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【信號傳輸論文】范文:基于LabVIEW串口的心電信號傳輸

發布時間:2019年02月14日 21:45:17    文章來源:耀炎論文網    作者:周到 黃敏    閱讀:

導讀:這是一篇完整優秀的關于科技論文范文,這一篇論文共有3313字符,本篇題目是關于“【信號傳輸論文】范文:基于LabVIEW串口的心電信號傳輸”的。整個系統模塊清晰、成本低廉、信號清晰,有較強的實用性。

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摘要:心電信號能夠反映心臟的受損程度,對各種常見心臟病的診斷有重要參考意義。隨著技術的發展,各種模塊化的心電信號采集裝置陸續推出,有助于快速搭建心電監護系統。

  本研究使用AD8232模塊采集心電信號,通過Arduino進行模數轉換,最后使用LabVIEW軟件從串口讀取采集到的心電信號,并將心電信號展示出來。整個系統模塊清晰、成本低廉、信號清晰,有較強的實用性。


關鍵詞:LabVIEW;串口通信;心電


引言

  心肌細胞收縮時產生的電信號可以傳導到體表的任何部位,在人體皮膚的某個部位放上測量電極,然后通過測量電極可以記錄被測者的心臟電變化曲線,這就是臨床意義上的心電圖(Electrocardiogram,ECG)[1]。

  心電圖的采集和分析,對心臟疾病的監測和診斷,有重要的研究意義,通常認為,心電信號對心律失常、心肌梗死等病癥具有重要的參考價值。

  心電信號是較早應用于醫學研究的人體生物電信號,心電信號的采集和分析,是生物醫學工程專業教學中的一個重要內容[2]。以往的教學安排中,模擬放大電路、單片機的采樣和數字信號處理,會在不同的專業課中講授,缺乏連貫和一致性。

  本文依托中南民族大學實驗室開放與技改項目,建立一個基于虛擬儀器的心電采集分析平臺。

  為了盡可能讓大部分學生熟悉心電的采集分析流程,整個平臺需要具有模塊化、信號精度可靠、簡單易用、成本低廉等特點。基于此,本文設計出一款基于AD8282心電采集模塊,Arduino開發板和LabVIEW的心電監測系統。

  該系統中,AD8232實現心電放大,Arduino實現模數轉換,LabVIEW通過串口讀取最終的心電信號并顯示。


1 AD8232心電采集模塊
 

  AD8232是美國ADI公司出產的一款單導聯心電采集芯片,尺寸小、成本低廉,共模抑制比80dB,能用于運動心率監護、便攜式心電裝置開發等[3]。在該芯片的基礎上構建的心電采集模塊,包括運算放大、右腿驅動、導聯脫落監測等電路。

  AD8232模塊的實物圖如圖1所示,從圖中可以看到,其主要接口包括接地(GND),接電源(3.3V),信號輸出(OUTPUT),導聯脫落監測(LO+和LO-)和停機檢測(ISDN)。

  進行心電采集時,將三個電極分別粘貼在左手手腕、右手手腕和右腳腳踝處,并與導聯線連接。心電信號通過導聯線從右側的3.5毫米連接線頭子接入采集模塊,經過放大后的模擬心電信號,可以從“信號輸出(OUTPUT)”端口獲取。


2 Arduino實現模數轉換
 

  為了將心電模擬信號轉換為數字信號,我們使用了Arduino開發板。Arduino是一款以ATmega單片機為控制核心的開發板,包含ATmega最小系統、穩壓、USB轉串口等電路,是一種價格低廉、開發庫豐富的微控制器平臺[4]。

  我們使用Arduino的A0通道進行心電信號的模數轉換(與AD8232模塊的OUTPUT端相連),A10和A11通道作為電極脫落監測通道(與AD8232模塊的LO+與LO-相連),Arduino上的3.3V與GND與AD8232模塊上對應的端口相連。

  在Arduino上,編寫模數轉換程序如下所示。通過這個程序,設定串口傳輸的波特率為9600,從A10和A11讀入電極脫落信號,從A0讀入心電模擬信號,再從串口將數字化后的心電信號傳送出去。

  void setup() {

  Serial.begin(9600);//設置串口波特率

  pinMode(10, INPUT); // 電極脫落監測+

  pinMode(11, INPUT); // 電極脫落監測-}

  void loop() {

  if((digitalRead(10) == 1)||(digitalRead(11) == 1)){

  Serial.println('!');//如果監測到電極脫落,輸出感嘆號 }

  else{

  Serial.println(analogRead(A0));//從A0口讀入當前電壓值 }

  delay(1);//延時等待}


3 LabVIEW從串口獲取數據
 

  串口通信(Serial Communication),是指外設和計算機間,通過數據信號線、地線、控制線等,按位進行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線少,在遠距離通信中可以節約通信成本,但其傳輸速度較低。生物醫學信號通常為低頻信號,數據量不太大,因此,串口通信協議在生物醫學信號的傳輸中很常見。

  LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱,是一種圖形化的編程語言和開發環境,具有測試方便、開發速度快等特點。

  LabVIEW依靠VISA(Virtual Instrument Software Architecture)庫來實現串口的通訊[5]。VISA庫是儀器編程的標準函數庫,支持串口、GPIB、USB、以太網等多種不同的通訊協議。

  在串口通訊時,常用的函數有“VISA配置串口”、“VISA打開”、“VISA讀取”、“VISA寫入”、“VISA設備清零”、“VISA查找資源”、“VISA解鎖”、“VISA關閉”等。

  我們這里僅涉及到從串口中讀取數據,用到了“VISA配置串口”、“VISA讀取”和“VISA關閉”這三個VISA函數。如圖2所示,給出了從串口讀取心電數據的程序框圖。

  從圖2中可以看到,為了LabVIEW能順利從串口中讀取出數據,需要選定當前數據傳輸串口號(如果不確定,可以在計算機的設備管理器中查看)。

  該程序使用了一個屬性節點(Bytes at Port),這個屬性節點能夠獲取串口緩沖區的剩余字節量,將這個值作為參數傳給“VISA讀取”函數,可以一次性將串口中的數據全部讀出。

  LabVIEW從串口讀出的數據是字符串格式,可以直接創建一個字符串控件“讀取緩沖區”查看讀取出的數據,也可以使用字符串選板的“十進制符串至數值轉換”函數轉換為數值,再在波形圖表中顯示出來。

  程序如果被手動停止或出錯,將終止循環,并關閉串口。為了和傳入的數據頻率保持一致,這里設定循環延時為1毫秒。

  最后,在前面板查看到,獲取的心電信號波形如圖3所示,從圖中能夠清晰地看到心電信號的特征波形。


4 結束語
 

  本文實現了基于LabVIEW串口的心電信號傳輸,搭建了一個模塊化、低成本、精度滿意的實時心電監測平臺,適合作為生物醫學工程專業的實驗平臺。

  本文的工作還可以從以下兩個方面深入改進,一是Arduino與計算機連接最好可以采用無線的方式,降低導線的約束;二是計算機獲取心電信號后,還需要對信號進行進一步分析和處理,實時監測心率變化,對異常心率給出報警。


參考文獻:
 

  [1]李中健,井艷,李世鋒,等.心電圖波形特征分析[J].臨床心血管病雜志,2008(03):195-197.

  [2]王昌,秦鑫,岳小萍.基于心電的生物醫學工程教學系統開發[J].數字技術與應用,2014(09):146.

  [3]陳嘉緒,周穎.基于AD8232的心電實時監測及分析系統設計[J].計算機測量與控制,2017,25(02):26-31.

  [4]付久強.基于Arduino平臺的智能硬件設計研究[J].包裝工程,2015,36(10):76-79+100.

  [5]魏義虎,陳雷.基于LabVIEW-VISA方式的串口通信研究[J].電子設計工程,2015,23(24):129-131.

 

本文來源:http://www.jnzhgk.com/keji-lunwen/318.html

 

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