基于labview的心率計(jì)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于LabVIEW的心率計(jì)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p&

2、gt;<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

3、　當(dāng)今社會(huì)，心臟病已經(jīng)是嚴(yán)重危害人類健康的疾病之一。雖然現(xiàn)在社會(huì)上測(cè)量心電信號(hào)的各種設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)普及，但其中絕大多數(shù)還是依賴硬件來(lái)進(jìn)行信號(hào)的采集與分析，不但成本較高，而且不利于儀器的升級(jí)與維護(hù)。隨著虛擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展，以LabVIEW為核心的數(shù)據(jù)采集及分析技術(shù)為心電信號(hào)測(cè)量帶來(lái)了新的機(jī)遇。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)以PC強(qiáng)大的軟硬件資源為基礎(chǔ)，配合相對(duì)簡(jiǎn)單的采集硬件來(lái)進(jìn)行工作。LabVIEW為其技術(shù)核

4、心，數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)處理、保存、顯示均由LabVIEW加以控制。虛擬儀器既可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)儀器的相應(yīng)功能，又具有成本低廉、升級(jí)容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)為“虛擬心率計(jì)”，僅對(duì)心電信號(hào)中的簡(jiǎn)單參數(shù)心率進(jìn)行測(cè)試。壓電器件將心跳信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波后由DAQ卡采集進(jìn)PC中，經(jīng)過(guò)LabVIEW加以分析、計(jì)算，最終得到心率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本設(shè)計(jì)使用簡(jiǎn)便靈活、人機(jī)界面友好，實(shí)現(xiàn)了所要求的心率計(jì)

5、測(cè)功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器，LabVIEW，心率計(jì)，壓電器件</p><p>　　Design of a Virtual Cardiotachometer Based on LabVIEW</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In today’s society,

6、 heart disease is one of the serious diseases. Although many kinds of devices used for electrocardiosignal measurement are available now, most of them use hardware to collect and analyze the signal. As a result, the cost

7、 is rather high and it is hard for device update and maintenance. With the rapid development of virtual instrument technology, the technology of data collection and analysis based on LabVIEW brings a new opportunity for

8、electrocardiosignal measurement. </p><p>　　The foundation of virtual instrument technology is the powerful hardware and software resources of PC, combining with some relatively simple I/O modules. LabVIEW is

9、 the core of the virtual instrument; data acquisition, real-time processing and judging, store and display are controlled by LabVIEW. Virtual Instrument has almost the same function of the ‘real’ one but with advantages

10、such as low cost, easy to upgrade and easy to use.</p><p>　　This design, a ‘Virtual Cardiotachometer’, only measure one of the simple electrocardiosignal, heart rate. Piezoelectric device transduces the hear

11、t beat into weak electrical signal. After filtering and amplification, the signal is got by DAQ card and sent to PC. Data is analyzed and calculated by LabVIEW, and then the heart rate can be got. Experiment results show

12、 that this design is simple and flexible with friendly man-machine interface. The required function for heart rate detection is reali</p><p>　　Keywords: Virtual Instrument, LabVIEW, Cardiotachometer, Piezoel

13、ectric Device</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1

14、</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3虛擬心率計(jì)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.2 LabVIEW的發(fā)展歷程2</p><p>　　1.3.2 心率計(jì)的研究現(xiàn)狀3</p><p&g

15、t;　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2硬件電路的方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1傳感器的選擇4</p><p>　　2.1.1 方案評(píng)價(jià)4</p><p>　　2.2放大電路的設(shè)計(jì)選擇5</p><p>　　2.2.1 方案評(píng)價(jià)5</p><p>　　2.3

16、濾波電路的設(shè)計(jì)選擇6</p><p>　　2.3.1 方案評(píng)價(jià)6</p><p>　　2.4各部分電路參數(shù)的選定以及總體電路的確定7</p><p>　　2.4.1電路各部分參數(shù)的選定7</p><p>　　2.4.2總電路的確定以及其工作流程圖8</p><p>　　2.5 用Multisim對(duì)設(shè)計(jì)電路的仿

17、真以及實(shí)際電路搭建9</p><p>　　3 LabVIEW的軟件編程設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1系統(tǒng)流程圖11</p><p>　　3.2 前面板的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)采集模塊12</p><p>　　3.3.

18、2放大濾波模塊13</p><p>　　3.3.3波峰數(shù)判定紀(jì)錄模塊14</p><p>　　3.3.4波形紀(jì)錄模塊15</p><p>　　3.3.5數(shù)據(jù)讀取模塊15</p><p>　　3.3.6計(jì)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4總程序圖的組合設(shè)計(jì)16</p><p>

19、;　　4軟硬件的組合17</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NI ELVIS II+17</p><p>　　4.2 NI ELVIS II+與硬件采集電路的結(jié)合18</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p>

20、<p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　附錄22</b></p><p>　　附錄圖1 Multisim中的仿真硬件電路22</p><p>　　附錄圖2 Multisim仿真結(jié)果22</p><p>　　附錄圖3 程序前面板圖23</p><p>　　

21、附錄圖4 總程序框圖23</p><p>　　附錄圖5 放大濾波電路硬件實(shí)物圖24</p><p>　　附錄圖6總體實(shí)物圖24</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p><p>　　人的心率信息關(guān)系到一個(gè)

22、人的健康狀態(tài)，是人類生命特征的重要參數(shù)，在美國(guó)，每年因?yàn)樾呐K疾病而導(dǎo)致死亡的人數(shù)，比患其他疾病而死亡的人數(shù)要多。在各種心臟疾病致死的病例中，以心臟病發(fā)作而導(dǎo)致死亡的情況最為常見(jiàn)，但是在心臟疾病發(fā)作的病例中，只有1/3是致命性的，而至少有2/3是非致命性的，這說(shuō)明心臟疾病是可以通過(guò)進(jìn)行預(yù)防治療到達(dá)減少發(fā)病次數(shù)乃至痊愈的目的的。在近一個(gè)世紀(jì)里，西方國(guó)家因心臟病致死人數(shù)不斷增加，但美國(guó)到了六十年代后期，心臟病死亡率已不再增加了，近來(lái)在歐洲地區(qū)

23、，心臟病的死亡率增加速度也在緩慢下來(lái)。這些都要?dú)w功于人們對(duì)預(yù)防心臟疾病的意識(shí)增加，并且實(shí)際著手實(shí)踐的緣故。而一個(gè)好的心率計(jì)可以更加直觀明確的給出患者的心電信息電信息，然后根據(jù)心電信息分析出患者的具體狀態(tài)，從而作出科學(xué)的醫(yī)學(xué)決策。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)各種醫(yī)用設(shè)備的要求也越來(lái)越來(lái)高

24、。雖然現(xiàn)今社會(huì)上各種心率計(jì)已經(jīng)基本普及，但傳統(tǒng)的心電信息記錄方法主要靠心電圖機(jī)來(lái)完成，其信號(hào)采集、處理和顯示主要通過(guò)硬件電路來(lái)完成，這樣一來(lái)不但電路生產(chǎn)技術(shù)要求較高，而且設(shè)備價(jià)格昂貴，并且不利于設(shè)備維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸。而基于LabVIEW的心率計(jì)相比較傳統(tǒng)心率計(jì)而言，由于其采用的是相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件采集電路，其他的核心分析計(jì)算都是在LabVIEW中進(jìn)行的，這樣不但儀器的成本降低了，而且由于其核心是安裝在微機(jī)上的LabVIEW，所以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)就可以

25、很好的對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)和數(shù)據(jù)傳送。因此，一款基于虛擬儀器LabVIEW的心率計(jì)具有很好的市場(chǎng)前景。</p><p>　　1.3虛擬心率計(jì)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 虛擬儀器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　虛擬儀器的起源應(yīng)該可以追溯到上個(gè)世紀(jì)80年代。之所以稱之為虛擬，是因?yàn)檐浖谶@類儀器中起到了決定性的作用，其概念“軟件即是儀器”體現(xiàn)了

26、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別。從上個(gè)世紀(jì)80年代美國(guó)推出虛擬儀器以來(lái)，至今已產(chǎn)生了LabVIEW、HPVEE等國(guó)際上著名的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）一直是這個(gè)領(lǐng)域中的佼佼者。30多年來(lái)，美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）幫助測(cè)試、控制、設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工程師與科學(xué)家解決了從設(shè)計(jì)、原型到發(fā)布過(guò)程中所遇到的種種挑戰(zhàn)。通過(guò)現(xiàn)成可用的軟件，如LabVIEW, 以及高性價(jià)比的模塊化硬件，NI幫助各領(lǐng)域的工程師不斷創(chuàng)新，在縮短產(chǎn)品問(wèn)世時(shí)間的同時(shí)有效降

27、低開(kāi)發(fā)成本[1]。</p><p>　　我國(guó)從20世界80年代以來(lái)開(kāi)始引入研究虛擬儀器。國(guó)家的自然科學(xué)基金委員會(huì)曾經(jīng)將其列入“十五”期間優(yōu)先投資領(lǐng)域，將其作為現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)科前沿。目前我國(guó)的虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯(cuò)的研究成果，而伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)儀器設(shè)備的要求也越來(lái)越高，而基于微型計(jì)算機(jī)的虛擬儀器設(shè)備，由于其成本低、開(kāi)發(fā)周期短、利于維護(hù)等有利因素的存在，使其在我國(guó)的生產(chǎn)普及奠定了主要因素。

28、預(yù)計(jì)在未來(lái)諾干年內(nèi)我過(guò)虛擬儀器行業(yè)的生產(chǎn)總值將會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)儀器儀表行業(yè)生產(chǎn)總值的50%。</p><p>　　然而從我國(guó)整體的發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)的虛擬儀器技術(shù)還并不是很完善，有些企業(yè)還沒(méi)有真正理解虛擬儀器的內(nèi)涵，有些人誤認(rèn)為虛擬儀器是一種新型的仿真儀器，其實(shí)不然，虛擬儀器是一種真實(shí)的特殊的新型儀器，只不過(guò)他的存在方式是基于微機(jī)來(lái)進(jìn)行工作的，而仿真只是模擬出一個(gè)信號(hào)或者數(shù)據(jù)，而并沒(méi)有真正的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，兩者有本質(zhì)的區(qū)

29、別。因此我應(yīng)該盡快引進(jìn)消化國(guó)外先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，同時(shí)自己再精益求精，創(chuàng)新出更為先進(jìn)完善的虛擬儀器技術(shù)。</p><p>　　1.3.2 LabVIEW的發(fā)展歷程</p><p>　　LabvIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）退出的一款業(yè)界領(lǐng)先的圖形化編程軟件，主要應(yīng)用于開(kāi)發(fā)測(cè)試、、測(cè)量和控制系統(tǒng)。它將軟件和各種測(cè)量硬件以及個(gè)人計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起，組成虛擬儀器系統(tǒng)，用戶可以自主定義編程，來(lái)解決

30、各種方案。</p><p>　　LabVIEW從1986問(wèn)世以來(lái)，20多年來(lái)，LabVIEW不斷的發(fā)展更新。</p><p>　　1986年10月美國(guó)NI公司正式發(fā)布了LabVIEW 1.0。隨后，NI公司的開(kāi)發(fā)小組繼續(xù)投入開(kāi)發(fā)研究，從編輯器、圖形顯示及其他細(xì)節(jié)著手，對(duì)其進(jìn)行重大改進(jìn)，并在1990年1月發(fā)布了LabVIEW 2.0。1992年LabVIEW突破技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了從Macint

31、osh平臺(tái)到Windows平臺(tái)的移植，1993年1月LabVIEW 3．0正式發(fā)行。至此LabVIEW系統(tǒng)已經(jīng)成為包含了多達(dá)幾千個(gè)Ⅵ的大型應(yīng)用軟件[2]。</p><p>　　1999年4月，LabVIEW 4.0面世，這個(gè)版本實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序編輯器的單獨(dú)執(zhí)行，并向數(shù)據(jù)采集DAQ通道方向進(jìn)行了技術(shù)延伸。接下來(lái)在1998年2月發(fā)布的LabVIEW 5對(duì)以前版本進(jìn)行了全面的修改完善，對(duì)編輯器和執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，雖

32、然這個(gè)版本增加了操作的復(fù)雜性，但同時(shí)也大大增強(qiáng)了LabVIEW、的穩(wěn)定性。1999年6月，LabVIEW開(kāi)發(fā)小組發(fā)布了用于實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的分支—LabVIEW RT版[3]。 </p><p>　　2000年6月LabVIEW 6發(fā)布，LabVIEW 6擁有全新的用戶界面特征（如3D形式顯示）、擴(kuò)展功能以及對(duì)各層內(nèi)存進(jìn)行了優(yōu)化，另外還具有一項(xiàng)重要的功能，就是強(qiáng)大VI服務(wù)器。2003年5月，NI公司又發(fā)布了LabVI

33、EW 7，其中的Express中引入了波形數(shù)據(jù)類型和一些交互性更強(qiáng)的函數(shù)，使用戶開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便，大大縮短了測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用任務(wù)的開(kāi)發(fā)周期，并且對(duì)LabVIEW的使用范圍進(jìn)行了擴(kuò)充，使其支持PDA和FPGA等硬件。2005年強(qiáng)勢(shì)發(fā)布了LabVIEW 8，為分布在不同計(jì)算計(jì)上的各種應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)研究提供支持。</p><p>　　2006年是LabVIEW圖形化軟件系統(tǒng)正式推出的第20周年，為了慶祝和紀(jì)念這一具有歷

34、史意義的時(shí)刻，NI公司發(fā)布了LabVIEW 20周年紀(jì)念版——LabVIEW 8.20。相對(duì)于LabVIEW 7.x,LabVIEW 8.20的更新力度超過(guò)了以往任何一次更新，NI公司在LabVIEW 8上的研發(fā)投入超過(guò)了LabVIEW 7的兩倍。與此同時(shí)NI公司第一次推出了中文版的LabVIEW，為中國(guó)用戶的學(xué)習(xí)和使用降低了難度[3]。</p><p>　　2008年和2009年，NI公司又相繼推出了LabVI

35、EW 8.5.x和LabVIEW 8.6.x。</p><p>　　2010年8月，NI公司發(fā)布了LabVIEW的最新版LabVIEW 2010，相對(duì)于之前的版本而言，LabVIEW 2010新增了即時(shí)編譯功能，并根據(jù)不同的市場(chǎng)提供各種附加工具包的收費(fèi)與評(píng)估版，用戶可以自主選擇將這些功能集成到開(kāi)發(fā)平臺(tái)上。LabVIEW 2010的另外一個(gè)顯著功能就是針對(duì)各種時(shí)間的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化。另外，NI公司于Xilinx等著名

36、技術(shù)提供商進(jìn)行了合作，進(jìn)一步擴(kuò)展了LabVIEW的使用環(huán)境。</p><p>　　1.3.2 心率計(jì)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　心率計(jì)是醫(yī)學(xué)上常用的檢測(cè)設(shè)備，主用用于對(duì)患者的心電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，從而根據(jù)分析情況給出科學(xué)的醫(yī)學(xué)診斷[4]。</p><p>　　雖然現(xiàn)在社會(huì)上心率計(jì)、心電圖機(jī)已經(jīng)基本普及，但大多數(shù)還是建立在硬件的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行工作的。而且目前市面上的

37、心率計(jì)主要還是要通過(guò)人工讀圖來(lái)進(jìn)行分析診斷，而且對(duì)相關(guān)工作人員所應(yīng)具備的專業(yè)知識(shí)要求較高，而可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行讀圖分析的心率計(jì)不但可以減輕相關(guān)工作人員的負(fù)擔(dān)，還能避免不必要的人為誤差，大大提高了工作效率[4]。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　?。?）利用壓電陶瓷片通過(guò)脈搏跳動(dòng)來(lái)采集信號(hào)。</p><p>　　（2）用Multisim

38、軟件設(shè)計(jì)放大濾波等硬件電路并且仿真通過(guò)。</p><p>　?。?）利用電腦中的LabVIEW軟件做核心處理部分。</p><p>　?。?）連接軟硬件進(jìn)行整體調(diào)試和修改。</p><p>　?。?）通過(guò)人機(jī)交互界面，便可得到人的每分鐘心臟跳動(dòng)次數(shù)。 </p><p>　?。?）完成設(shè)計(jì)的計(jì)算和軟件說(shuō)明書(shū)。</p>&

39、lt;p>　　2硬件電路的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)楸疚氖腔谔摂M儀器的心率計(jì)設(shè)計(jì)，所以硬件電路只要滿足大體要求就可以采納，并不需要達(dá)到非常高的精度。</p><p>　　為保證硬件電路設(shè)計(jì)過(guò)程的準(zhǔn)確性和高效性，先擬定設(shè)計(jì)硬件電路的流程如下：</p><p><b>　　2.1傳感器的選擇</b></p><p

40、>　　方案一：采用紅外對(duì)管。其工作原理是用對(duì)管夾住手指指節(jié)，當(dāng)手指血脈濃度隨著心臟跳動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，紅外對(duì)管采集到的信號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，然后根據(jù)這個(gè)變化來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算[5]。</p><p>　　方案二：采用反射式的紅外管。其工作原理與紅外對(duì)管基本相同，區(qū)別是紅外管測(cè)試時(shí)是放在被測(cè)物的同一側(cè)。</p><p>　　方案三：采用壓電陶瓷片。其工作原理是壓電效應(yīng)，當(dāng)有電壓作用在壓電陶瓷上

41、時(shí)，壓電陶瓷根據(jù)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的機(jī)械變形。相反，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷使其發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。根據(jù)這個(gè)原理，我們就可以利用壓電陶瓷片來(lái)檢測(cè)脈搏跳動(dòng)。壓電陶瓷片的符號(hào)和實(shí)物如圖2-1所示[6]。</p><p>　　圖2-1壓電陶瓷片的符號(hào)和實(shí)際外觀</p><p>　　2.1.1 方案評(píng)價(jià)</p><p>　　方案一和方案所介紹的傳感器相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格昂貴，而且

42、鑒于本專業(yè)對(duì)紅外知識(shí)的認(rèn)知較少，預(yù)計(jì)難以到達(dá)理想目的。而方案三介紹的壓電陶瓷片價(jià)格便宜，工作原理清晰明確，很符合這個(gè)設(shè)計(jì)，所以我選壓電陶瓷片作為心率計(jì)的采集傳感器。</p><p>　　2.2放大電路的設(shè)計(jì)選擇</p><p>　　方案一：使用SHM1150II型集成放大器：SHM1150II型電路由于輸出級(jí)采用了VMOS管，使其輸出功率得到了很大的提高。其特點(diǎn)是，應(yīng)用十分方便，接上電源即

43、可作為雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路直接使用。該電路可在電壓下正常工作。其電路如圖2-2所示[7]。</p><p>　　圖2-2 SHM1150II型集成放大器</p><p>　　方案二：采用傳統(tǒng)實(shí)用的三運(yùn)放放大電路：這類電路具有輸入阻抗高，共模抑制比高，噪聲和漂移小，對(duì)信號(hào)源的影響小，采集信號(hào)能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且可以調(diào)節(jié)可變電阻Rp改變?cè)鲆妗Ｆ渚唧w電路如圖2-3所示。</p>

44、<p>　　圖2-3 三運(yùn)放放大電路</p><p>　　2.2.1 方案評(píng)價(jià)</p><p>　　由于SHM1150II型集成放大器主要用于功率放大，雖然也可以進(jìn)行電壓放大，但這并不是它的主要作用，可能效果沒(méi)有專用的電壓放大器來(lái)的好，而三運(yùn)放放大電路經(jīng)常被應(yīng)用為醫(yī)學(xué)放大器，從這方面來(lái)將很適合用作心電信號(hào)的放大，而且該放大器溫度穩(wěn)定性好，放大頻帶寬，噪聲系數(shù)小，并且方便調(diào)節(jié)。

45、所以我決定選擇方案二作為放大電路。</p><p>　　2.3濾波電路的設(shè)計(jì)選擇</p><p>　　方案一：一階RC濾波電路,如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4一階RC濾波電路</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b>&l

46、t;/p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　方案二：二階壓控電壓源低通濾波電路：它是有兩級(jí)RC濾波電路和同相比例放大電路組成。其特點(diǎn)是，輸入阻抗高，輸出阻抗低。其同相比例放大電路的電壓增益為。其具體電路圖如圖2-5所示[7]。</p><p>

47、　　圖2-5二階壓控電壓源低通濾波電路</p><p>　　2.3.1 方案評(píng)價(jià)</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的核心是LabVIEW軟件分析控制，通過(guò)一階濾波后的信號(hào)完全可以傳送到LabVIEW中進(jìn)行再次處理分析，所以沒(méi)有必要采用二階濾波這種成本較高，設(shè)計(jì)較復(fù)雜的濾波電路。故我選擇方案一。</p><p>　　2.4各部分電路參數(shù)的選定以及總體電路的確定</

48、p><p>　　根據(jù)上文所介紹的放大濾波電路即可確定一個(gè)總體采集電路</p><p>　　2.4.1電路各部分參數(shù)的選定</p><p>　　（1）放大電路參數(shù)的選定：根據(jù)圖2-3所示的電路進(jìn)行計(jì)算</p><p>　?。?.4.1a） </p><p><b>　?。?.4.1b）</b>&

49、lt;/p><p><b>　?。?.4.1c）</b></p><p>　　由虛短虛斷的定義可知 </p><p>　　當(dāng),時(shí)，由式（2.4.2b）和（2.4.3c）可得出</p><p>　　又由式（2.4.1a）可得：</p><p>　　所以

50、 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有的硬件設(shè)備，設(shè)定硬件放大為兩百倍左右，取，,這樣可得到增益倍。</p><p>　?。?）濾波電路的參數(shù)選定：根據(jù)圖2-4所示的電路進(jìn)行分析計(jì)算</p><p>　　由2.3節(jié)得出的公式可知，當(dāng)選定電容為1uF時(shí)，只要確定了頻率值就可以確定選用多大的電阻R。</p><p>　　而由于這個(gè)濾波電路是服務(wù)于心率計(jì)

51、的采集電路的，而一般采集到的人類心電信號(hào)頻率不會(huì)超過(guò)40Hz,所以我們區(qū)f=40Hz。這樣就可得到</p><p>　　2.4.2總電路的確定以及其工作流程圖</p><p>　　根據(jù)以上放大電路和濾波電路的設(shè)計(jì)以及各元器件的參數(shù)選擇，確定總體電路如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 硬件采集的完整電路</p><p>　　其中三個(gè)

52、放大器我選擇了市場(chǎng)比較常見(jiàn)的LM324N芯片[9]來(lái)作為放大元器件，因?yàn)長(zhǎng)M324N芯片價(jià)格低廉，性能完全能夠滿足我的信號(hào)采集放大的要求。它帶有4個(gè)放大器數(shù);帶寬在1MHz;引腳數(shù)為14個(gè);工作唯獨(dú)范圍在-40℃到+85℃之間;電源的最大電壓為32V，最小電壓為3V。功能LM324N的實(shí)物圖和引腳圖如下：</p><p>　　圖2-7 LM324N實(shí)物圖</p><p>　　圖2-8 LM

53、324N的引腳圖</p><p>　　硬件電路總的工作流程程框圖如下：</p><p>　　圖2-9硬件電路的采集流程</p><p>　　2.5 用Multisim對(duì)設(shè)計(jì)電路的仿真以及實(shí)際電路搭建</p><p>　　Multisim仿真軟件簡(jiǎn)介：Multisim NI公司推出的建立在Windows基礎(chǔ)上的一款仿真軟件。它使用于模擬/數(shù)字電

54、路板的設(shè)計(jì)工作。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式。由于Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和強(qiáng)大的仿真功能，使其能過(guò)快速高效的對(duì)電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證[10]。</p><p>　　在Multisim10.0中依次連接信號(hào)源，放大器，濾波電路，其綜合實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)附錄圖1。</p><p>　　采用壓電陶瓷片作為信號(hào)源，對(duì)上圖中的仿真電路進(jìn)行運(yùn)行分析，仿真結(jié)果如附錄圖2所示，

55、幅值小的曲線表示原始信號(hào)，幅值大的曲線表示進(jìn)過(guò)電路處理后的輸出信號(hào)。 </p><p>　　原始信號(hào)電壓和處理過(guò)信號(hào)電壓如下圖：</p><p>　　圖2-10原始信號(hào)電壓</p><p>　　圖2-11輸出信號(hào)電壓</p><p>　　由圖可知，電路工作情況良好，輸出電壓差不多是原始電壓的210.57倍，跟理想狀態(tài)的2

56、11倍非常接近，近乎完美的達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。說(shuō)明設(shè)計(jì)的電路可行。</p><p>　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)的電路圖搭建的實(shí)物電路見(jiàn)附錄圖5。</p><p>　　3 LabVIEW的軟件編程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　3.2 前面板的設(shè)計(jì)</p><p>

57、;　　前面板是用戶操作的界面。該界面上有交互是的輸入和輸出兩大空間，即輸入控件和輸出控件。輸入控件包括開(kāi)關(guān)、旋鈕和其他各種輸入設(shè)備；顯示控件包括圖形和其他顯示輸出對(duì)象[11]。</p><p>　　本程序的前面板主要包括輸入信號(hào)的原始波形，信號(hào)放大濾波后的處理波形，測(cè)量時(shí)間輸入控件，本次測(cè)量值的顯示控件，確定是否顯示保存值的選擇控件等，具體前面板圖見(jiàn)附錄</p><p><b>

58、　　3.3程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　這部分是整個(gè)心率計(jì)的分析處理控制部分，將是整個(gè)儀器的核心所在，整個(gè)程序框圖由數(shù)據(jù)采集模塊，放大濾波模塊、波峰數(shù)判定紀(jì)錄模塊、波形紀(jì)錄模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、計(jì)時(shí)模塊等組成。以下是各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)介紹。</p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　這個(gè)部分我選用了NI公司的NI ELVIS II

59、+,在PC機(jī)接入NI ELVIS II+并通過(guò)自檢后，LabVIEW中的DAQ助手將會(huì)生效，通過(guò)測(cè)量I/0、DAQmx-數(shù)據(jù)采集、選中DAQ助手并打開(kāi)，選擇模擬通道-電壓-ai0通道[12]，如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 NI ELVIS II+輸入通道設(shè)置</p><p>　　之后會(huì)跳出DAQ助手的具體設(shè)置，如下圖：</p><p>　　圖3-2 D

60、AQ助手屬性設(shè)置圖</p><p>　　將其中的通信通道設(shè)置為電壓，接線端配置設(shè)置為RSE，選擇連續(xù)采樣，取待讀取采樣數(shù)為100，采樣率為1kHz。</p><p>　　3.3.2放大濾波模塊</p><p>　　圖3-3放大濾波模塊圖</p><p>　　說(shuō)明：（1）由于原始是較小的負(fù)信號(hào)，所以將其反相放大10倍。</p>&

61、lt;p>　　（2）前一個(gè)濾波器選著0.03—160Hz的帶通濾波器：用來(lái)截圖心電圖信號(hào)的主要信息。</p><p>　?。?）第二個(gè)濾波器選擇平滑濾波器：主要用來(lái)消除高頻干擾，濾波方式選擇的半寬移動(dòng)平均選擇3階。</p><p>　　該程序中的兩個(gè)示波器設(shè)置方式如下：雙擊圖標(biāo)-選擇濾波器類型-選擇濾波器規(guī)范和半寬移動(dòng)平均[13]。</p><p>　　3.3

62、.3波峰數(shù)判定紀(jì)錄模塊</p><p>　　LabVIEW中具有多個(gè)函數(shù)來(lái)識(shí)別波峰，如“過(guò)閥值的峰檢測(cè)”函數(shù)、“波峰峰值檢測(cè)”函數(shù)，它們兩者之間的區(qū)別是前者是檢測(cè)數(shù)值等數(shù)據(jù)源，而后者可以檢測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)源。但后者可以通過(guò)“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”函數(shù)將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。“過(guò)閥值的峰檢測(cè)”圖標(biāo)如下[13]：</p><p>　　圖3-4 過(guò)閥值的峰檢測(cè)</p><p>

63、　　其中有幾個(gè)重要的數(shù)據(jù)信息如下：</p><p>　　（1）X是輸入序列。X中的采樣數(shù)必須大于指定的寬度。 如X小于等于寬度，VI將把計(jì)數(shù)設(shè)置為0并返回錯(cuò)誤。</p><p>　　（2）閾值是所有有效峰值在持續(xù)時(shí)間為寬度的采樣時(shí)必須等于或超過(guò)的值。默認(rèn)值為0.0。</p><p>　?。?）寬度是輸入序列X的峰值必須滿足或大于閾值的最小寬度，以采樣數(shù)量為單位，用于

64、確認(rèn)峰值是否有效。寬度必須大于0。如寬度小于等于0，VI將設(shè)置計(jì)數(shù)為0并返回錯(cuò)誤。默認(rèn)值為1。</p><p>　　（4）索引包含全部有效峰值的起始索引。</p><p>　　（5）計(jì)數(shù)是有效峰值的數(shù)量。</p><p>　　波峰數(shù)的判斷模塊圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5波峰數(shù)的判斷程序圖</p><p&

65、gt;　　由于上圖程序所輸出的數(shù)據(jù)類類型是長(zhǎng)整形數(shù)據(jù)，所以我們可以通過(guò)循環(huán)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)索引功能來(lái)創(chuàng)建一維數(shù)組，然后通過(guò)求數(shù)組和來(lái)求得波峰總數(shù)。自動(dòng)索引功能是循環(huán)結(jié)構(gòu)中的一種特殊功能，當(dāng)自動(dòng)索引功能被打開(kāi)是，數(shù)據(jù)將在每次循環(huán)過(guò)程中流過(guò)一個(gè)值，然后組成一個(gè)比原來(lái)數(shù)據(jù)多一位的數(shù)組[14]。其程序圖如下：</p><p>　　圖3-6波峰求和程序圖</p><p>　　3.3.4波形紀(jì)錄模塊<

66、;/p><p>　　這個(gè)模塊用來(lái)存儲(chǔ)采集到的波形，可以通過(guò)函數(shù)-編程-文件I/0中的“寫(xiě)入測(cè)量文件函數(shù)”來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖3-7寫(xiě)入波形函數(shù)的程序圖</p><p>　　其中的條件結(jié)構(gòu)用來(lái)判斷是否需要寫(xiě)入波形文件，而下方的字符串用來(lái)指定要寫(xiě)入文件的地址。</p><p>　　3.3.5數(shù)據(jù)讀取模塊</p><p&

67、gt;　　這個(gè)模塊用來(lái)讀取前次測(cè)量的波形文件已經(jīng)測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　圖3-8電子表格文件的讀取</p><p>　　圖3-9讀取測(cè)量文件函數(shù)的使用</p><p>　　3.3.6計(jì)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)時(shí)模塊可以用來(lái)設(shè)定信號(hào)采集的時(shí)間，方便進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。</p><p>　　圖3-10技術(shù)模塊

68、的編程</p><p>　　已用時(shí)間函數(shù)的功能是計(jì)算從指定起始時(shí)間起，已經(jīng)用去的時(shí)間。用于配合while函數(shù)即能達(dá)到定時(shí)的目的[15]。</p><p>　　3.4總程序圖的組合設(shè)計(jì)</p><p>　　總結(jié)以上各種程序模塊的設(shè)計(jì)選擇，確定總體程序框圖可見(jiàn)附錄圖4。</p><p><b>　　4軟硬件的組合</b>&l

69、t;/p><p>　　4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NI ELVIS II+</p><p>　　本心率計(jì)將NI公司推出的NI ELVIS II+數(shù)據(jù)采集設(shè)備，即教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件，可用于動(dòng)手設(shè)計(jì)及原型設(shè)計(jì)。該平臺(tái)集成了12款最常用儀器，包括示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等，緊湊的結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)室及課堂教學(xué)的理想選擇。NI ELVIS II+可以通過(guò)USB與PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。作為

70、基于NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，NI ELVIS II+能夠發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的靈活性及自定義功能。同時(shí)，NI ELVISII+也是NI電子教育平臺(tái)中的重要部分，結(jié)合NI Multisim采集及仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)NI ELVIS II+板載電路的測(cè)量及仿真。NI ELVIS II+的設(shè)計(jì)以教學(xué)為目標(biāo)，是一款全面的教學(xué)工具，用于電路設(shè)計(jì)、儀器控制、無(wú)線通信、嵌入式/MCU理論等教學(xué)[16]。NI ELVIS II+外觀如下圖所示：&l

71、t;/p><p>　　圖4-1NI ELVIS II+外觀圖</p><p>　　NI ELVIS II+的主要規(guī)則參數(shù)如下[17]：</p><p>　　通道數(shù)： 8 通道差分或16 通道單端</p><p>　　最大采樣速率：1.25 MS/s單通道</p><p>　　用于模擬輸入的最大工作電壓（信號(hào)＋共模）

72、： ± 11 V 對(duì) AIGND</p><p>　　輸入范圍：±10，±5，±2，±1，±0.5，±0.2和±0.1 V</p><p>　　NI ELVIS II+的使用步驟：</p><p>　　（1）接上NI ELVIS II+的電源線，將USB數(shù)據(jù)線分別連接到NI ELVI

73、S II+和PC機(jī)。</p><p>　?。?）打開(kāi)NI ELVIS II+的總電源開(kāi)關(guān)，等“USB READY”燈亮后，再開(kāi)啟面板右上方的“PROTOTYPLING BOARD POWER”開(kāi)關(guān)。</p><p>　?。?）啟動(dòng)PC機(jī)上的Measurement & Automation軟件，選擇“我的系統(tǒng)-設(shè)備和接口- NI ELVIS II+Dev”右擊，選擇自檢。如果系統(tǒng)顯示

74、自檢通過(guò)就可以正常運(yùn)行NI ELVIS II+了。</p><p>　?。?）設(shè)備使用完畢后，相對(duì)于開(kāi)啟時(shí)逆向關(guān)閉各個(gè)電源按鈕。</p><p>　　4.2 NI ELVIS II+與硬件采集電路的結(jié)合</p><p>　　硬件的連線框圖如下：</p><p>　　圖4-2系統(tǒng)硬件連線圖</p><p>　　整體的設(shè)備

75、連線圖見(jiàn)附錄圖6</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)是利用LabVIEW、硬件采集模塊和NI ELVIS II+開(kāi)發(fā)的一個(gè)心率采集分析儀，該設(shè)備以LabVIEW為核心處理模塊，由硬件電路采集心電信號(hào)，通過(guò)DAQ卡將采集到的心電信號(hào)輸入到PC機(jī)的LabVIEW中，進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理、分析、運(yùn)算，最終得到每次測(cè)量的心率。雖然由于所采用的壓電

76、陶瓷片并不靈敏的原因，導(dǎo)致只能手動(dòng)模擬心跳，但設(shè)計(jì)思路可行，使用界面簡(jiǎn)便靈活，能夠完成對(duì)所采集信號(hào)的分析處理，實(shí)現(xiàn)了畢設(shè)所要求的基本功能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 秦樹(shù)人.虛擬儀器[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004</p><p>　　[2]LabVIEW Measurements

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79、t;p>　　[6]周求湛，錢(qián)志鴻，劉萍萍等.虛擬儀器與Labview7程序設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[7]楊樂(lè)平，里海濤，肖相生.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001：261-266</p><p>　　[8]黃松嶺，吳靜.虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008</p><p

80、>　　[9]王建群 南金瑞等. 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J],計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2003,21: 122-125</p><p>　　[10]燕延，馬增強(qiáng).基于Labview的數(shù)據(jù)采集與處理軟件編程技巧。微計(jì)算機(jī)信息，2005年21卷第5期</p><p>　　[11]陳杰，黃鴻 傳感器與檢測(cè)技術(shù)腳[M]北京:高等教育出版社，

81、2002.302~307</p><p>　　[12]汪敏生譯.LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[13]黃進(jìn)文.虛擬儀器心電信號(hào)自動(dòng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].云南大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[14]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M].清華大學(xué)出版社，2007.7</p&g

82、t;<p>　　[15]National Instruments.DAQ PCI E Series User Manual,Part Number 320945C-01.1997</p><p>　　[16]侯國(guó)屏，王珅，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[17]楊智，袁媛，賈延江，虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明教

83、程:基于LabVIEW的ELVIS，北京航空航天大學(xué)出版社，2008.03</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄圖1 Multisim中的仿真硬件電路</p><p>　　附錄圖2 Multisim仿真結(jié)果</p><p>　　附錄圖3 程序前面板圖</p><p>

84、　　附錄圖4 總程序框圖</p><p>　　附錄圖5 放大濾波電路硬件實(shí)物圖</p><p><b>　　附錄圖6總體實(shí)物圖</b></p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　基于LabVIEW的心率計(jì)設(shè)計(jì)</p><p>　　1前言（課題的研究背景

85、和意義）</p><p>　　心率計(jì)是常用的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的心率測(cè)量在病人監(jiān)視、臨床治療及體育競(jìng)賽等方面都有著廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　但隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)各種測(cè)量?jī)x器的要求也越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的心率計(jì)測(cè)量誤差較大、元件參數(shù)調(diào)試?yán)щy、可靠性差。因此，一款基于虛擬儀器和LabVIEW的心率計(jì)必有很好的市場(chǎng)前景</p><p>　　20年

86、來(lái)，無(wú)論是初學(xué)乍用的新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開(kāi)發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測(cè)量及控制的用戶中廣受歡迎，這都?xì)w功于其直觀化的圖形編程語(yǔ)言。虛擬儀器的圖形化數(shù)據(jù)流語(yǔ)言和程序框圖能自然地顯示您的數(shù)據(jù)流，同時(shí)地圖化的用戶界面直觀地顯示數(shù)據(jù)，使我們能夠輕松地查看、修改數(shù)據(jù)或控制輸入。 </p><p>　　美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（National　Instruments）提出的虛擬測(cè)量?jī)x器（VI）概念，引發(fā)了傳

87、統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而開(kāi)創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。 “軟件即是儀器”這是NI公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I／O部件來(lái)構(gòu)建虛擬儀器。I／O部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（DAQ）或傳感器。NI所擁有的虛擬儀器產(chǎn)品包括軟件產(chǎn)品（如LabVIEW）、GPIB產(chǎn)品、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、信號(hào)處理產(chǎn)品、圖像采集產(chǎn)品、DSP產(chǎn)品

88、和VXI控制產(chǎn)品等。</p><p>　　同其他技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)：</p><p><b>　　1、性能高</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全"繼承"   了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使

89、您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。</p><p><b>　　2、擴(kuò)展性強(qiáng)</b></p><p>　　NI的軟硬件工具使得我們不再受限于當(dāng)前的技術(shù)中。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。

90、在利用最新科技的時(shí)候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。3、開(kāi)發(fā)時(shí)間少</p><p>　　在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器 </p><p>　　儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和

91、控制解決方案。 </p><p><b>　　4、無(wú)縫集成</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助我們輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減

92、少了任務(wù)的復(fù)雜性。</p><p>　　2主題（發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向）</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)不斷地?cái)U(kuò)展其功能及應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在LabVIEW不僅能在PC上開(kāi)發(fā)測(cè)試程序，而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設(shè)計(jì)硬件。這一技術(shù)也將最終提供這樣的一個(gè)獨(dú)立環(huán)境，使用戶可以從設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)到定義硬件的功能，如圖3所示。測(cè)試工程師將能使用合適的功能來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)。當(dāng)他們需要定義專門(mén)的測(cè)量功能時(shí)

93、，他們也將可以用同樣的軟件工具來(lái)“細(xì)化”到合適的級(jí)別以定義測(cè)量的功能。例如，工程師可以開(kāi)發(fā)LabVIEW程序來(lái)使用模塊化儀器進(jìn)行某些測(cè)量，如DC電壓和上升時(shí)間。當(dāng)工程師需要開(kāi)發(fā)專門(mén)的測(cè)量時(shí)，他們也可以使用LabVIEW對(duì)原始的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而開(kāi)發(fā)出專門(mén)的測(cè)量，比如峰值檢測(cè)。如果在某些情況下他們需要使用一些新的硬件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，如定制的觸發(fā)，那么他們可以用LabVIEW定義一個(gè)觸發(fā)和濾波方案，并嵌入到儀器卡上的FPGA中。<

94、/p><p>　　虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：</p><p>　　1、PC總線——插卡型虛擬儀器</p><p>　　這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件  如LabVIEW相結(jié)合它能充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高

95、，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。另外，ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰，PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。</p><p>　　2、并行口式虛擬儀器</p><p>　　最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通?？梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、

96、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)LINK公司的DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。</p><p>　　3、GPIB總線方式的虛擬儀器</p><p>　　GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)

97、準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)BPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適

98、合于精確度要求高的，但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。</p><p>　　4、VXI總線方式虛擬儀器</p><p>　　VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)

99、的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。 </p><p>　　5、PXI總線方式虛擬儀器</p><p>　　PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用

100、于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3~4個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI—PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。</p><p><b>　　虛擬儀器的發(fā)展過(guò)程</b></p><p>　　1、GPIB→VSI→PXI總線方式（

101、適合大型高精度集成系統(tǒng)）GPIB 于1978年問(wèn)世，VXI于1987年問(wèn)世，PXI于1997年問(wèn)世。 </p><p>　　2、PC插卡→并口式→串口USB方式（適合于普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景）PC插卡式于80年代初問(wèn)世，并行口方式于1995年問(wèn)世，串口USB方式于1999年問(wèn)世。 </p><p>　　綜上所述，虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素。①計(jì)算機(jī)是載體,②軟件是核心

102、③高質(zhì)量的A/D采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。</p><p><b>　　3總結(jié)</b></p><p>　　虛擬儀器技術(shù)已成為測(cè)試、工業(yè)I／O和控制和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流技術(shù)，隨著虛擬儀器技術(shù)的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來(lái)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)極佳的模式，并且使工

103、程師們?cè)跍y(cè)量和控制方面得到強(qiáng)大功能和靈活性。</p><p>　　可想而知，基于LabVIEW的心率計(jì)在測(cè)量和使用時(shí)可以有更強(qiáng)的適用式和靈活性，同時(shí)比一般心率計(jì)更容易維護(hù)，更重要的是，它能夠在電腦上記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并在線傳遞給醫(yī)生，讓病人即使在家里也能得到及時(shí)得到醫(yī)生的建議和治療。</p><p><b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

104、　[1]美國(guó)NI公司，NI數(shù)據(jù)采集技術(shù)文摘入門(mén)篇</p><p>　　[2]黃松嶺，吳靜.虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[3]鄧炎，王磊等.LabVIEW7.1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[4]秦樹(shù)人.虛擬儀器[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004</p>

105、<p>　　[5]鄧君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[6] 黃松嶺，吳靜，虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程，清華大學(xué)出版社，2008.10</p><p>　　[7] 陳錫輝, 張銀鴻，LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通，清華大學(xué)出版社，2007.07</p><p>

106、　　[8]汪敏生譯.LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[9]National Instruments.DAQ PCI E Series User Manual,Part Number 320945C-01.1997</p><p>　　[10]侯國(guó)屏，王珅，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005&

107、lt;/p><p>　　[11] 楊智，袁媛，賈延江，虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明教程:基于LabVIEW的ELVIS，北京航空航天大學(xué)出版社，2008.03</p><p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　基于LabVIEW的心率計(jì)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1選題的背景、意義</b>

108、</p><p>　　人的每分鐘心跳次數(shù)是關(guān)系到人類健康和生命的最主參數(shù)。心率計(jì)可以獲取患者的心電信息，從而發(fā)現(xiàn)基中的異常情況，采取相應(yīng)的處理措施，是降低心臟病死亡率的有效手段之一。而心率計(jì)是常用的用于檢測(cè)心跳次數(shù)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的心率測(cè)量在病人監(jiān)視、臨床治療及體育競(jìng)賽等方面都有著廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　但隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)各種測(cè)量?jī)x器的要求也越來(lái)越高。

109、傳統(tǒng)的心電記錄方法主要靠心電圖機(jī)來(lái)完成，其信號(hào)采集、處理和顯示主要由硬件電路完成，電路生產(chǎn)技術(shù)要求較高，設(shè)備價(jià)格較貴，元件參數(shù)調(diào)試?yán)щy、可靠性差，且維護(hù)和更新不便。虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展為改造傳統(tǒng)的心電記錄設(shè)備提供了很好的技術(shù)支持，它利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件處理功能和豐富的硬件資源來(lái)組成插卡式虛擬儀器系統(tǒng)，利用豐富的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通常由硬件完成的功能。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試

110、任務(wù)的需要來(lái)定義和設(shè)計(jì)的測(cè)試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器功能。“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征。同其他技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢(shì)：1、性能高2、擴(kuò)展性強(qiáng)3、開(kāi)發(fā)時(shí)間少 4、無(wú)縫集成。[1]</p><p>　　LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國(guó)NI(National Instrume

111、nt Company)公司推出的一種基于G語(yǔ)言(Graphics Language)的高效的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。[2]</p><p>　　LabVIEW的高效原因之一就是編譯器。編譯器簡(jiǎn)化了諸如內(nèi)存分配和線程管理等任務(wù)。在過(guò)去十幾年來(lái)，編譯器變得更加聰明。利用LabVIEW 2010，編譯器數(shù)據(jù)流中間碼被進(jìn)一步優(yōu)化，LLVM，一種開(kāi)放源代碼的編譯器架

112、構(gòu)，被添加到軟件的編譯流以加速代碼執(zhí)行。NI進(jìn)行了一系列基準(zhǔn)測(cè)試，從真實(shí)客戶應(yīng)用到低級(jí)功能，新的編譯器在基準(zhǔn)測(cè)試中性能平均提高20%。[3]</p><p>　　NI LabVIEW作為完善的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，幫助數(shù)以千計(jì)的工程師和科學(xué)家有效開(kāi)展嵌入式應(yīng)用的設(shè)計(jì)、原型與部署。NI LabVIEW結(jié)合：數(shù)百類預(yù)先編寫(xiě)的庫(kù)、和現(xiàn)成硬件的緊密集成、各類編程方法(如：圖形化開(kāi)發(fā)、.m文件腳本，或連接現(xiàn)有C和HDL代碼)。[