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皮肤流电响应监护系统与PC串口通信的设计

发布时间:2020-06-30 17:01:12 阅读: 来源:蜗轮厂家

随着信息化的高速发展,各种巨型医疗设备也朝着小型化和嵌入式方向发展,医疗监护信息的联网已经成为趋势。在这些信息中,病人的各种生理诊断信息[1](ECG,EEG,EMG,ERG)以及皮肤流电响应GSR(Galvanic Skin Response)都是很重要的部分,如果能将每个病人的诊断信息都存储下来,并通过网络传输、共享,将给医疗诊断带来极大的方便。本文自行研发的皮肤流电响应监护系统是基于C8051单片机芯片研制的一套GSR监护系统。这种监护系统将计算机PC与GSR下位机结合起来,使两者优势互补,且能够充分利用个人计算机强大的人机接口功能、丰富的应用软件、低廉的价格,组成高性能的PC-GSR监护管理系统。另外,考虑目前使用专业组态软件的成本仍然较高,且使用起来不够灵活,便利用VB下的MSComm通信控件实现GSR与PC之间的通信,开发了基于VB的GSR实时信号监护系统。 1 硬件部分系统的硬件部分包括GSR信号适配电路、模数转换、单片机、串行输出电平转换等部分。其原理方框图如图1所示。PC-GSR监护系统的输出信号经过GSR信号适配电路转换后,由A/D转换电路在单片机(C8051)控制下,以固定的速率进行A/D采样,结果送至单片机,单片机再将数据通过串口传送给计算机PC。GSR信号适配电路如图2所示。1.1 模数转换

本文引用地址:信号要通过串口传送,就必须先将GSR模拟量转换成数字量,设计中采用TI公司的8位模数转换集成电路TLC0820。使用读模式,其读模式时序图如图3。TLC0820的CS、RD信号连接到单片机的输出口P2.0、P2.1,D0~D7连接到单片机P0口。1.2 单片机在本设计中,单片机采用C8051,其中P0口用于读入数据,P2.0、P2.1用于控制模数转换的开始和结束。P2.2通过一个三极管驱动一个LED,用于指示是否进入连续采样状态,串行口用于数据的输出,输出的数据经过电平转换连接到PC机的串行口。1.3 CP2102下位机GSR与上位机PC进行通信的接口是串口,由于现在PC机上的串口不常用,所以使用CP2102芯片进行USB-UART的转换[2],该芯片支持所有的握手、调制解调器接口信号,波特率能够从300 b/s到1 Mb/s,最后在PC机上虚拟出一个额外的COM端口,这样就可以把USB当成串口来使用。其外接电路图如图4。2 PC机通信程序在VB6.0的环境下开发PC机通信程序,利用VB 提供的MSComm串行通信控件来完成,MSComm控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能[3]。通过该控件,PC机可以利用串行口与其他设备实现轻松连接,简单高效地实现设备之间的通信。该控件的事件响应有2种处理方式:(1)事件驱动方式:由MSComm控件的OnComm事件捕获并处理通信错误及事件;(2)查询方式:通过检查CommEvent属性的值来判断事件和错误。由于事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法,且这种方法的优点是程序响应及时,可靠性高,故笔者采用事件驱动方式。皮肤流电响应(GSR)信号的接收程序如下,程序界面如图5所示。

本设计监护系统通过调试,已成功应用到项目中,运行稳定、可靠,满足了设计需求和功能,对开发类似的系统具有很好的参考价值。

该系统不需要外围供电,可以直接通过PC机上USB接口供电,连接好后,通过运行所编写VB串口显示波形程序就可以在计算机PC上显示从手指间采集的GSR信号波形图,图5是VB串口显示GSR波形图的界面,测试时间可以根据需要自行设定,图中的测试时间为50 s。图5(a)中的波形表示的是测试者以正常步行从一楼爬到五楼实验室后(楼高10 m),身体逐渐恢复平静的GSR信号曲线图;图5(b)中波形表示的是测试者逐渐深呼吸时显示的GSR信号变化波形图。从图中也可以看出,波形显示不是特别的平滑,存在许多毛刺,这取决于采样速率和分辨率的模数转换芯片,如果采用高速和高分辨率(10位、12位甚至更高)的模数转换芯片,可得到更加高速和高精度的结果。

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