基于VB的GSR實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

隨著信息化的高速發(fā)展，各種巨型醫(yī)療設(shè)備也朝著小型化和嵌入式方向發(fā)展，醫(yī)療監(jiān)護(hù)信息的聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為趨勢(shì)。

　　本文自行研發(fā)的皮膚流電響應(yīng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是基于C8051單片機(jī)芯片研制的一套GSR監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。這種監(jiān)護(hù)系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)PC與GSR下位機(jī)結(jié)合起來(lái)，使兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，且能夠充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的人機(jī)接口功能、豐富的應(yīng)用軟件、低廉的價(jià)格，組成高性能的PC-GSR監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)。利用VB下的MSComm通信控件實(shí)現(xiàn)GSR與PC之間的通信，開(kāi)發(fā)了基于VB的GSR實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
 

　　1 硬件部分

　　系統(tǒng)的硬件部分包括GSR信號(hào)適配電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、串行輸出電平轉(zhuǎn)換等部分。其原理方框圖如圖1所示。PC-GSR監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)GSR信號(hào)適配電路轉(zhuǎn)換后，由A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機(jī)(C8051)控制下，以固定的速率進(jìn)行A/D采樣，結(jié)果送至單片機(jī)，單片機(jī)再將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送給計(jì)算機(jī)PC。GSR信號(hào)適配電路如圖2所示。

　　1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換

　　GSR信號(hào)要通過(guò)串口傳送，就必須先將GSR模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，設(shè)計(jì)中采用TI公司的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路TLC0820。使用讀模式，其讀模式時(shí)序圖如圖3。TLC0820的CS、RD信號(hào)連接到單片機(jī)的輸出口P2.0、P2.1，D0~D7連接到單片機(jī)P0口。

　　1.2 單片機(jī)

　　在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)采用C8051，其中P0口用于讀入數(shù)據(jù)，P2.0、P2.1用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換的開(kāi)始和結(jié)束。P2.2通過(guò)一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED，用于指示是否進(jìn)入連續(xù)采樣狀態(tài)，串行口用于數(shù)據(jù)的輸出，輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接到PC機(jī)的串行口。

　　1.3 CP2102

　　下位機(jī)GSR與上位機(jī)PC進(jìn)行通信的接口是串口，由于現(xiàn)在PC機(jī)上的串口不常用，所以使用CP2102芯片進(jìn)行USB-UART的轉(zhuǎn)換[2]，該芯片支持所有的握手、調(diào)制解調(diào)器接口信號(hào)，波特率能夠從300 b/s到1 Mb/s，最后在PC機(jī)上虛擬出一個(gè)額外的COM端口，這樣就可以把USB當(dāng)成串口來(lái)使用。其外接電路圖如圖4。

 2 PC機(jī)通信程序

　　在VB6.0的環(huán)境下開(kāi)發(fā)PC機(jī)通信程序，利用VB 提供的MSComm串行通信控件來(lái)完成，MSComm控件串口具有完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能[3]。通過(guò)該控件，PC機(jī)可以利用串行口與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)輕松連接，簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信。該控件的事件響應(yīng)有2種處理方式：(1)事件驅(qū)動(dòng)方式：由MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通信錯(cuò)誤及事件;(2)查詢(xún)方式：通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)判斷事件和錯(cuò)誤。由于事件驅(qū)動(dòng)是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法，且這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高，故筆者采用事件驅(qū)動(dòng)方式。皮膚流電響應(yīng)(GSR)信號(hào)的接收程序如下，程序界面如圖5所示。

　　本設(shè)計(jì)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)試，已成功應(yīng)用到項(xiàng)目中，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿足了設(shè)計(jì)需求和功能，對(duì)開(kāi)發(fā)類(lèi)似的系統(tǒng)具有很好的參考價(jià)值。

　　該系統(tǒng)不需要外圍供電，可以直接通過(guò)PC機(jī)上USB接口供電，連接好后，通過(guò)運(yùn)行所編寫(xiě)VB串口顯示波形程序就可以在計(jì)算機(jī)PC上顯示從手指間采集的GSR信號(hào)波形圖，圖5是VB串口顯示GSR波形圖的界面，測(cè)試時(shí)間可以根據(jù)需要自行設(shè)定，圖中的測(cè)試時(shí)間為50 s。圖5(a)中的波形表示的是測(cè)試者以正常步行從一樓爬到五樓實(shí)驗(yàn)室后(樓高10 m)，身體逐漸恢復(fù)平靜的GSR信號(hào)曲線圖;圖5(b)中波形表示的是測(cè)試者逐漸深呼吸時(shí)顯示的GSR信號(hào)變化波形圖。

　　從圖中也可以看出，波形顯示不是特別的平滑，存在許多毛刺，這取決于采樣速率和分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。