基于LabVIEW的紅外心率測量系統

基于LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺設計并實(shí)現一種無(wú)線(xiàn)心率測量系統。采用HKG-07B紅外脈搏傳感器采集心電信號，信號經(jīng)放大、濾波、整形、AD轉換后通過(guò)LED顯示心率，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到PC終端，在終端信號經(jīng)LabVIEW采集、顯示、存儲心率波形，而且可以隨時(shí)調用心率波形。該設計體積小，實(shí)時(shí)性好，人機界面友好。

心率測量是常用的醫學(xué)檢查項目之一，是人體健康監測的一項重要指標，目前的家用心率測量系統主要采用的核心芯片是單片機，這種開(kāi)發(fā)方式設計出來(lái)的產(chǎn)品雖然容易攜帶，但是很難實(shí)時(shí)有效地存儲心率波形。而采用LabVIEW的心率測試系統不僅能實(shí)時(shí)測量心率，顯示心率波形，同時(shí)還能方便地存儲心率波形，為后續的算法處理提供方便。

1 系統構成和原理

系統采用紅外傳感器HKG-07B采集心率信號，經(jīng)放大濾波及A/D轉換后通過(guò)MCU進(jìn)行數據計算并用LED顯示，并將A/D轉換后的數據通過(guò)WIFI發(fā)送到PC終端，在PC終端上用LabVIEW顯示波形、存儲數據并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )報警。系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2 LABVIEW采集顯示存儲模塊設計

PC機端接收到的心率圖形由LABVIEW采集并顯示，并可以選擇存儲時(shí)間長(cháng)度，其前面板界面如圖2所示。

圖2 LabVIEW前面板界面

進(jìn)行采集時(shí)，將對串口進(jìn)行初始化設置，并檢測是否有數據收到，如果沒(méi)有，繼續等待。其程序框圖如圖3所示。

圖3 串口初始化

設置好串口參數后，執行采集模塊，讀取串口送來(lái)的數據，將收到字符串數據轉換為ASCII碼，再轉換成電壓的伏值。由于電腦接收的數據為8位二進(jìn)制，即0～255，其相應的伏值為(U/255)×5，并輸入到顯示波形顯示。如圖4所示。

圖4 字符轉換

字符串數據轉換為ASCII碼后，建立數組，創(chuàng )建波形，并根據波形測量模塊檢測輸入波形的頻率，該頻率乘上60，可得每分鐘心率數。如圖5所示。

圖5 脈搏次數運算

為方便以后調用歷史數據，對采集來(lái)的數據進(jìn)行保存。將ASCII碼轉換為十進(jìn)制電壓值，保存到電子表格中，如圖6所示。

圖6 存儲模塊

調用歷史數據時(shí)選擇回放模式，讀取保存的文件，將其轉化為數組，并對其中選定段數據進(jìn)行波形顯示，如圖7所示。

圖7 回放模塊

3 測試結果

系統上電測試后結果如圖8所示。從測試結果來(lái)看，LED顯示的心跳和PC機端顯示的心率略有不同，這是因為二者計算方法有所差別。電腦計算心率值時(shí)所使用的統計時(shí)長(cháng)較長(cháng)，而單片機計算心率時(shí)使用的統計時(shí)長(cháng)較短。

圖8 系統工作圖形

圖9 干擾后的心率圖形

在測試過(guò)程中也發(fā)現，心率脈搏有部分受到干擾，受干擾后的波形如圖9所示。干擾包括信號發(fā)送和接收時(shí)受到的其他信號的干擾，也包括在采集時(shí)外部環(huán)境對傳感器的干擾。為減少不良信號的出現，可以對采集和濾波電路做進(jìn)一步改進(jìn)。

4 結論

系統以L(fǎng)abVIEW為平臺，采用華科HDG-07B紅外傳感器采集心率信號，AD0809為模數轉換芯片，采用USR-WIFI232-B WIFI無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，實(shí)現心率的測量和顯示。測試結果表明，系統可靠性較好，可在LabVIEW平臺上進(jìn)一步進(jìn)行信號處理。