管分析，就 同一种脉象来看不同的医师可能会出现不同的手感，特别是在实际诊断中遇到的往往不是 观种单脉，更多的出现的是各种相兼脉(如浮类的相兼脉、沉类的相兼脉等)。同时在脉象 诊断教学的过程中，主要是通过老师的口头形容以及书本的书面描述来表达诊脉的实际手 感，这样对学生来说犹如水中花、镜中月致使他们很难完全领悟其中精华。经过调查目前市场上的脉象模拟装置有许多不足并不能满足中医脉象诊断教学 的要求。可谓是数量少、价格贵、功能不全。随着社会的进步，通讯方式已经今非昔比，传统 的观念以及设备已经不能满足人们现有的需求，目前在中医迅速发展的时代需要的不再是 单机的教学诊断仪器；不再是传统枯燥的人机界面；不再是只可意会不可言传的传统中医 诊脉的教学方式；不再是只有单脉的简单模拟。代替这些不足的是联网教学诊断的仪器； 是友好快捷的人机界面；是理论与实践并进的教学新方式；是更符合实际情况的相兼脉模 拟。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种带有液晶操作界面的机 械结构装置及其实现脉象模拟的方法，使之能够模拟出人体的多种脉象，且脉象准确、手感 真实、拥有多种相兼脉像并可配合脉象采集设备完成诊断的脉象模拟手及其实现脉象模拟 方法。本发明要解决的技术问题是主要解决如何设计一套内部机械结构问题；要解决 如何实现模拟手能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象问题；要解决如何能够不用更 换血管以及模拟血液来实现不同的脉象问题；要解决如何除了实现单脉象外还能够模拟相 兼脉问题；要解决如何实现脉象模拟的方法问题；要解决如何增加彩色触摸屏，使之人机 界面为更友好，操作更简单等有关技术问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该装置包括模拟手、油泵、调压阀、 电磁阀、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统等部件，由硬件结构部分和硬件电路 控制部分组合成一整体的结构，至少包括由乳胶模拟手、外壳和固定板组合成硬件结构部分，塑料外壳连接固定在固定板上； 由脉象控制板和触摸屏控制板组合成硬件电路控制部分，脉象控制板和触摸屏控制板 之间通过通讯模块A的输入输出端口与通讯模块B的输出输入端口相互电连接，硬件电路 控制部分的各部件分别连接固定在控制板上，其中 一 LCD触摸屏模块安装固定在塑料外壳上；
一固定板上分别安装固定有模拟手、油泵、模拟手固定支架、调压阀、电磁阀、1号步 进电机控制器、2号步进电机控制器、1号脉冲稳压器、2号脉冲稳压器、储油罐、开关电源、 控制板、1号步进电机和2号步进电机；上述模拟手、油泵、调压阀、电磁阀、1号脉冲稳压器、 2号脉冲稳压器和储油罐之间通过模拟血管相互联接；
一脉象控制板包括电源模块、单片机控制模块、脉象生成模块和通讯模块A，所述电 源模块的输入输出端口与单片机控制模块的输出输入端口相互电连接，所述单片机控制模 块的一路输入输出端口与脉象生成模块的输出输入端口相互电连接，另一路输出端口与通 讯模块A输入端口相互电连接；
一触摸屏控制板包括通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏模块，所述通讯模块B的输 入输出端口与ARM控制模块的输出输入端口相互电连接，所述ARM控制模块的输入输出端 口与触摸屏模块的输出输入端口相互电连接。进一步的，所述的脉象模拟手的油泵的第一路通过模拟血管依次经由调压阀、电 磁阀、2号脉冲稳压器、1号脉冲稳压器与和模拟手相互联接；第二路通过模拟血管与储油 罐相互联接；第三路依次经由1号步进电机、1号步进电机控制器后与控制板相互电连接； 油泵通过模拟血管从储油罐中抽出模拟血液，模拟血液经由调压阀流入电磁阀的输入端， 模拟血液带着电磁阀产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后进入模 拟手的输入端。进一步的，所述的脉象模拟手的控制板的第一路与1号步进电机控制器相互电连 接；第二路依次经由2号步进电机控制器后与2号步进电机相互电连接；第三路与电磁阀 相互电连接。进一步的，所述的脉象模拟手的单片机控制模块Ul的引脚四、30、31、32的各输出 端口 1^1、1^2、1^3、1^4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场效应管01、02、03、04的各输 入端口相互电连接，场效应管Ql、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别与电磁阀J3的各输入端口 相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚3与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互电连接，另一路与USB输出接口 Jl的引脚2相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线相连
接；
单片机控制模块Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接；
单片机控制模块Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚10与1号步进电机控制器接口 J5的引脚2相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚11与1号步进电机控制器接口 J5的引脚3相互电连接；单片机控制模块Ul的引脚12与2号步进电机控制器接口 J6的引脚2相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚13与2号步进电机控制器接口 J6的引脚3相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感器接 口 J7的引脚2相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点开关 Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；
单片机控制模块Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
一种实现脉象模拟方法，该方法通过硬件结构部分和硬件电路控制部分组合成一 整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块产生的24V以及5V直流电源，为 单片机控制模块、脉象生成模块、通讯模块A、通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏模块供电； 通过在触摸屏模块中显示用户操作界面，并通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的 脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模块立刻发命令给控制板，控制板开始模拟脉象，直至 整个模拟流程结束，该脉象模拟方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及 脉象输出，其中
A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电
将单片机控制模块、脉象生成模块、通讯模块A、通讯模块B、ARM控制模块和触摸屏 模块各模块通电；
步骤2.控制板发命令
控制板的一路输出信号传递到2号步进电机控制器的端口，控制板根据当前脉象的沉 浮状态发命令给2号步进电机控制器； 步骤3.调整模拟血管
2号步进电机控制器开始控制2号步进电机，并调整模拟血管的沉或者浮的物理状态； 步骤4.完成脉位调整
2号步进电机向上转动把模拟血管托起即为浮脉，向下转动把模拟血管下降即为沉脉， 沉、浮的中间位置即为中取脉象；
B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板发命令
控制板的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器的端口，控制板发命令给1号步 进电机控制器；
步骤2.脉象调整
1号步进电机控制器开始控制1号步进电机，让其开始转动，转动的速度根据不同的脉 象可以进行调整；
步骤3.抽出模拟血液
1号步进电机开始带动油泵，这时候油泵通过模拟血管从储油罐中抽出模拟血液； 步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液经过调压阀流入电磁阀；C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象
控制板的再一路输出信号传递到电磁阀的端口，控制板通过控制电磁阀的开闭产生脉 冲来模拟脉象；
步骤2.完成模拟人体脉象
模拟血液带着电磁阀产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后，最后 进入模拟手中；
D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象
在模拟手中的模拟血管处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流
最后模拟血液又再次回流到储油罐内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成
再从储油罐中抽出模拟血液，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循环，直至完成 脉象模拟方法为止。本发明的有益效果是该装置解决了中医诊脉教学过程中的学习难度大、时间长、 只能单机运行等问题，提供了一种结构简单、手感真实、可辅助诊断、教学、维护的脉象模拟 装置；该方法通过脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出等脉位模拟过 程，能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象，能够不用更换血管以及模拟血液来实现 不同的脉象，除了单脉象外还能够模拟多种相兼脉，并且增加了彩色触摸屏，具有人机界面 友好，操作简单，并可配合脉象采集设备完成诊断等优点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图1为本发明电路控制部分的整体结构方框示意图； 附图2为本发明电路控制部分中单片机控制模块电路原理图； 附图3为本发明电路控制部分中产生脉象电路的原理图； 附图4为本发明整体结构的外观主视附图5为本发明整体结构的外观侧视图； 附图6为本发明所有结构部件示意图； 附图7为本发明脉象模拟过程的流程示意图； 附图8为本发明整个设备的工作流程示意图； 附图中标号说明
1一脉象控制板；2—触摸屏控制板；
11 一电源模块；21—通讯模块B ；
12—单片机控制模块；22—ARM控制模块；
13—脉象生成模块；23—触摸屏模块； 14一通讯模块A ；301 一透明外壳； 302 一塑料外壳；
303—IXD触摸屏模块；
304—模拟手； 305 一油泵；
306—模拟手固定支架；
307—调压阀；
308—电磁阀；
309—1号步进电机控制器； 310 — 2号步进电机控制器；
311—1号脉冲稳压器；
312—2号脉冲稳压器；
313—储油罐；
314—开关电源；
315—控制板；
316—固定板；
317—1号步进电机；
318—2号步进电机；
319—模拟血液；
320—模拟血管；
具体实施例方式
请参阅附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，本发明装置包括模拟手304、油泵305、调压阀 307、电磁阀308、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统等部件，由硬件结构部分和硬 件电路控制部分组合成一整体的结构，至少包括
由乳胶模拟手304、外壳302和固定板316组合成硬件结构部分，塑料外壳302连接固 定在固定板316上；
由脉象控制板1和触摸屏控制板2组合成硬件电路控制部分，脉象控制板1和触摸屏 控制板2之间通过通讯模块A 14的输入输出端口与通讯模块B 21的输出输入端口相互电 连接，硬件电路控制部分的各部件分别连接固定在控制板315上，其中 一 IXD触摸屏模块303安装固定在塑料外壳302上；
一固定板316上分别安装固定有模拟手304、油泵305、模拟手固定支架306、调压阀 307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳压器311、2 号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、1号步进电机317和2号步进电 机318 ；上述模拟手304、油泵305、调压阀307、电磁阀308、1号脉冲稳压器311、2号脉冲稳 压器312和储油罐313之间通过模拟血管320相互联接；
一脉象控制板1包括电源模块11、单片机控制模块12、脉象生成模块13和通讯模块 A 14，所述电源模块11的输入输出端口与单片机控制模块12的输出输入端口相互电连接， 所述单片机控制模块12的一路输入输出端口与脉象生成模块13的输出输入端口相互电连
9接，另一路输出端口与通讯模块A 14输入端口相互电连接；
一触摸屏控制板2包括通讯模块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模块23，所述通讯 模块B 21的输入输出端口与ARM控制模块22的输出输入端口相互电连接，所述ARM控制 模块22的输入输出端口与触摸屏模块23的输出输入端口相互电连接。请参阅附图8所示，所述的脉象模拟手的油泵305的第一路通过模拟血管320依 次经由调压阀307、电磁阀308、2号脉冲稳压器312、1号脉冲稳压器311与和模拟手304相 互联接；第二路通过模拟血管320与储油罐313相互联接；第三路依次经由1号步进电机 317,1号步进电机控制器309后与控制板315相互电连接；油泵305通过模拟血管320从 储油罐313中抽出模拟血液319，模拟血液319经由调压阀307流入电磁阀308的输入端， 模拟血液319带着电磁阀308产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器312和1号脉冲稳 压器311后进入模拟手304的输入端。进一步的，所述的脉象模拟手的控制板315的第一路与1号步进电机控制器309 相互电连接；第二路依次经由2号步进电机控制器310后与2号步进电机318相互电连接； 第三路与电磁阀308相互电连接。请参阅附图2、3所示，所述的脉象模拟手的单片机控制模块12 Ul的引脚四、30、 31、32的各输出端口 Ll、L2、L3、L4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场效应管Ql、Q2、 Q3、Q4的各输入端口相互电连接，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别与电磁阀J3的 各输入端口相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚3与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互电连接，另一路与USB输出 接口 Jl的引脚2相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线 相连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连
接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感 器接口 J7的引脚2相互电连接；
单片机控制模块12 Ul的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点 开关Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；
Ul的引脚10与1号步进电机控制器309接口 J5的引脚2相互 Ul的引脚11与1号步进电机控制器309接口 J5的引脚3相互 Ul的引脚12与2号步进电机控制器310接口 J6的引脚2相互 Ul的引脚13与2号步进电机控制器310接口 J6的引脚3相互
10单片机控制模块12 Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块12 Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
请参阅附图7、8所示，一种实现脉象模拟方法，该方法通过硬件结构部分和硬件 电路控制部分组合成一整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块11产生 的MV以及5V直流电源，为单片机控制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模 块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模块23供电；通过在触摸屏模块23中显示用户操作界 面，并通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模 块23立刻发命令给控制板315，控制板315开始模拟脉象，直至整个模拟流程结束，该脉象 模拟方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出，其中 A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电
将单片机控制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模块B 21、ARM控制 模块22和触摸屏模块23各模块通电； 步骤2.控制板315发命令
控制板315的一路输出信号传递到2号步进电机控制器310的端口，控制板315根据 当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器310 ； 步骤3.调整模拟血管320
2号步进电机控制器310开始控制2号步进电机318，并调整模拟血管320的沉或者浮 的物理状态；
步骤4.完成脉位调整
2号步进电机318向上转动把模拟血管320托起即为浮脉，向下转动把模拟血管320下 降即为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象；
B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板315发命令
控制板315的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器309的端口，控制板315发 命令给1号步进电机控制器309 ； 步骤2.脉象调整
1号步进电机控制器309开始控制1号步进电机317，让其开始转动，转动的速度根据 不同的脉象可以进行调整； 步骤3.抽出模拟血液319
1号步进电机317开始带动油泵305，这时候油泵通过模拟血管320从储油罐313中抽 出模拟血液319 ；
步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液319经过调压阀307流入电磁阀308 ；
C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象
控制板315的再一路输出信号传递到电磁阀308的端口，控制板315通过控制电磁阀 308的开闭产生脉冲来模拟脉象；步骤2.完成模拟人体脉象
模拟血液319带着电磁阀308产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器312和1号脉冲 稳压器311后，最后进入模拟手304中； D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象
在模拟手304中的模拟血管320处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流
最后模拟血液319又再次回流到储油罐313内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成
再从储油罐313中抽出模拟血液319，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循环， 直至完成脉象模拟方法为止。本发明的具体结构特征如下
请参阅附图4、5和6所示，本发明结构部分根据功能的不同分为透明外壳Lens 301、塑料外壳302、LCD触摸屏模块303、模拟手304、油泵305、模拟手固定支架306、调压阀 307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳压器311、2 号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、固定板316、1号步进电机317、 2号步进电机318、模拟血管320 ；对应部件参见附图4、5以及附图6 ；模拟血液流向为编号 319。本发明的物理部件连接方式设备中所有的部件分别安装在固定板316以及塑 料外壳302上。安装固定在固定板316上的部件有模拟手304、油泵305、模拟手固定支架 306、调压阀307、电磁阀308、1号步进电机控制器309、2号步进电机控制器310、1号脉冲稳 压器311、2号脉冲稳压器312、储油罐313、开关电源314、控制板315、1号步进电机317、2 号步进电机318 ；安装在塑料外壳302上的部件有LCD触摸屏模块303。本发明硬件电路设计的工作原理以及整个设备的工作步骤
本电路由外部220V交流供电，通过电源模块11产生24V以及5V直流电源为单片机控 制模块12、脉象生成模块13、通讯模块A 14、通讯模块B 21、ARM控制模块22和触摸屏模 块23供电。脉象模拟电路功能说明
请参阅附图2所示，附图2中Ul的“L1”、“L2”、“L3”、“L4”根据模拟脉象产生的需要 输出脉冲信号到附图3中控制场效应管“Ql”、“Q2”、“Q3”、“Q4”，然后经过场效应管的不 断开关输出到附图3的J3连接的电磁阀上，最后在模拟手304的模拟血管320中得到模拟脉象。附图2的Jl为USB输出接口 ；图2的J5为1号步进电机控制器309接口，用于控 制步进电机的转速达到控制模拟血液的流速；图2中的J6为2号步进电机控制器310接口， 用于控制脉位的沉浮；J7为传感器接口，用于检测脉位的沉浮高度；Ul为ATMEL单片机，带 有TCP/IP网络接口配合Jl实现脉象数据的输入以及输出实现远程诊断功能。本设备通电后会在触摸屏模块23中显示出用户操作界面，使用者可以通过手指触摸的方式在屏幕上选择需要模拟的脉象。当使用者选择需要的脉象后触摸屏模块23立 刻发命令给控制板315，让其开始模拟脉象。请参阅附图7、8所示，脉象模拟过程如下 1)、脉位调整
控制板315根据当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器310，然后2号步进 电机控制器310开始控制2号步进电机318来调整模拟血管320的沉或者浮的物理状态。 2号步进电机318向上转动把模拟血管320托起即为浮脉，向下转动把模拟血管320下降即 为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象。2)、模拟人体血液循环
控制板315发命令给1号步进电机控制器309，然后1号步进电机控制器309开始控 制1号步进电机317，让其开始转动，转动的速度根据不同的脉象可以进行调整。随后1号 步进电机317开始带动油泵305，这时候油泵通过模拟血管320从储油罐313中抽出模拟血 液319，模拟血液319经过调压阀307流入电磁阀308。3)、模拟人体脉象
控制板315通过控制电磁阀308的开闭产生脉冲来模拟脉象，模拟血液319带着电磁 阀308产生的脉冲经过2号脉冲稳压器312和1号脉冲稳压器311后最后进入模拟手304 中。4)、脉象输出
此时模拟手304中的模拟血管320处就得到了需要模拟的脉象。最后模拟血液319又 再次回流到储油罐313内，整个模拟流程结束并不断的重复产生不断的脉象。5)、浮、中、沉压力自动调节装置
在计算机的指令下，通过发送脉冲给2号步进电机控制器310，然后再通过2号步进电 机控制器310来控制2号步进电机318来调整模拟血管320的深浅，从而实现浮、中、沉不 同的脉位。6)、脉象模拟装置
脉象模拟手的油泵的第一路通过模拟血管依次经由调压阀、电磁阀、2号脉冲稳压 器、1号脉冲稳压器与和模拟手相互联接；第二路通过模拟血管与储油罐相互联接；第三路 依次经由1号步进电机、1号步进电机控制器后与控制板相互电连接；油泵通过模拟血管从 储油罐中抽出模拟血液，模拟血液经由调压阀流入电磁阀的输入端，模拟血液带着电磁阀 产生的脉冲信号，再经由2号脉冲稳压器和1号脉冲稳压器后进入模拟手的输入端，从而 通过控制板控制电磁阀产生不同的脉冲信号达到输出不同的脉象的目的。
7 )、液晶触摸屏的实现方法
液晶选取的是TFT RGB的数字液晶屏，达到高分辨率的显示效果，并通过加装电 阻式4线制触摸屏实现了触摸式液晶屏的功能。触摸式液晶屏选用的是RS232的通讯方式 与控制板通讯，及时的把操作者的操作通知控制板并且也可以通过此种方式来取得控制板 以及各部件的情况，如发现各部件出现故障能够直观的液晶屏上显示出来通知操作者。
8)、模拟血液的实现
本设备中使用20%的硅油来模拟人体的血液，使用硅油的原因有几点阻燃性、稠度的 可调节性、能够控制电磁阀的噪音。通过反复试验我们发现20%的硅油能够很好的模拟人体的血液，能够让模拟血管产生良好的缓冲，然后手感更真实。并且由于硅油的粘稠的特点 所以当硅油通过电磁阀的时候会起到降低电磁阀开关噪音的功能，效果良好。
权利要求
1.一种脉象模拟手，该装置包括模拟手(304)、油泵(305)、调压阀(307)、电磁阀 (308)、步进电机、脉冲稳压、单片机及电路控制系统，其特征在于由硬件结构部分和硬件 电路控制部分组合成一整体的结构，至少包括由乳胶模拟手(304)、外壳(302)和固定板(316)组合成硬件结构部分，塑料外壳(302) 连接固定在固定板(316)上；由脉象控制板(1)和触摸屏控制板(2 )组合成硬件电路控制部分，脉象控制板(1)和触 摸屏控制板(2)之间通过通讯模块A (14)的输入输出端口与通讯模块B (21)的输出输入 端口相互电连接，硬件电路控制部分的各部件分别连接固定在控制板(315)上，其中一 IXD触摸屏模块(303)安装固定在塑料外壳(302)上；一固定板(316)上分别安装固定有模拟手(304)、油泵(305)、模拟手固定支架(306)、 调压阀(307)、电磁阀(308)、1号步进电机控制器(309)、2号步进电机控制器(310)、1号脉 冲稳压器(311)、2号脉冲稳压器(312)、储油罐(313)、开关电源(314)、控制板(315)、1号 步进电机(317 )和2号步进电机(318 )；上述模拟手(304 )、油泵(305 )、调压阀(307 )、电磁 阀(308)、1号脉冲稳压器(311)、2号脉冲稳压器(312)和储油罐(313)之间通过模拟血管 (320)相互联接;一脉象控制板(1)包括电源模块(11)、单片机控制模块(12)、脉象生成模块(13)和通 讯模块A (14)，所述电源模块(11)的输入输出端口与单片机控制模块(12)的输出输入端 口相互电连接，所述单片机控制模块(12)的一路输入输出端口与脉象生成模块(13)的输出输入端口相互电连接，另一路输出端口与通讯模块A (14)输入端口相互电连接；一触摸屏控制板(2)包括通讯模块B (21)、ARM控制模块(22)和触摸屏模块(23)，所 述通讯模块B (21)的输入输出端口与ARM控制模块(22)的输出输入端口相互电连接，所 述ARM控制模块(22)的输入输出端口与触摸屏模块(23)的输出输入端口相互电连接。
2.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的油泵(305)的第一路通过模 拟血管(320)依次经由调压阀(307)、电磁阀(308)、2号脉冲稳压器(312)、1号脉冲稳压器 (311)与和模拟手(304)相互联接；第二路通过模拟血管(320)与储油罐(313)相互联接；第 三路依次经由1号步进电机(317)、1号步进电机控制器(309)后与控制板(315)相互电连 接；油泵(305)通过模拟血管(320)从储油罐(313)中抽出模拟血液(319)，模拟血液(319) 经由调压阀(307)流入电磁阀(308)的输入端，模拟血液(319)带着电磁阀(308)产生的脉 冲信号，再经由2号脉冲稳压器(312)和1号脉冲稳压器(311)后进入模拟手(304)的输入端。
3.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的控制板(315)的第一路与 1号步进电机控制器(309)相互电连接；第二路依次经由2号步进电机控制器(310)后与2 号步进电机(318)相互电连接；第三路与电磁阀(308)相互电连接。
4.根据权利要求1所述的脉象模拟手，其特征在于所述的单片机控制模块(12)U1的 引脚四、30、31、32的各输出端口 Li、L2、L3、L4分别与电路控制部分中产生脉象电路的场 效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输入端口相互电连接，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的各输出端口分别 与电磁阀J3的各输入端口相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚3与正5V电源相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚4与USB输出接口 Jl的引脚3相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚5 —路与二极管的负极相互 电连接，另一路与USB输出接口 Jl的引脚2相互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚6与USB输出接口 Jl的引脚4相互电连接后与接地线 相连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚7经由电容C2与接地线相连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚8经由开关S2与USB输出接口 Jl的引脚1相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚10与1号步进电机控制器(309)接口 J5的引脚2相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚11与1号步进电机控制器(309)接口 J5的引脚3相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚12与2号步进电机控制器(310)接口 J6的引脚2相 互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚13与2号步进电机控制器(310)接口 J6的引脚3相 互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚14 一路与电阻R29的端口相互电连接，另一路与传感 器接口 J7的引脚2相互电连接；单片机控制模块(12)U1的引脚20第一路与电容Cl的正极相互电连接，第二路与触点 开关Sl相互电连接，第三路经由电阻Rl与正5V电源相互电连接；单片机控制模块(12) Ul的引脚21、22相互并接后与正5V电源相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚23与晶振的一端口相互电连接； 单片机控制模块(12) Ul的引脚M与晶振的另一端口相互电连接。
5. 一种实现脉象模拟方法，其特征在于该方法通过硬件结构部分和硬件电路控制部 分组合成一整体结构的脉象模拟手，实现脉象模拟方法；通过电源模块(11)产生的MV以及5V直流电源，为单片机控制模块 (12)、脉象生成模块(13)、通讯模块A (14)、通讯模块B (21)、ARM控制模块(22)和触摸屏 模块(23)供电；通过在触摸屏模块(23)中显示用户操作界面，并通过手指触摸的方式在 屏幕上选择需要模拟的脉象，当选择需要的脉象后，触摸屏模块(23)立刻发命令给控制板 (315)，控制板(315)开始模拟脉象，直至整个模拟流程结束，该脉象模拟方法包括脉位调 整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出，其中 A)、脉位调整的具体步骤是 步骤1.脉象模拟手通电将单片机控制模块(12)、脉象生成模块(13)、通讯模块A (14)、通讯模块B (21)、ARM 控制模块(22)和触摸屏模块(23)各模块通电； 步骤2.控制板(315)发命令控制板(315)的一路输出信号传递到2号步进电机控制器(310)的端口，控制板(315) 根据当前脉象的沉浮状态发命令给2号步进电机控制器(310)； 步骤3.调整模拟血管(320)2号步进电机控制器(310)开始控制2号步进电机(318)，并调整模拟血管(320)的沉 或者浮的物理状态；步骤4.完成脉位调整2号步进电机(318)向上转动把模拟血管(320)托起即为浮脉，向下转动把模拟血管 (320)下降即为沉脉，沉、浮的中间位置即为中取脉象；B)、模拟人体血液循环的具体步骤是 步骤1.控制板(315)发命令控制板(315)的另一路输出信号传递到1号步进电机控制器(309)的端口，控制板 (315)发命令给1号步进电机控制器(309)； 步骤2.脉象调整1号步进电机控制器(309)开始控制1号步进电机(317)，让其开始转动，转动的速度根 据不同的脉象可以进行调整； 步骤3.抽出模拟血液(319)1号步进电机(317)开始带动油泵(305)，这时候油泵通过模拟血管(320)从储油罐 (313)中抽出模拟血液(319)；步骤4.完成模拟人体血液循环 模拟血液(319)经过调压阀(307)流入电磁阀(308)；C)、模拟人体脉象的具体步骤是 步骤1.模拟脉象控制板(315)的再一路输出信号传递到电磁阀(308)的端口，控制板(315)通过控制电 磁阀(308)的开闭产生脉冲来模拟脉象； 步骤2.完成模拟人体脉象模拟血液(319)带着电磁阀(308)产生的脉冲信号，经过2号脉冲稳压器(312)和1号 脉冲稳压器(311)后，最后进入模拟手(304)中；D)、脉象输出的具体步骤是 步骤1.得到需要模拟的脉象在模拟手(304)中的模拟血管(320)处，得到了需要模拟的脉象； 步骤2.回流最后模拟血液(319)又再次回流到储油罐(313)内； 步骤3.结束 整个模拟流程结束； 步骤4.循环完成再从储油罐(313)中抽出模拟血液(319)，重复产生不断的脉象，完成模拟人体血液循 环，直至完成脉象模拟方法为止。
全文摘要
一种涉及中医脉象诊断教学设备，主要应用于中医诊脉教学及中医诊断学实验教学的临床辅助诊断教学的脉象模拟手及其实现脉象模拟方法。本发明装置由模拟手、油泵、单片机及硬件结构部分和硬件电路控制部分组合成一整体的结构，该方法包括脉位调整、模拟人体血液循环、模拟人体脉象及脉象输出等；主要解决如何设计一套内部机械结构及如何实现脉象模拟的方法等有关技术问题。本发明的优点是提供了一种结构简单、手感真实、可辅助诊断、教学、维护的脉象模拟装置；该方法能够模拟沉、浮、中取等三种物理状态的脉象，除了单脉象外还能够模拟多种相兼脉，并且增加了彩色触摸屏，具有人机界面友好，操作简单等优点。
文档编号G09B23/28GK102129804SQ201110048940
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者吴巧教, 李福凤, 李跃, 林雪峰, 汤伟昌, 沈瑜, 燕海霞, 王忆勤, 肖香群 申请人:上海中医药大学, 上海亚太计算机信息系统有限公司
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