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Shanghai Maoyu Science and Education Equipment Co., Ltd

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医学電子教育機器総合実験箱

ネゴシエーション可能更新05/06

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概要

医学電子教育機器総合実験箱は医学電子総合教育実験プラットフォームであり、工業級コンピュータ、4ビット半精度マルチメーター、50 Mspsオシロスコープ及び信号発生器を内蔵し、ARM Cortex-M 3開発環境とArduino UNOを集積する。心電、筋電、皮膚電気などの生体電気信号の収集とフィルタ処理をサポートし、プログラム可能な電気刺激モジュールと11種類の医学センサーを搭載し、生物医学工学、医学電子技術などの専門的な信号処理、組み込み式開発と医療機器設計の実訓に適している。

製品詳細

（参照画像）

一、製品の概要

医学電子教育機器総合実験箱大学医学電子、生物医学工学、電子情報及び看護情報化などの専門に向けて設計された次世代総合教育実験プラットフォームである。プラットフォームは伝統的な医学電子実験箱がアナログ回路のみをサポートする限界を突破し、内蔵コンピュータ、専門デジタル計器、組み込み型開発プラットフォームと多種類の医学センサを深く融合させ、「アナログ+デジタル+組み込み」の三位一体の完全な教育生態を構築する。

適用される専門知識とカリキュラム：

適用専門	コアコースへの対応
生物医学工学	生物医学信号処理、医療機器設計、組み込みシステム開発
医学電子技術	アナログ電子回路、医学センサ原理、デジタル信号処理
電子情報工学	シングルチップの原理と応用、センサ技術、信号とシステム
介護情報化/医療機器	医療設備の原理、バイタルサイン監視技術

二、内蔵一体型コンピュータ

医学電子教育機器総合実験箱工業級組み込みコンピュータを標準装備し、伝統的な実験箱の「外にパソコンを配置しなければならない」という痛い点を解決する。すべてのプログラミングIDE、上位機ソフトウェア、データ分析ツールは内蔵コンピュータにプリインストールされており、実験室はコンピュータリソースを追加配置する必要はありません。

パラメータ	仕様
プロセッサ	x 86アーキテクチャ、主周波数2.16 GHz、運行安定で流暢
メモリ	DDR 3 L 4 GBソーダ水
ストレージ	ソリッドステートドライブ（SSD）、システムの起動が速く、読み書きが安定している
ディスプレイ	14インチIPSスクリーン、1920×1080解像度、60 Hz、広視野角高色準
USBポート	1×USB 3.0+3×USB 2.0（マイクロコントローラシンカー、周辺機器を接続）
ビデオ出力	1×HDMI+1×VGA（プロジェクタや大画面に接続でき、授業中のプレゼンテーションに便利）
オーディオインタフェース	ヘッドフォンコネクタ+マイク
シリアルポート	1×COM（RS-232、シリアルポートデバイスに直接接続可能）
ネット	2×ギガビットイーサネット（キャンパスネットワーク＋実験LAN独立隔離）
ワイヤレス拡張	WiFi/Bluetoothモジュール拡張をサポートする2×アンテナインタフェース
インプットデバイス	Bluetoothワイヤレスキーボード+ワイヤレスマウスを標準装備
システム保護	自己回復還元システム、ワンタッチで工場出荷状態を還元し、ウイルス及び誤操作を効果的に防止する
起動モード	電源投入の自己起動をサポートし、授業前の準備時間を短縮

三、内蔵計器専門デジタル計器

装置内蔵デジタル計器は多合一デジタル計器であり、4ビット半精度マルチメーター、50 Mspsデジタルオシロスコープと信号発生器を一体化し、3.5インチタッチスクリーンを備え、伝統的な実験箱に分散された低精度測定ユニットの代わりに、学生に専門級計器の操作体験を提供する。

計器モジュール	コア仕様	教学用途
デジタルマルチメータ	4ビット半精度、60000カウント、5 ppm基準、TRMS真有効値直流/交流電圧電流、抵抗、容量、ダイオード、温度、オンオフ	各実験ノードパラメータを正確に測定し、TRMS機能を非正弦波解析に用いる
ディジタルオシロスコープ	10ビットADCサンプリング、50 Mspsサンプリングレート、10 MHz帯域幅、64 Kpts深記憶3.5インチタッチスクリーン操作	生理学的信号の波形、フィルタリング効果、マイクロコントローラDAC出力、電気刺激パルスをリアルタイムで観測する
信号発生器	組み込みの複数の波形（正弦波/正方波/三角波など）の周波数/振幅を調整可能	フィルタ、増幅器の実験に標準的な試験信号を提供する

説明：【比較】内蔵計器精度指標は市場でよく見られる実験箱内蔵マルチメーター（±1%）：5 ppm基準＋TRMS真有効値をはるかに超え、要求の高い医学信号精密測定教学シーンに適している。

四、組み込み型開発プラットフォーム

これは、本プラットフォームのすべての同類製品に対する最も核心的な差別化能力である。プラットフォームにはARM Cortex-M 3マイクロコントローラのマイクロコントローラ開発環境とArduino UNOが内蔵されており、学生はプラットフォーム上で組み込みプログラムの作成、コンパイル、焼付、デバッグの全プロセスを直接完了することができ、開発ボードを追加購入する必要はありません。

リソース	仕様	実験用途
プロセッサ	ARM Cortex-M3，72MHz	組み込み型リアルタイム制御、FreeRTOSマルチタスク実験
ストレージ	256 KBフラッシュメモリ、48 KB RAM	フル・インスタンス・ライブラリ・ストレージ、マルチセンサ並列データ・キャッシュ
モデュラコンバータ	12ビット精度、最大1 Msps、8+チャネル	生体電気信号のデジタル収集、センサデータの読み取り
ディジタルモードコンバータ	12ビット、2チャネル	学生プログラミングによるDDS波形生成の実現（オシロスコープによる観測検証）
つうしんバス	I2C×2、SPI×2、UART×3	すべてのデジタルセンサを駆動し、内蔵コンピュータにデータをアップロード
タイマ	TIM1–TIM4，PWM/キャプチャをサポート	正確なタイミング、周波数測定、PWM制御
シンタデバッグ	オンボードST-Link V 2、USB直結内蔵コンピュータ	外部書き起こし不要、ワンクリックでプログラムをダウンロード
GPIO拡張	すべてのピンを2.54 mmピンに引き出す	自由配線、互換デュポン線実験

プリインストール開発ソフトウェア（ビルトインコンピュータ）

ソフトウェア	用途
Keil MDK/マイクロコントローラCubeIDE	マイクロコントローラ専門開発IDE、オンラインデバッグ対応（ST-Link経由）
Arduino統合開発環境	Arduino開発環境、ワンタッチコンパイル焼付
上位機	センサデータリアルタイム表示、FFTスペクトル解析、CSV/Excelデータ導出
シリアルデバッグアシスタント	マイクロコントローラと内蔵コンピュータのシリアル通信調整
フルルーチンライブラリ	すべてのセンサーと実験モジュールをカバーし、箱を開けてすぐに使用する

五、生物電気信号の収集と処理

生物電気信号の収集は医学電子教育の核心実験内容である。DICE-K 850は専門級の生体電気信号増幅先端回路を備え、人体心電（ECG）、筋電（EMG）、脳電（EEG）及び皮膚電気（GSR）などの微弱な生体電気信号を直接採取し、内蔵オシロスコープを通じてリアルタイムで波形を観測することができる。

1、生物電気信号増幅モジュール

パラメータ	仕様
コアチップ	心電収集モジュール心電収集モジュール（内蔵増幅+フィルタ）
でんあつりとく	10～1000倍、連続調整可能
しゅうはすうたいいきはば	0.1 Hz～20 kHz（EEG～EMGの全範囲をカバー）
コモンモード抑制比（CMRR）	≧100 dB（50 Hzの動作周波数干渉を効果的に抑制）
にゅうりょくインピーダンス	≧100 MΩ（皮膚電極接触インピーダンスに影響しない）
入力保護	TVS管+電流制限保護、静電気損傷防止
信号出力	アナログ出力端子（内蔵オシロスコープに接続）＋マイクロコントローラADC同期収集
てきおうしんごう	ECG心電（心電採取モジュール採取）、EMG筋電（筋電採取モジュール採取）、GSR皮膚電気

説明：なぜ専用フロントエンド増幅が必要なのか？人体の心電信号は約1 mVで、内蔵計器などの汎用計器は直接測定できない。計器増幅器のフロントエンドは信号を測定可能な範囲に増幅するとともに、≧100 dBのCMRRで環境電磁干渉を抑制し、波形がはっきりしていることを確保する。

2、能動アナログフィルタモジュール

4種類の古典的な能動フィルタ回路を配置し、学生がアナログフィルタリング原理を深く理解し、マイクロコントローラデジタルフィルタ（FIR/IIR）と実験比較を形成する。

フィルタタイプ	典型的な教育応用
ローパスフィルタ（LPF）	EMG中の高周波ノイズを除去し、有用な生理信号を保持する
ハイパスフィルタ（HPF）	ECGベースラインドリフトの除去（0.5 Hz以下の低周波干渉の除去）
バンドパスフィルタ（BPF）	特定の周波数帯の生理信号（脳電気α波8-12 Hzなど）を抽出する
帯域阻止フィルタ（BEF）	50 Hz動作周波数ノッチ、電力網干渉を除去

六、電気刺激実験モジュール

プログラマブルPWMパルス電気刺激モジュールを配置し、神経筋電気刺激原理実験、経皮電気刺激（TENS）パラメータ研究及び電気生理教育デモンストレーションに用い、医学大学の生理学実験需要に適合する。

パラメータ	仕様
しゅうはすうはんい	1Hz – 150kHz，4速自動切り替え、精度約2%
パルスデューティ比	0%～100%、独立した連続調整可能
しげきしんぷくせいぎょ	実験箱の調整可能電源（0-12 V）によりPWM振幅を制御し、連続的に調整する
表示	LCD液晶は現在の周波数とデューティサイクルパラメータをリアルタイムで表示する
パラメータ記憶	パワーダウン保存、再起動後に前回の設定に戻す
プログラム化制御	マイクロコントローラは周波数/デューティサイクルを制御し、自動刺激シーケンスを実現する
安全保護	出力端子直列限流保険、最大電流制限、内蔵オシロスコープは出力波形をリアルタイムに監視する

説明：【連動実験】マイクロコントローラ連動実験：学生プログラミング制御プログラマブルPWMパルスモジュールは刺激パラメータ（周波数スキャン／デューティ比グラデーション）を自動的に変更し、「組み込みシステム制御医療刺激機器」の完全な工程実践シーンを実現する。

七、11種類の医学センサー原生支持

装置原生は11種類の医学と環境センサの標準化インタフェースを集積し、バイタルサインモニタリング、環境感知、運動検出などの多くの分野をカバーする。

1、バイタルサイン類センサー

センサー	測定パラメータ	インターーフェース	典型的な実験
表面筋電表面筋電センサ	単チャンネル乾電極筋電信号	アナログ生体電気先端ADC	筋電採取、ジェスチャー認識プロトタイプ
Grove GSR皮膚電気センサ	皮膚抵抗/電気伝導率（情緒ストレス）	アナログADC	皮膚電気と心理ストレスの関係実験
光電酸素心拍数モジュール	光電容積脈波（PPG）酸素血＋心拍数	にせんしき	SpO 2/HRアルゴリズムの実現と検証
白金抵抗精密温度センサ	せいみつおんど	シリアル周辺機器インタフェース	体温精密測定、内蔵計器との比較測定
電極キット	体表心電（ECG）	電極生物電気先端	ECG波形収集とQRS識別

2、環境と特殊センサー

センサー	測定パラメータ	インターーフェース	典型的な実験
TVOCガスセンサ/TCC/eCO 2ガスセンサ	TVOC/eCO 2空気品質	にせんしき	室内空気品質監視システム
TDS水質センサ	溶解性固体（水質検査）	アナログADC	水質検査とADC線形化
マイクロ波ドップラーレーダモジュール	10.525 GHz動き検出、デジタルSignal出力	GPIOデジタル入力	非接触運動検出、誘導距離調整実験
パルスセンサ	こうでんパルスは	アナログADC	パルスレート測定と波形解析

八、電力供給と安全システム

1、多重独立定電圧電源

電源回路	出力仕様	主な用途
ルート1	0 – 12V / 1A，れんぞくかちょうせい	汎用実験給電+PWM電気刺激振幅制御
ルート2	0 – 24V / 1A，れんぞくかちょうせい	高出力アナログ回路実験
ルート3	固定+5 V/2 A（USB-Aインタフェースを含む）	内蔵計器計器給電+センサモジュール給電
ルート4	固定+3.3 V/1 A	マイクロコントローラ/Arduino論理回路専用

2、安全保護設計

（1）短絡/過負荷自動保護：各ルートは独立に保護し、トリガ後に自動切断し、故障排除後に手動で回復する

（2）電気刺激限流保険：出力端直列限流保護、最大電流厳格制限

（3）接地保護：接地抵抗≦4Ω、全体絶縁抵抗≧10 MΩ

九、実験プロジェクトを支持する

1、アナログ回路基礎実験

(1)オペアンプ特性実験（反転／同相／差動増幅器）

(2)アクティブローパス/ハイパス/バンドパス/帯域阻止フィルタの設計と周波数音試験

(3)整流定電圧電源回路の設計とパラメータ測定

(4)抵抗/容量/ダイオード/ダイオード特性総合測定

2、生物電気信号実験

(1)心電（ECG）信号収集、増幅と波形解析

(2)筋電（EMG）信号収集とスペクトル解析

(3)皮膚電気（GSR）と情緒/ストレスの関係実験

(4)信号増幅とフィルタ総合実験心電収集モジュールECG出力能動フィルタ（LPF/HPF/BPF/トラップ）内蔵オシロスコープ比較観測

3、組み込み式開発実験

(1)マイクロコントローラGPIO/タイマ/割り込み基礎実験

(2)マイクロコントローラADCマルチチャネル生理信号のデジタル化収集

(3)マイクロコントローラDAC＋DDS波形プログラミング生成（オシロスコープリアルタイム観測）

(4)I 2 Cバス：血酸素心拍センサの血酸素心拍データ読み取りとアルゴリズム実現

(5)SPIバス：白金抵抗温度モジュール白金抵抗精密温度測定

(6)UARTシリアルポート：センサデータリアルタイムアップロード内蔵コンピュータ

4、電気刺激実験

(1)神経筋電気刺激原理とパラメータ実験

(2)マイクロコントローラシリアルプログラム化制御刺激シーケンス（埋め込み連動実験）

(3)周波数−効果関係の研究（周波数走査自動実験）

5、マルチセンサ融合実験（総合ステップ）

(1)マルチパラメータバイタルサイン同期監視プロトタイプ

(2)環境品質総合モニタリングシステム

(3)運動検出と誘導距離調整実験

(4)筋電ジェスチャー認識プロトタイプシステム

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