Arduino ve LabVIEW'e Dayalı Nabız Nabız Dedektörü
Wang Huiyuan, Jiang Minlan
(Matematik ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Zhejiang Normal Üniversitesi, Jinhua, Zhejiang 321004)
Kardiyovasküler hastalıkların insan sağlığı için ciddi bir tehdit olduğu ve ülkemizde morbidite ve mortalitenin yüksek kaldığı mevcut durumu hedef alarak Arduino ve LabVIEW tabanlı nabız ve kalp atış hızı dedektörü tasarlandı. Alttaki bilgisayar ana kontrol çipi olarak Arduino'yu seçer ve nabız ve kalp atış hızı algılama modülü tarafından tespit edilen nabız bilgilerini seri port üzerinden LabVIEW üst bilgisayarına gönderir.Üst bilgisayar alınan verileri işler ve dinamik nabız eğrisini görüntüler ve aynı zamanda üst tarafta nabız ölçüm sonucunu görüntüler Makine ön paneli. Dedektör, nabız ve kalp atış hızı sinyallerinin elde edilmesini, görüntülenmesini, dalga formu oynatılmasını ve depolanmasını gerçekleştirebilir ve Nesnelerin İnterneti teknolojisi ile birlikte uzaktan izlemeyi gerçekleştirebilir. Test sonuçları, dedektörün ölçüm hatasının% 1'i geçmediğini ve cihazın, deneğin fiziksel durumunu zamanında anlamak için kullanılabileceğini göstermektedir.
LabVIEW; Arduino; nabız algılama; kalp atış hızı algılama; seri iletişim
İnsan nabız sistemi, kardiyovasküler sistemin önemli bir parçasıdır Nabız dalgasının şekil, yoğunluk, hız, ritim vb. Açısından sunduğu kapsamlı bilgiler, insan kardiyovasküler sisteminin pek çok fizyolojik ve patolojik özelliğini yansıtır ve klinik tanı ve tedavi için kullanılır. Önemli temel [1]. Veriler, Çin'de kardiyovasküler hastalıkların görülme sıklığı ve ölüm oranının artmaya devam ettiğini gösteriyor.Her yıl yaklaşık 3 milyon hasta kardiyovasküler hastalıklardan ölüyor.Her üç ölümden neredeyse biri kardiyovasküler hastalıklardan kaynaklanıyor. Kardiyovasküler hastalıklar insan haline geldi Sağlığın bir numaralı katili [2].
Şu anda, yurtiçi ve yurtdışında nabız tespiti konusunda pek çok çalışma yapılmıştır ve nabız ölçüm teknolojisi gittikçe daha gelişmiş hale gelmektedir. Geçmişte, taşınabilir elektronik sfigmomanometreler, hastanenin klinik takibinde ve yaşlı sağlık hizmetlerinde yaygın olarak kullanılıyordu, ancak hava pompalarının basıncı artırmak ve azaltmak için kullanılması sürecinde hastalara rahatsızlık verecek ve büyük boyut ve düşük algılama doğruluğu gibi dezavantajlara sahipti; ve son zamanlarda çeşitli non-invaziv temassız tip geliştirdiler. Cihaz, sistem hatalarını otomatik olarak ortadan kaldırabilir, yüksek ölçüm doğruluğuna sahiptir ve hasta nabız bilgilerini gerçek zamanlı olarak görüntüleyebilir, ancak bu tür cihaz çoğunlukla büyük hastanelerde kullanılır ve pahalıdır, bu da tüketiciler için uygun değildir [2]. Bu yazıda önerilen Arduino ve LabVIEW tabanlı nabız ve kalp atış hızı dedektörü, yüksek doğruluk, kolay kullanım ve geniş bir ana bilgisayar ekranı arayüzü tasarlamak için Amerikan NI şirketi [3] tarafından geliştirilen LabVIEW grafik programlama geliştirme platformunu kullanır. Uygulama umutları.
Sistem, üst ve alt bilgisayarlardan oluşur. Alttaki bilgisayar, mikro kontrol sistemi [4] tarafından veri toplama ve sinyal koşullandırma için kullanılır. Üst bilgisayar (PC), nabız sinyali veri okuma, filtreleme, nabız frekansı hesaplaması, dalga biçimi ekranı ve diğer işlevleri gerçekleştirmek için yazılım programlarını derlemek için sanal enstrüman grafik programlama yazılımı LabVIEW8.0'a dayanmaktadır [5]. Üst ve alt bilgisayarlar RS232 seri bağlantı noktası üzerinden iletişim kurar. Sistem blok şeması Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir.
2 Düşük bilgisayar tasarımı
2.1 Sensör seçimi
Geleneksel nabız ölçüm yöntemleri temel olarak üç türü içerir: biri EKG sinyalinden nabız sinyalini çıkarmak, diğeri nabız oranını hesaplamak için kan basıncını ölçerken basınç sensörü tarafından ölçülen dalgalanmayı kullanmak, üçüncüsü ise fotovolümetrik ölçümdür [6]. Sinyalleri çıkarmanın ilk iki yöntemi hastanın aktivitesini sınırlayacak ve uzun süre kullanılırsa hastanın fiziksel ve psikolojik rahatsızlığını artıracaktır. Bu tasarımda, kan damarı darbeleri sırasında insan dokusunun neden olduğu ışık geçirgenliğindeki farkı yani nabzı ölçmek için fotovolüm yöntemini kullanan entegre nabız sensörü A27pulsesensor kullanılmaktadır.Basit yöntem, yüksek güvenilirlik ve rahat kullanım özelliklerine sahiptir. Işık huzmesi insan periferik kan damarlarına girdiğinde, bu ışığın ışık geçirgenliği, arteriyel nabız tıkanıklık hacminin değişmesi nedeniyle değişir.Bu anda, fotoelektrik dönüştürücü, insan dokusundan yansıyan ışığı alır, onu bir elektrik sinyaline dönüştürür ve onu yükseltir ve çıkarır. Nabız, kalbin atmasıyla periyodik olarak değişen bir sinyal olduğundan ve arteriyel damar hacmi de periyodik olarak değiştiğinden, fotoelektrik dönüştürücünün elektrik sinyalinin değişim süresi nabız hızıdır. Şekil 2, sağdaki A72 nabız ve kalp atış hızı algılama modülünü göstermektedir.
2.2 Arduino mikrodenetleyici
Arduino, kullanışlı, esnek ve kullanımı kolay bir açık kaynaklı elektronik prototip platformudur. Arduino, sensör sinyalini AD aracılığıyla örnekleyip işleyebilir ve verileri seri bağlantı noktası aracılığıyla LabVIEW platformuna gönderebilir. Nabız ve kalp atış hızı algılama modülü ile birlikte bu tasarımın temelini oluşturan donanımı oluşturur. Şekil 2, temeldeki donanım yapısını gösterir.
2.3 Arduino tabanlı donanım programlama
Kalp atış hızı algılama modülünün çıkış sinyali 0 ~ 5 V voltaj sinyali olduğundan, darbe bilgisini gerçekleştirmek için 0 ~ 5 V analog sinyalini 0 ~ 255 dijital sinyale dönüştürmek için yalnızca Arduino'nun bir analog sinyal giriş portunu kullanması gerekir. Aynı zamanda sinyal, RS232 seri port protokolü aracılığıyla LabVIEW ana bilgisayara iletilir.
3 ana bilgisayar tasarımı
3.1 LabVIEW'e dayalı algoritma tasarımı
LabVIEW, alt bilgisayarın gönderdiği nabız verilerini seri port üzerinden alır.Doğru kalp atışı frekansını elde etmek için alınan değeri ilk iki veri ile karşılaştırır ve veri akışında maksimum süre tmax ve minimum süre tmin elde eder. Dayak dönemi:
T = | tmax-tmin |
Şekil 3, nabız ve kalp atış hızı algılamanın akış şemasını göstermektedir.
3.2 LabVIEW'e dayalı ana bilgisayar tasarımı
Üst bilgisayar tasarımı, grafik programlama için LabVIEW8.0 kullanır. LabVIEW yazılımı, seri bağlantı noktası tasarımı [7] ile ilgili VI'lar sağlar; bu, seri bağlantı noktası yapılandırmasını, okuma ve yazma ve kesme işlevlerini gerçekleştirebilir. Aynı zamanda, darbe dalgası edinimi, filtreleme, görüntüleme, dalga formu oynatma, depolama ve diğer işlevleri gerçekleştirmek için güçlü veri işleme yeteneklerinden tam olarak yararlanın.Şekil 4, üst bilgisayarın yazılım arayüzünü gösterir ve Şekil 5, LabVIEW arka panelinin grafiksel programlamasını gösterir.
4 Ölçüm sonuçları ve hatalar
Tablo 1, kalp atış hızı testinin 6 numunesinin sonuçları ile satın alınan standart cihaz kullanılarak yapılan ölçüm sonuçları arasındaki karşılaştırmayı ve hatayı göstermektedir.Örnekler, hastalığı ve zihinsel bozuklukları olmayan üniversite öğrencilerinden alınmıştır. onların arasında:
Ölçüm hatası = | ölçülen değer-standart değer | / standart değer
Tablo 1'den tasarım hatasının standart değerin% 1'ini geçmediği görülmektedir.
5. Sonuç
Bu yazıda, aşağıdaki işlevleri gerçekleştiren nabız ve nabız sensörü, Arduino mikrodenetleyici ve LabVIEW platformu kullanılarak düşük maliyetli, düşük güç tüketimi, basit kullanım ve güzel arayüze sahip bir nabız ve kalp atış hızı dedektörü tasarlanmıştır:
(1) Alt bilgisayarın veri toplama ve işleme ve veri iletimi;
(2) LabVIEW ana bilgisayarı verileri alır ve EKG ekranını, veri depolamayı ve dalga formu oynatmayı gerçekleştirir;
(3) Kalp atışı frekansını düzenli olarak hesaplayın ve görüntüleyin;
(4) Kalp şeklinde bir eğri çizin.
Mevcut İnternet + modelinde, özellikle sanal araçların ve ilgili alanların hızlı gelişimini teşvik etmek için ağ teknolojisinin hızlı gelişimi altında, bu tasarım daha çok sosyal tüketim kavramları ve tüketicilerin ihtiyaçları ile uyumludur.
Referanslar
[1] Luo Zhichang, Zhang Song, Yang Yiming. Darbe dalgası mühendisliği analizi ve klinik uygulama M. Pekin: Science Press, 2006.
2 Xu Xuenan, Liang Jintao, Huang Bangyu. STM32 J 'ye dayalı bir sağlık entegre makine kontrol sisteminin tasarımı. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2013, 32 (16): 20-22, 25.
[3] Li Nenghe, Cheng Xiefeng LabVIEW ve MATLAB J 'ye dayalı olarak kalp sesi algılama ve dalgacık denoising. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2010,29 (1): 6-9.
[4] Han Jun. Nabız sinyali algılama sistemi LabVIEW J. Mikrobilgisayar Bilgileri, 2011, 27 (5): 5859.
5 Yao Feng, Qiao Xiaoyan, Dong Youer.LabVIEW J. Shanxi Üniversitesi Dergisi (Natural Science Edition), 2010, 33 (1): 92-96'ya dayalı invazif olmayan nabız oksimetre algılama sisteminin tasarımı.
[6] Wu Suhua, Zhang Yongshou. Sanal enstrümana dayalı kalp atış hızı algılama J. China Medical Equipment, 2015 (4): 4748.
[7] Yang Dan, Ding Mengxiao, Zheng Lei, ve diğerleri. Taşınabilir nabız oksimetre ölçüm cihazının geliştirilmesi J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2015, 34 (22): 92-95.
