基于LabVIEW的心电监护系统设计 精品

BI YE SHE JI（二零届）基于LabVIEW的心率计设计所在学院专业班级测控技术与仪器学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要当今社会，心脏病已经是严重危害人类健康的疾病之一。

虽然现在社会上测量心电信号的各种设备已经相当普及，但其中绝大多数还是依赖硬件来进行信号的采集与分析，不但成本较高，而且不利于仪器的升级与维护。

随着虚拟仪器技术的快速发展，以LabVIEW为核心的数据采集及分析技术为心电信号测量带来了新的机遇。

虚拟仪器技术以PC强大的软硬件资源为基础，配合相对简单的采集硬件来进行工作。

LabVIEW为其技术核心，数据的采集、实时处理、保存、显示均由LabVIEW加以控制。

虚拟仪器既可以实现真实仪器的相应功能，又具有成本低廉、升级容易、使用方便等优点。

本设计为“虚拟心率计”，仅对心电信号中的简单参数心率进行测试。

压电器件将心跳信号转化为微弱电信号，经放大、滤波后由DAQ卡采集进PC中，经过LabVIEW加以分析、计算，最终得到心率。

经实验证明，本设计使用简便灵活、人机界面友好，实现了所要求的心率计测功能。

关键词：虚拟仪器，LabVIEW，心率计，压电器件Design of a Virtual Cardiotachometer Based on LabVIEWAbstractIn today’s society, 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 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 electrocardiosignal measurement.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 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 such as low cost, easy to upgrade and easy to use.This design, a ‘Virtual Cardiotachometer’, only measure one of the simple electrocardiosignal, heart rate. Piezoelectric device transduces the heart 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 that this design is simple and flexible with friendly man-machine interface. The required function for heart rate detection is realized.Keywords: Virtual Instrument, LabVIEW, Cardiotachometer, Piezoelectric Device目录摘要.......................................................................................................................... I II Abstract........................................................................................................................ I V 1 绪论. (1)1.1课题的来源 (1)1.2课题的意义 (1)1.3虚拟心率计技术的国内外发展现状 (1)1.3.1 虚拟仪器的国内外研究现状 (1)1.3.2 LabVIEW的发展历程 (2)1.3.2 心率计的研究现状 (3)1.4课题研究的主要内容 (3)2硬件电路的方案设计 (5)2.1传感器的选择 (5)2.1.1 方案评价 (5)2.2放大电路的设计选择 (6)2.2.1 方案评价 (6)2.3滤波电路的设计选择 (7)2.3.1 方案评价 (7)2.4各部分电路参数的选定以及总体电路的确定 (8)2.4.1电路各部分参数的选定 (8)2.4.2总电路的确定以及其工作流程图 (9)2.5 用Multisim对设计电路的仿真以及实际电路搭建 (10)3 LabVIEW的软件编程设计 (12)3.1系统流程图 (12)3.2 前面板的设计 (12)3.3程序设计 (13)3.3.1数据采集模块 (13)3.3.2放大滤波模块 (14)3.3.3波峰数判定纪录模块 (15)3.3.4波形纪录模块 (16)3.3.5数据读取模块 (16)3.3.6计时模块的设计 (17)3.4总程序图的组合设计 (17)4软硬件的组合 (18)4.1数据采集系统NI ELVIS II+ (18)4.2 NI ELVIS II+与硬件采集电路的结合 (19)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)附录 (23)附录图1 Multisim中的仿真硬件电路 (23)附录图2 Multisim仿真结果 (24)附录图3 程序前面板图 (24)附录图4 总程序框图 (25)附录图5 放大滤波电路硬件实物图 (25)附录图6总体实物图 (26)1 绪论1.1课题的来源人的心率信息关系到一个人的健康状态，是人类生命特征的重要参数，在美国，每年因为心脏疾病而导致死亡的人数，比患其他疾病而死亡的人数要多。

课题一心电信号分析系统的设计一、本课题的目的本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。

通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：（1）了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。

（2）了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。

（3）进一步了解数字信号的分析方法；（4）通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。

（5）通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

二、课题任务利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。

对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。

根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。

（1）对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。

（2）对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。

（3）根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和带通滤波器。

（4）编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。

（5）对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。

三、主要设备和软件（1）PC机一台。

（2）LabVIEW软件一套，要求最低版本8.20。

四、设计内容、步骤和要求必做部分：1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号，并还原实际波形美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。

MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。

为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。

利用labVIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。

2.对原始心电信号做线性插值处理由于原始心电信号数据不是通过等间隔采样得到的，也就是说原始的心电数据并不是均匀的，而用Matlab 中提供的数字滤波器处理数据时，要求数据是等间隔的。

基于LabVIEW的心电监护系统设计摘要心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。

心电监护系统可以及时获取患者的心电信息，以便及时发现异常情况，采取相应的处理措施，是降低心脏病死亡率的有效手段之一。

美国国家仪器有限公司(National Instruments，简称NI)开发的虚拟仪器编程语言LabVIEW提供丰富的函数库，利用I/O接口设备完成信号的采集和测试，利用计算机强大的软件功能实现数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来模拟传统仪器的控制面板，从而利用计算机仪器系统技术来完成各种测试功能。

本文通过对国内外医疗系统发展的分析，针对现代医疗监护系统的要求，利用LabVIEW平台开发了基于虚拟仪器的心电监护系统。

首先，根据心电信号的特点，设计心电采集模块，包括心电前置放大器，右腿驱动电路，高通滤波器，低通滤波器，可变Q值50Hz双T陷波电路和增益可调电路。

其次，软件上采用LabVlEW强大的图形语言，设计了操作简单、界面优美的PC机测试系统，包括对采集上来的心电信号、脉搏信号的分析处理和显示存储，同时设置了自动报警系统，操作者可以实时监测被测者的心电情况，便于及时做出诊断，及早治疗。

关键词：虚拟仪器；心电信号；LabVlEW；实时监测ABSTRACTHeart disease is one of the major diseases which is a serious threat to human health and life. ECG monitoring system can access to the ECG information of patients tim- ely and then detect anomalies and take corresponding measures, which is an effective means of reducing mortality of heart disease.National Instruments Developed a Virtual Instrument language--LabVIEW：it has abundant functions．Using I/O instrument realize acquisition and testing of signals，using powerful software realize calculating and analyzing and disposing of data, using the displayer to simulate the tradition control panel．in order to realize all kinds of testing functions through computer．Based on the analysis of the foreign Telemedicine development，according to the recent Telemedicine requirements．design a system based on Virtual Instrument．Firstly, electro-cardio signal collective module，including ECG signal preamplifier, high-pass filter，low-pass filter,50 Hz double T trap filter with adjustable Q value，circuit with adjustable gain，has been designed according to the ECG feature．Second，using powerful graph language LabVIEW，designed an easy to operate and beautiful PC Test system，including the analysis ,disposal , display and store the ECG data and pulse data. meanwhile，by designing auto—alerting system，the operator Can measure the ECG quality of the patient real time，then Can give the diagnoses and treatment．keywords：Virtual Instrument ；ECG data ；LabVIEW ；real-time detection目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2生物医学信号简介 (2)1.2.1生物医学信号的特点 (2)1.2.2心电信号的产生机理及临床应用 (2)1.2.3心电信号的特点 (3)1.3虚拟仪器(VirtuaI Instrument) (4)1.3.1虚拟仪器应用于生物信号检测的意义 (4)1.3.2虚拟仪器概述 (5)1.3.3LabVIEW简介 (5)1.4本文主要研究内容 (6)第二章系统总体设计 (7)2.1系统设计原则 (7)2.2系统整体组成及工作原理 (7)2.3系统硬件组成 (8)2.3.1前置放大器的设计 (9)2.3.2LabVIEW数据采集卡的选择 (10)2.4系统软件组成 (11)2.4.1模块化结构设计 (11)2.4.2软件设计思想 (11)2.4.3系统的软件部分编写 (12)2.5技术指标 (13)第三章系统硬件设计 (14)3.1心电监控系统硬件的组成 (14)3.2心电信号调理 (15)3.3脉搏信号调理 (21)3.3.1传感器的选择 (21)3.3.2放大与滤波电路 (21)3.4Multisim仿真结果 (22)第四章系统软件设计 (25)4.1LabVIEW概述 (25)4.2系统的程序结构 (25)4.3各部分模块子程序设计原理 (27)4.3.1用户登录模块 (28)4.3.2 数据采集模块 (30)4.3.3数据处理模块 (32)4.3.4数据分析、报警模块 (35)4.3.5 数据显示、存储模块 (38)第五章结论 (41)参考文献 (42)致谢............................. 错误!未定义书签。

1 绪论由于计算机技术发展迅猛, 且具有众多厂商的软硬件支持, 使其在各领域的应用得到了长足的发展, 同时也促进了图形开发软件包和图形开发环境的迅速普及【2】。

虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与实验系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。

在虚拟仪器的图形软件开发平台研究方面, 最有代表性的是LabVIEW虚拟仪器软件开发平台【3】。

LabVIEW 是一种基于图形化语言的开发、调试、运行的集成化虚拟仪器开发平台。

它针对测试系统软件开发的需要将数据的采集、处理、存储、输出和远程传输等一些常用的功能模块化, 通过对程序模块的调用, 提高了模块的复用度和软件的开发效率【4】。

LabVIEW是一种面向对象的图形化编程语言开发环境，本文对其在医学心电信号采集与处理中的应用将做出具体介绍。

由于心电信号经DAQ数据采集卡采集后，在LabVIEW的前面板上只能显示出最原始，最简单的数据，尚不能直观的看出心电信号的心率大小等信息。

因此，本次设计的目的是开发一套基于LabVIEW的心电信号测试系统，要求在LabVIEW 的前面板上能直观的读取心率数据。

这种方法在国际上，并不是一个新的课题，前人已有过研究。

但是他们采用的计算方法都比较复杂。

所以，在延续已有的研究方案上，本人想设计出一套更为简单、便捷的测试系统。

实验方法均是在插入式信号采集卡DAQ的硬件支持下，利用LabVIEW编程软件，设计一套多通道心电信号采集测试系统。

使用模拟心电信号发生器，将心电信号进行调试和放大处理，然后输入DAQ数据采集卡进行采集，最终在电脑上通过LabVIEW编程软件的界面，显示出连续的，完整的心电信号。

通过对LabVIEW 的编程，使电脑能显示出心率大小，信号采集次数和信号采集频率的信息。

与已有的方案相比，本次设计的不同之处就在于如何对LabVIEW进行编程【5】。

本人的设计重点是信号的采集部分，对于种种设计中应注意的问题，和细节，将在本文中得以解释。

基于LabVIEW的心电信号检测处理系统设计
杨宏丽;张庆平
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2006(29)24
【摘要】介绍一种基于虚拟仪器LabVIEW的心电信号检测处理系统,阐明了虚拟仪器的基本概念及其在医学测量系统的应用,具体给出了心电信号放大、隔离电路的设计方案,借助数据采集DAQ 卡PCI6070E实现对心电信号进行采集,通过图形化语言的编程对采集的心电数据进行分析、存储、共享.该系统可实现心电生理信号实时采集显示、心电信号HRV分析等功能,构造一套比较实用的心电虚拟仪器,对虚拟仪器在医学生物信号处理和医疗仪器开发方面有一定的参考价值.
【总页数】2页(P115-116)
【作者】杨宏丽;张庆平
【作者单位】深圳职业技术学院,广东,深圳,518055;深圳职业技术学院,广东,深圳,518055
【正文语种】中文
【中图分类】TP274+.2
【相关文献】
1.基于LabVIEW的心电信号检测平台的设计 [J], 曼世超;卢会国;卢勇
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3.基于LabVIEW的心电信号检测与分析系统 [J], 杨宏丽;张庆平
4.基于LabVIEW的人体生理信号检测及处理系统设计 [J], 高泽利;周建莉;瞿新刚;文小玲
5.基于LabVIEW的心电信号检测平台的设计 [J], 曼世超;卢会国;卢勇;
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某某学校虚拟仪器原理与应用课程设计课程设计名称：基于labview的虚拟心电图仪专业班级：信息科学与工程学院电子信息工程一班学生姓名：xxx学号： 201xxx指导教师：xxx 课程设计时间：2014年12月19日一、引言：心电信号是人体生物电活动信息的表征，通过心电信号可以判断人体的健康状况。

心电研究一直是医学领域的一个重要课题，心电图是心血管等疾病临床检查诊断的重要方法。

传统的心电记录方法主要靠心电图机来完成，其信号采集、处理和显示主要由硬件电路完成，电路生产技术要求较高，设备价格较贵，且维护和更新不便。

虚拟仪器技术的发展为改造传统的心电记录设备提供了很好的技术支持，它利用计算机强大的软件处理功能和丰富的硬件资源来组成插卡式虚拟仪器系统，利用丰富的软件系统实现通常由硬件完成的功能。

此心电程序主要用于读取心电数据，对其进行滤波显示，并计算心电的R-R 间期，计算心率，心率不正常报警、保存数据。

二、前面板设计：前面板设计及各部件的功能分析：利用LabVIEW 设计的心电采集系统的前面板如图所示。

虚拟仪器的前面板是仪器与用户交互的可视化操作界面，可以实现心电信号的实时采集、R-R间期、心率计算与显示以及报警等各项功能。

前面板中设置了两个波形显示控件，左上面用来显示采集到的心电波形，左下面用来显示滤波后的波形，以利于医生观察、诊断所需的心电图。

绿灯的作用是当心率超过100/s时进行报警。

滤波显示中的红线是显示各波段波峰的值，以便判断各波形是否正常。

阶数和截止频率是用来调节滤波效果，以便达到最佳滤波程度。

如图2-1所示：图2-1心电图测试仪前面板三、程序框图设计：（1）框图程序整体如下所示：从左往右的实现功能为：读取心电数据、滤波显示、计算R-R间期和心率、心率不正常报警以及波形存储。

图3-10程序整体框图1）数据读取与保存部件从文件中读入数据，以数组形式输入程序，最后再保存为数据文件。

图3-11数据读取与保存部件2）滤波部件心电属于低频信号，采用低频滤波。

基于LabVIEW的心电信号采集与分析设计方案
生物医电信号，如心电信号、血压信号、脑电信号等等，都表征了一定的病理特征，以心电为例，通常以心电图来记录心脏产生的生物电流，临床医生可以利用心电图对患者的心脏状况进行评估，并做出进一步诊断。

而对于一些家用或者医用仪器厂商来说，则需要开发特定的信号处理算法并部署到嵌入式处理器上，完成医电特征的提取。

通常整套心电监测产品的研发过程，由心电数据采集、心电信号分析、人机显示、文件存储等几部分组成，通过NI 提供的图形化系统设计平台，可以覆盖数据采集、信号读取、心电分析以及报表生成等一系列产品开发的流程，完成整套系统的开发，提高开发效率。

而在整个开发过程中，信号分析部分往往是重点，也是各厂商的软件核心技术所在。

本文将重点就心电采集与分析展开讨论，介绍如何通过LabVIEW 高效实现心电信号的采集及分析算法开发。

图1 典型的单周期心电图波形
1 心电信号的数据采集
通常来说，ECG 信号是通过对若干电极（导联）感知生物电流，并通过数据采集设备将导联产生的模拟电信号转化为数字信号进行计算机分析。

导联产生的模拟信号往往较为微弱，幅值在mV 左右，需要通过动态信号采集设备进行采集，或者通过前置预放大之后采集。

无论是独立的ECG 导联或者集成医用式ECG 设备，都可以通过NI 设备进行数据采集。

通过30 多年的发展，美国国家仪器(NI)在测试测量领域奠定了领导地位，从便携式USB 设备到高精度PXIe 同步采样设备，可以实现从8 位到24 位的分辨率，以及48kHz 到2GHz 的采样率。

同时NI 设备将增益误差、偏移误差、。

・基础研究・基于LabVIEW的心电信号采集系统的设计于　杰,李川勇,贾林壮摘　要:目的　设计一套基于LabVIEW的心电信号采集系统。

方法　在插入式信号采集板DAQ的硬件支持下,利用LabVIEW编程软件,设计了一套双通道心电信号采集系统,本系统用传统的心电图机采集心电信号,经过调解后,输入计算机采集并显示,同时,为了能够对心电信号作进一步的研究,利用小波变换对心电信号进行了处理。

结果　成功采集到心电信号,并计算了心率的大小。

关键词:LabVIEW;心电信号;采集系统中图分类号:R540.41;TP311.52 文献标识码:A文章编号:1009-7090(2001)03-0131-0003The Design of ECG Aquiring System on LabVIEW Y U Jie,LI Chuan-y ong,J I A Ling-zhuang Department o f Bio2 physics,Nankai Univer sityAbstract:Objective　T o design the ECG acquiring system on LabVIEW.Methods　With a DAQ board,we design an ECG acquisi2tion system based on LabVIEW.The electrocardiographic signal is conditioned by a traditional ECG machine and acquired by a DAQboard on a com puter.A wavelet trans formation was used to process the acquired signal.R esults　The ECG signals were acquired success fully and the heartbeat rate was calculated.K ey w ords:LabVIEW;ECG;collecting system1　前言生物电是生命的特征,心电是生物电的一种。