以LabVIEW為平臺(tái)和HKG-07B紅外脈搏傳感器實(shí)現(xiàn)無線心率測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種無線心率測量系統(tǒng)。采用HKG-07B紅外脈搏傳感器采集心電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形、AD轉(zhuǎn)換后通過LED顯示心率，并通過無線發(fā)送到PC終端，在終端信號(hào)經(jīng)LabVIEW采集、顯示、存儲(chǔ)心率波形，而且可以隨時(shí)調(diào)用心率波形。該設(shè)計(jì)體積小，實(shí)時(shí)性好，人機(jī)界面友好。

心率測量是常用的醫(yī)學(xué)檢查項(xiàng)目之一，是人體健康監(jiān)測的一項(xiàng)重要指標(biāo)，目前的家用心率測量系統(tǒng)主要采用的核心芯片是單片機(jī)，這種開發(fā)方式設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品雖然容易攜帶，但是很難實(shí)時(shí)有效地存儲(chǔ)心率波形。而采用LabVIEW的心率測試系統(tǒng)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(chǔ)心率波形，為后續(xù)的算法處理提供方便。

1 系統(tǒng)構(gòu)成和原理

系統(tǒng)采用紅外傳感器HKG-07B采集心率信號(hào)，經(jīng)放大濾波及A/D轉(zhuǎn)換后通過MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算并用LED顯示，并將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過WIFI發(fā)送到PC終端，在PC終端上用LabVIEW顯示波形、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并可通過網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 LABVIEW采集顯示存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

PC機(jī)端接收到的心率圖形由LABVIEW采集并顯示，并可以選擇存儲(chǔ)時(shí)間長度，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(duì)串口進(jìn)行初始化設(shè)置，并檢測是否有數(shù)據(jù)收到，如果沒有，繼續(xù)等待。其程序框圖如圖3所示。

圖3 串口初始化

設(shè)置好串口參數(shù)后，執(zhí)行采集模塊，讀取串口送來的數(shù)據(jù)，將收到字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼，再轉(zhuǎn)換成電壓的伏值。由于電腦接收的數(shù)據(jù)為8位二進(jìn)制，即0~255,其相應(yīng)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(zhuǎn)換

字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼后，建立數(shù)組，創(chuàng)建波形，并根據(jù)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(shù)。如圖5所示。

圖5 脈搏次數(shù)運(yùn)算

為方便以后調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。將ASCII碼轉(zhuǎn)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(chǔ)模塊

調(diào)用歷史數(shù)據(jù)時(shí)選擇回放模式，讀取保存的文件，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)組，并對(duì)其中選定段數(shù)據(jù)進(jìn)行波形顯示，如圖7所示。

圖7 回放模塊

3 測試結(jié)果

系統(tǒng)上電測試后結(jié)果如圖8所示。從測試結(jié)果來看，LED顯示的心跳和PC機(jī)端顯示的心率略有不同，這是因?yàn)槎哂?jì)算方法有所差別。電腦計(jì)算心率值時(shí)所使用的統(tǒng)計(jì)時(shí)長較長，而單片機(jī)計(jì)算心率時(shí)使用的統(tǒng)計(jì)時(shí)長較短。

圖8 系統(tǒng)工作圖形

圖9 干擾后的心率圖形

在測試過程中也發(fā)現(xiàn)，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(hào)發(fā)送和接收時(shí)受到的其他信號(hào)的干擾，也包括在采集時(shí)外部環(huán)境對(duì)傳感器的干擾。為減少不良信號(hào)的出現(xiàn)，可以對(duì)采集和濾波電路做進(jìn)一步改進(jìn)。

4 結(jié)論

系統(tǒng)以LabVIEW為平臺(tái)，采用華科HDG-07B紅外傳感器采集心率信號(hào)，AD0809為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采用USR-WIFI232-B WIFI無線收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)心率的測量和顯示。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠性較好，可在LabVIEW平臺(tái)上進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)處理。