LabVIEW的人體生理參數采集設計
摘 要： 為了使人們能更加及時(shí)地了解自己的一些生理參數，設計了一種基于虛擬儀器的人體生理參數采集系統。在此簡(jiǎn)單敘述了利用LabVIEW編寫(xiě)系統軟件，由傳感器、調理電路和數據采集卡構成系統硬件，并將采集到體溫、脈搏波和心率顯示在PC機上的原理和方法。通過(guò)實(shí)踐，系統達到了較好的效果。
關(guān)鍵詞： 生理參數; 虛擬儀器; 心率; 脈搏波; 傳感器; 數據采集卡
引 言
隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，人們生活的節奏越來(lái)越快，壓力也越來(lái)越大，同時(shí)缺乏鍛煉，使得人們的身體狀況日益下降。據報道，我國大部分人都處于亞健康狀態(tài)，目前由于國內科技水平和成本的限制，人體生理參數采集設備發(fā)展較為緩慢，并且市場(chǎng)上的大多產(chǎn)品只能采集一種參數，不能很好地滿(mǎn)足人們的需求，而引進(jìn)的設備價(jià)格又十分昂貴。因此開(kāi)發(fā)出一款低成本、多參數、易于擴展的生理參數設備是迫切需要的。人體生理參數采集系統正是在這種背景和需求下而設計研制的。
1 系統硬件設計
系統主要由數據采集模塊，數據處理模塊構成，該系統的硬件結構如圖1所示。
1.1 數據采集模塊
數據采集模塊由傳感器、調理電路和數據采集卡3部分構成。
(1) 傳感器。傳感器主要目的是感知人體脈搏、體溫，并將其轉換成電信號。脈搏傳感器選用HK2000B，它是采用集成化工藝將力敏元件(PVDF壓電膜)、溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器內，使用十分方便，采集的信號準確度高。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它的阻值會(huì )隨著(zhù)溫度的變化而改變，Pt100的阻值隨溫度的變化而變化的計算見(jiàn)式(1)，式(2)。
式中：t為攝氏溫度;R0為零攝氏度時(shí)的電阻值;A，B，C為規定的系數。
(2) 調理電路。調理電路主要是對Pt100采集信號進(jìn)行處理。Pt100接法一般有三線(xiàn)制和兩線(xiàn)制，其中三線(xiàn)制接法的優(yōu)點(diǎn)是將Pt100的兩側相等的的導線(xiàn)長(cháng)度分別加在兩側的橋臂上，使得導線(xiàn)電阻得以消除。在本系統中采用三線(xiàn)制接線(xiàn)法，并利用運算放大器對信號進(jìn)行放大，實(shí)現對溫度信號的處理。
(3) 數據采集卡。數據采集作用是將傳感器采集到的數據輸送至計算機中。數據采集卡采用NI公司的USB?6009數據采集卡，該數據采集卡適用高速USB2.0借口，分辨率達12位，放大增益可用軟件進(jìn)行設置，最大的放大增益為12倍。
1.2 數據處理模塊
數據處理模塊的硬件為帶有USB接口的計算機，并通過(guò)和系統軟件的配合，實(shí)現對人體參數的顯示和存儲。
2 系統軟件設計
系統的軟件部分是整個(gè)人體生理參數采集系統的核心，由NI公司推出的虛擬儀器軟件LabVIEW進(jìn)行編寫(xiě)。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言，它提供了幾乎所有經(jīng)典的信號處理函數和大量現在的高級信號分析函數，大大提高了程序的開(kāi)發(fā)效率。整個(gè)軟件系統主要由數據顯示界面，數據存儲部分，數據回放部分和軟硬件交互的設備驅動(dòng)等構成。
(1) 數據顯示界面。顯示界面主要是將人體參數以圖形和數字的方式顯示在電腦屏幕上，使人能更加直觀(guān)地觀(guān)測到各種參數。界面如圖2所示。圖中有2個(gè)脈搏波顯示，其中一個(gè)為原始信號;另一個(gè)為軟件濾波后的信號。心率利用軟件編程的方法從脈搏波中測算得出。
(2) 數據存儲部分。數據存儲部分是將人體生理參數、個(gè)人信息和測試的時(shí)間保存在一個(gè)文件里面，以便人們對長(cháng)期采集的數據進(jìn)行分析對比。程序如圖3所示。
(3) 數據回放部分。數據回放部分是將保存文件里面的數據再次顯示在計算機屏幕上。程序如圖4所示。
(4) 軟硬件交互的設備驅動(dòng)。驅動(dòng)程序在NI網(wǎng)站可以下載，主要用于對數據采集卡的配置和使用。
3 系統測試
經(jīng)過(guò)對多人的測試，本系統得出的數據與專(zhuān)用的醫療設備得到的數據十分相近，心率和溫度的誤差都在±0.1%以?xún)�，脈搏波也與經(jīng)典脈象儀得出的脈搏波相吻合。圖5是采集到的一名20歲男生和一名19歲女生的人體生理參數。由圖可以看出，采集到的脈搏波波形良好，雜波較少，心率和體溫以數字方式顯示，觀(guān)測十分直觀(guān)。
4 結 語(yǔ)
本系統以L(fǎng)abVIEW軟件編程為基礎，通過(guò)數據采集技術(shù)和傳感器技術(shù)完成本設計。
本系統完成了對人體溫度、脈搏波和心率的測量，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，該系統是完全可行的，且操作簡(jiǎn)單，穩定性好，可擴展性強。由于時(shí)間關(guān)系，還有很多的功能是未進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，比如心電信號的采集和分析，這也是以后努力的方向。
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