測定人死后經(jīng)過的時間(PMI)推斷是法醫(yī)學者所面臨的重要問題，準確判斷PMI對于明確案件性質(zhì)、劃定偵察范圍、確定犯罪嫌疑人以及案件重建具有重要意義。目前雖有一些推斷PMI的方法，如尸體現(xiàn)象、尸體化學、法醫(yī)昆蟲學等，其中最簡單的方法是利用尸冷及其曲線來推斷PMI，但其準確性不能令人滿意。本研究目的是通過實驗獲得人體電阻抗與PMI的關系，研制出一種智能型人體電阻抗測定儀，它可以自動測量案發(fā)現(xiàn)場的人體阻抗和環(huán)境溫度，通過計算機采集、處理大量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行平均，然后判斷PMI。因此，該儀器在法醫(yī)學、生物醫(yī)學等領域有著廣泛的應用前景。

2 系統(tǒng)電路設計

整個系統(tǒng)由電源、開關選頻、正弦波信號發(fā)生器、五路恒流源電路、人體電阻、直流比例放大器、緩沖器、交流放大器、雙單片機、系統(tǒng)時鐘、存儲器、微型打印機、液晶屏、RS232串行通信、PC機等組成。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1 開關選頻電路設計

開關選頻電路由NE555定周期多諧振蕩器、74LS38反相器、CD4066模擬開關以及ICL8038函數(shù)發(fā)生器組成，如圖2所示。在上電初期，C3電容未突變，所以NE555的2引腳為低電平，3引腳輸出高電平；通過74LS38兩級倒相6引腳輸出高電平，同時使CD4066的5引腳和12引腳獲得高電平。此時CD4066的3、4引腳接通，C1電容接地，ICL8038的2引腳輸出第一種頻率輸出：f1=0.15／RCl，其中，R=VRl+R1。

另一路CD4066的11、10引腳接通，5 V電壓通過R4，W1右端，對C3充電，充電時間數(shù)學式E=E(1-et/τ)，當充電到2E／3時，NE555的6引腳復位，3引腳輸出低電平，通過74IS38一級倒相3引腳輸出高電平，使CD4066的13引腳獲得高電平，此時CD4066的1、2引腳接通，C2電容接地，ICL8038輸出另一種頻率：f2=0.15／RC2，此時C3的電壓通過W1左端，R5對7引腳放電，當放電到E／3時，NE555的3引腳輸出高電平，重復上述過程，完成一個周期。其開關周期為：

t1=0.693(R4+W1右)C3，t2=0.693(R5+W1左)C3，T=t1+t2=0.693(R4+R5+W1)C3，占空比D=t1／T。調(diào)節(jié)W1，可使占空比在2％～98％范圍內(nèi)變化，而周期不變，開關周期要求20 s，所以RC時間常數(shù)很大，本系統(tǒng)占空比要求50％，用示波器很難觀察到，為了能觀察到系統(tǒng)50％的占空比，在調(diào)試時應接入一只小容量的C4，調(diào)節(jié)W1中點移動頭，使波形達到50％的占空比，然后再用短接片接通C3。

2.2 恒流源電路設計

直流恒流源電路是由5路電流負反饋電路組成，根據(jù)三極管特性曲線。當確定三極管基極電流IB，通過三極管的β值放大，可確定集電極電流IC，由其輸出特性曲線可知，當UCE電壓變化時，ICQ電流基本維持不變，利用這一特性設計恒流源電路，如圖3所示。

圖3中，T1～T5是由晶體管9012組成的5路恒流源電路，每路恒流源電路通過上偏置電阻R4和下偏置電阻R5把基極偏置成2.5 V電壓，這時9012發(fā)射極得到3 V電壓，5 V電源減去發(fā)射極3 V電壓再除以發(fā)射極電阻可得到恒定電流。5路恒流源分別輸出0.1 mA、0.01 mA、0.001 mA、0.1μA、0.1μA的恒流。如果設置5檔：2.5 kΩ、25 kΩ、250 kΩ、2.5 MΩ、25 MΩ，也就是說前4檔最大電阻產(chǎn)生最大直流電壓為250 mV、第5檔產(chǎn)生最大電壓為2.5 V，前4檔最大電壓250 mV通過A4放大10倍后為2.5 V，第5檔最大電壓2.5 V通過A3緩沖跟隨也產(chǎn)生了2.5 V電壓。

第6檔和第7檔為交流檔，ICL8038函數(shù)發(fā)生器的2引腳每隔10 s輪流輸出兩種頻率f1和f2，這兩種頻率主要用于實驗人體兩點間阻抗的誤差，輸出正弦波電壓通過A1放大器7引腳輸出，施加到T6、T7的恒流源電路的基極。引起基極電流變化，從而導致IC集電極電流變化。如果將該電流施加到人體電阻R上，那么人體就會產(chǎn)生交變電壓，回饋至后續(xù)A2交流放大器。

2.3 交流電壓測量電路設計

由運算放大器A2和二極管D5、D6組成線性整流電路。D1、D2、D3、D4接運算放大器A2的輸入端，實現(xiàn)過壓保護功能。C9是輸入端耦合電容，R11是運算放大器A2的負反饋電阻，用于穩(wěn)定工作點。C13是充放電電容，并有隔直流作用。R15、VR4與D5、R13構(gòu)成分壓器，調(diào)節(jié)VR5可改變輸出電壓，供校正時使用R14、C14組成平滑濾波器。其工作原理：當輸入信號電壓UX為正極性時，首先經(jīng)過運算放大器A2進行放大，再通過C13、D5、R13、VR4、R15、模擬地對C13充電。D5整流后的電壓施加到負載R14。當UX為負極性時，此時經(jīng)過模擬地、R15、VR4、R12、D6、C13、A2，C13緩慢放電。整流后的電壓通過B1、B2運算放大器比例放大，可分別輸出交流兩檔正弦電壓平均值，從而轉(zhuǎn)換為在交變電壓下通過人體變化的電阻抗。

該電路有兩個特點：第一，當輸入交流電壓UX=0時，運算放大器A2的輸出電壓也是0 V；第二，由于A2的放大作用，即使輸入信號較弱，也能保證D5、D6在較強信號下工作，避免了二極管在小信號檢波時引起的非線性失真。

3 單片機控制電路設計

3.1 單片機控制電路

本系統(tǒng)設計采用兩片單片機AT89S52和STC89C51、時鐘器件DS1307、EEPROM存儲器AT24C256、溫度傳感器DS18B20、模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC549CP以及8D三態(tài)鎖存器74LS573。單片機硬件控制電路如圖4所示。

電路簡述：AT89S52的P0口用于打印測量數(shù)據(jù)；TLC549用于模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，分別接AT89S52單片機P2.3、P2.4、P2.5；AT89S52單片機的：P3.3、P3.5作為模擬I2C總線接口與存儲器AT24C256連接；P3.4作為外部計數(shù)器輸入，用于頻率測量；AT89S52單片機的P3.0、P3.1用于與AT89S52之間的內(nèi)部通信并將數(shù)據(jù)通過RS-232接口傳輸給PC機進行數(shù)據(jù)處理。

STC89C51單片機的P0和P1口用于液晶屏的驅(qū)動信號；P1.6、P1.7、P3.2接時鐘器件DS1307；P2口作為鍵盤掃描輸入輸出口；P3口中的P3.0、P3.1用于與AT89S52之間的內(nèi)部通信；P3.6接溫度傳感器DS18B20，用于溫度測量；P3.7接蜂鳴器作為達到測量時間時報警。

3.2 單片機程序控制過程

本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊、菜單處理模塊、串口通信模塊、溫度測量模塊、時間處理模塊等模塊組成。上電后進入系統(tǒng)初始化模塊，初始化完成后開始運行系統(tǒng)軟件。在執(zhí)行過程中，根據(jù)運行流程分別調(diào)用各個功能模塊完成界面顯示、阻抗測量、時間測量、溫度測量、串口通信、計時等功能。其軟件設計流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)啟動后，首先初始化，初始化完成后系統(tǒng)處于鍵盤掃描狀態(tài)，當掃描到有鍵按下時，執(zhí)行相關功能鍵程序。

定時測量時，程序按設定的時間間隔采樣，時鐘源由DS1307提供。采樣時間到達時，單片機讀取TLC549中的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)先保存到外部存儲器AT24C256進行相應處理后送到液晶屏顯示。根據(jù)設定的時間循環(huán)采樣，當定時時間到達時打開蜂鳴器并返回定時測量起始入口，等待下一步操作。

打印機部分，當相關測量操作結(jié)束后。需要打印測得數(shù)據(jù)時，按打印功能鍵進入打印子程序。在打印時單片機先從AT24C256讀取數(shù)據(jù)進行相應處理后，再送到打印機打印。

4 結(jié)束語

準確判斷人體死亡時間是法醫(yī)界一個難題。通過多年法醫(yī)現(xiàn)場實踐，有各種各樣的解決方案，但都不是十分準確。本儀器是一種能夠迅速判斷人體死亡時間的新解決方案。通過對各種溫度下的尸體測量，準確測量人體死后的各部位的電阻抗和阻抗變化率，建立尸體在不同溫度下隨時間變化的阻抗和阻抗變化率，從而采集大量數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計、平均，建立標準數(shù)據(jù)庫，并將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)進行比對。因此，本儀器為現(xiàn)場法醫(yī)迅速判斷人體死亡時間、明確案件性質(zhì)、劃定偵察范圍、確定犯罪嫌疑人以及案件重建。具有其重要價值。