虚拟仪器的便携式心音采集系统软件设计(附件)
针对当前社会心血管疾病发病率逐年提高，国内心音信号采集系统的不完善等情况，本论文设计了一个基于虚拟仪器的心音信号采集系统。该系统首先采用心跳、温度和肺活量传感器对受测者的心跳信号、温度和肺活量等进行采集，并通过数据采集卡进行数模转换，最后在上位机将采集到的数据进行显示、存储和打印等功能。测试结果表明，该系统能够综合采集心音脉搏、温度和肺活量等信号，最后可以在PC机上显示，并通过测得数据简单判断受测者的实时身体健康状况。关键词 心音,传感器,信号采集,虚拟仪器目录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文研究的主要内容 2
2 系统总体方案设计 2
2.1 系统硬件设计方案 3
2.2 系统软件设计方案 3
3 系统软件方案设计 4
3.1 系统软件设计思想 4
3.2 虚拟仪器 4
3.2.1 虚拟仪器技术特点 4
3.2.2 编程软件选择 5
3.3 测量模块软件设计 6
3.4 数据采集模块软件设计 7
3.4.1心跳采集模块设计 7
3.4.2温度采集 9
3.4.3肺活量采集 10
3.5 报警模块软件设计 11
3.6 测试数据实时显示模块软件设计 13
3.7 U18数据采集卡 14
4 系统测试 15
5 误差分析与处理 17
5.1 误差分析 17
5.2 误差处理 19
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
现代社会发展的速度日益加快，不断进步的科技和不停变化的生活方式也在一步步地改变着我们的生活。伴随着这些改变，心血管疾病的患者人数也越来越多，心血管疾病甚至已经成为了威胁相当一部分人生命安全的一种疾病，是世界范围内的人类社会的一种负担。
1.1 本课题研究的背景和意义
任何心血管类疾病,如果得不到及时和正确的治疗,最终必
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
22
1 绪论
现代社会发展的速度日益加快，不断进步的科技和不停变化的生活方式也在一步步地改变着我们的生活。伴随着这些改变，心血管疾病的患者人数也越来越多，心血管疾病甚至已经成为了威胁相当一部分人生命安全的一种疾病，是世界范围内的人类社会的一种负担。
1.1 本课题研究的背景和意义
任何心血管类疾病,如果得不到及时和正确的治疗,最终必然会演变为心力衰竭致人死亡。在西方国家中，心血管疾病医疗花费约占国家医疗健康服务体系总预算额的百分之二十左右；然后，仍有接近半数的心血管疾病患者在确诊后的一到两年内死于心脏衰竭。根据目前的统计数据，中国每年死于心血管疾病的人数为100万至200万，呈明显增长态势；每年用于心血管疾病治疗的巨额理疗费用也给人民和社会造成了巨大的经济负担。随着社会的老龄化和对心血管疾病治疗的逐渐进步，预计今后造成的财政负担将会越来越重。
目前，全球医疗费用恶性膨胀，医疗资源分配严重不均匀，如何才能为庞大的心血管疾病患者提供心血管医疗保健，降低患者医疗负担，实现医疗资源的合理配置与利用，是医学界和国家社会面临的严峻挑战。
因此，对于心血管疾病的诊断和治疗俨然成为一个国家医疗卫生发展的重要因素。本课题基于虚拟仪器的对于心音信号进行采集与分析的研究具有重要的医学意义与实用价值。
1.2 国内外研究现状
目前国内有很多高等学府和科研机构致力于心音信号的研究，但是国内在先心病心音的研究还处于起步阶段，也没有相关科学机构提供一个标准的先心病数据库，供研究人员参考。由于先心病的发病率逐年提升，研发心音心电采集设备，构建先心病数据库也变得更为迫切。
近年来，各个高校、研究所的科研人员一直在进行心音采集分析仪器的研发，并取得了一定的进展。心音采集电路可以和嵌入式平台的ARM、DSP、FPGA等微处理器连接，完成心音信号在嵌入式平台的采集、存储和信号处理，也可以通过这些微处理器的接口将心音信号传输到微机。在软件方面，目前主要是结合VisualC++6.0、LabVIEW、Matlab等实现信号的采集和处理。
2004年，重庆大学郭兴明教授指导的学生刘晓东设计了心音采集电路并利用蓝牙技术实现了心音信号的无线传输；2006年，重庆大学何为教授指导的石小波设计了便携式心音分析仪。该分析仪采用高性能的C8051F020单片机，通过PCM1801 AD转换器与USB模块实现心音信号到PC的传输，同时利用LabVIEW完成心音信号的成分提取和三维动态谱分析；2010年，郭兴明教授指导的学生吴文竹设计了基于DSP的心脏储备检测仪；2011年，南京邮电大学成谢锋教授指导的学生李建银设计了基于智能手机的心音采集和传输系统等等；2012年，济南大学的王玉泰教授指导的学生黄海丽设计的系统利用Qt平台将心音的特征融合、特征匹配等算法移植到OMAP3530上，并利用RS-485和网卡传输心音信号；桂林电子科技大学的张义敏等设计了心音采集电路，并通过AD转换和USB通信接口，准确的在上位机上显示心音信号。
在国外，同样有很多大学在进行心音采集系统的研发，比如德国亚琛工业大学的Abbs K设计了基于DSP的心音采集系统，并在DSP平台上实现了心音信号的特征分析。此外，加拿大、新加坡、日本、美国、澳大利亚、印度等国家也一直在从事心音采集和分析系统的研发。
1.3 本论文研究的主要内容
本课题采用LabVIEW软件，通过高精度的数据采集卡和传感器模块，连接计算机系统构建的心音信号采集系统测试平台。该系统能实时测量受测者的心跳、温度、肺活量等生理指标，并以图像和数字的形式显示在PC机上，通过进行信号的分析和处理，然后通过获得各项数据来简单判断受测者人体的生理健康状况。
课题的主要工作分为四个部分：第一，研究心音信号的产生和传递，提出心音采集系统的方案；设计心音传感器电路。第二，系统整体结构框图设计、系统硬件结构和软件结构框图设计以及各个模块结构框图设计。第三，对基于虚拟仪器的便携式心音采集系统进行调试，针对调试过程中的状况对系统进行改进。第四，对利用基于虚拟仪器的便携式心音采集系统采集到的数据进行数据处理和分析，并对误差产生的情况进行处理，然后在软硬件模块中修改和调整。
2 系统总体方案设计
本课题采用LabVIEW图形化软件，通过传感器模块和高精度的数据采集卡，连接到计算机系统构建的心音采集系统测试平台。本测试平台可对受测者进行实时人体健康状况（心音心跳、温度、肺活量等）的测量和记录，从而为简单判断受测者目前的生理健康状况提供参考依据，也为如何改善人体健康提供方向。
2.1 系统硬件设计方案
基于虚拟仪器的便携式心音采集系统整体结构由传感器模块、数据采集卡模块、220V转5V稳压源模块、总线、PC计算机等组成。系统在运行时，各类传感器将直接测量受测者所测试到的信号，将传感器所采集的模拟信号（电压信号）经过信号调理电路的放大和滤波处理，再通过数据采集卡的采集通道采集，并将信号传送到PC计算机进行处理并显示。
本系统硬件设计采用了
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文研究的主要内容 2
2 系统总体方案设计 2
2.1 系统硬件设计方案 3
2.2 系统软件设计方案 3
3 系统软件方案设计 4
3.1 系统软件设计思想 4
3.2 虚拟仪器 4
3.2.1 虚拟仪器技术特点 4
3.2.2 编程软件选择 5
3.3 测量模块软件设计 6
3.4 数据采集模块软件设计 7
3.4.1心跳采集模块设计 7
3.4.2温度采集 9
3.4.3肺活量采集 10
3.5 报警模块软件设计 11
3.6 测试数据实时显示模块软件设计 13
3.7 U18数据采集卡 14
4 系统测试 15
5 误差分析与处理 17
5.1 误差分析 17
5.2 误差处理 19
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
现代社会发展的速度日益加快，不断进步的科技和不停变化的生活方式也在一步步地改变着我们的生活。伴随着这些改变，心血管疾病的患者人数也越来越多，心血管疾病甚至已经成为了威胁相当一部分人生命安全的一种疾病，是世界范围内的人类社会的一种负担。
1.1 本课题研究的背景和意义
任何心血管类疾病,如果得不到及时和正确的治疗,最终必
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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1 绪论
现代社会发展的速度日益加快，不断进步的科技和不停变化的生活方式也在一步步地改变着我们的生活。伴随着这些改变，心血管疾病的患者人数也越来越多，心血管疾病甚至已经成为了威胁相当一部分人生命安全的一种疾病，是世界范围内的人类社会的一种负担。
1.1 本课题研究的背景和意义
任何心血管类疾病,如果得不到及时和正确的治疗,最终必然会演变为心力衰竭致人死亡。在西方国家中，心血管疾病医疗花费约占国家医疗健康服务体系总预算额的百分之二十左右；然后，仍有接近半数的心血管疾病患者在确诊后的一到两年内死于心脏衰竭。根据目前的统计数据，中国每年死于心血管疾病的人数为100万至200万，呈明显增长态势；每年用于心血管疾病治疗的巨额理疗费用也给人民和社会造成了巨大的经济负担。随着社会的老龄化和对心血管疾病治疗的逐渐进步，预计今后造成的财政负担将会越来越重。
目前，全球医疗费用恶性膨胀，医疗资源分配严重不均匀，如何才能为庞大的心血管疾病患者提供心血管医疗保健，降低患者医疗负担，实现医疗资源的合理配置与利用，是医学界和国家社会面临的严峻挑战。
因此，对于心血管疾病的诊断和治疗俨然成为一个国家医疗卫生发展的重要因素。本课题基于虚拟仪器的对于心音信号进行采集与分析的研究具有重要的医学意义与实用价值。
1.2 国内外研究现状
目前国内有很多高等学府和科研机构致力于心音信号的研究，但是国内在先心病心音的研究还处于起步阶段，也没有相关科学机构提供一个标准的先心病数据库，供研究人员参考。由于先心病的发病率逐年提升，研发心音心电采集设备，构建先心病数据库也变得更为迫切。
近年来，各个高校、研究所的科研人员一直在进行心音采集分析仪器的研发，并取得了一定的进展。心音采集电路可以和嵌入式平台的ARM、DSP、FPGA等微处理器连接，完成心音信号在嵌入式平台的采集、存储和信号处理，也可以通过这些微处理器的接口将心音信号传输到微机。在软件方面，目前主要是结合VisualC++6.0、LabVIEW、Matlab等实现信号的采集和处理。
2004年，重庆大学郭兴明教授指导的学生刘晓东设计了心音采集电路并利用蓝牙技术实现了心音信号的无线传输；2006年，重庆大学何为教授指导的石小波设计了便携式心音分析仪。该分析仪采用高性能的C8051F020单片机，通过PCM1801 AD转换器与USB模块实现心音信号到PC的传输，同时利用LabVIEW完成心音信号的成分提取和三维动态谱分析；2010年，郭兴明教授指导的学生吴文竹设计了基于DSP的心脏储备检测仪；2011年，南京邮电大学成谢锋教授指导的学生李建银设计了基于智能手机的心音采集和传输系统等等；2012年，济南大学的王玉泰教授指导的学生黄海丽设计的系统利用Qt平台将心音的特征融合、特征匹配等算法移植到OMAP3530上，并利用RS-485和网卡传输心音信号；桂林电子科技大学的张义敏等设计了心音采集电路，并通过AD转换和USB通信接口，准确的在上位机上显示心音信号。
在国外，同样有很多大学在进行心音采集系统的研发，比如德国亚琛工业大学的Abbs K设计了基于DSP的心音采集系统，并在DSP平台上实现了心音信号的特征分析。此外，加拿大、新加坡、日本、美国、澳大利亚、印度等国家也一直在从事心音采集和分析系统的研发。
1.3 本论文研究的主要内容
本课题采用LabVIEW软件，通过高精度的数据采集卡和传感器模块，连接计算机系统构建的心音信号采集系统测试平台。该系统能实时测量受测者的心跳、温度、肺活量等生理指标，并以图像和数字的形式显示在PC机上，通过进行信号的分析和处理，然后通过获得各项数据来简单判断受测者人体的生理健康状况。
课题的主要工作分为四个部分：第一，研究心音信号的产生和传递，提出心音采集系统的方案；设计心音传感器电路。第二，系统整体结构框图设计、系统硬件结构和软件结构框图设计以及各个模块结构框图设计。第三，对基于虚拟仪器的便携式心音采集系统进行调试，针对调试过程中的状况对系统进行改进。第四，对利用基于虚拟仪器的便携式心音采集系统采集到的数据进行数据处理和分析，并对误差产生的情况进行处理，然后在软硬件模块中修改和调整。
2 系统总体方案设计
本课题采用LabVIEW图形化软件，通过传感器模块和高精度的数据采集卡，连接到计算机系统构建的心音采集系统测试平台。本测试平台可对受测者进行实时人体健康状况（心音心跳、温度、肺活量等）的测量和记录，从而为简单判断受测者目前的生理健康状况提供参考依据，也为如何改善人体健康提供方向。
2.1 系统硬件设计方案
基于虚拟仪器的便携式心音采集系统整体结构由传感器模块、数据采集卡模块、220V转5V稳压源模块、总线、PC计算机等组成。系统在运行时，各类传感器将直接测量受测者所测试到的信号，将传感器所采集的模拟信号（电压信号）经过信号调理电路的放大和滤波处理，再通过数据采集卡的采集通道采集，并将信号传送到PC计算机进行处理并显示。
本系统硬件设计采用了
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