基于LabVIEW的人體生理參數采集系統設計

張凌飛　王圣禹　鄭黃敏　王雪梅

摘 要： 為了使人們能更加及時地了解自己的一些生理參數，設計了一種基于虛擬儀器的人體生理參數采集系統。在此簡單敘述了利用LabVIEW編寫系統軟件，由傳感器、調理電路和數據采集卡構成系統硬件，并將采集到體溫、脈搏波和心率顯示在PC機上的原理和方法。通過實踐，系統達到了較好的效果。

關鍵詞： 生理參數； 虛擬儀器； 心率； 脈搏波； 傳感器； 數據采集卡

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0088?02

0 引 言

隨著社會的進步，人們生活的節奏越來越快，壓力也越來越大，同時缺乏鍛煉，使得人們的身體狀況日益下降。據報道，我國大部分人都處于亞健康狀態，目前由于國內科技水平和成本的限制，人體生理參數采集設備發展較為緩慢，并且市場上的大多產品只能采集一種參數，不能很好地滿足人們的需求，而引進的設備價格又十分昂貴。因此開發出一款低成本、多參數、易于擴展的生理參數設備是迫切需要的。人體生理參數采集系統正是在這種背景和需求下而設計研制的。

1 系統硬件設計

系統主要由數據采集模塊，數據處理模塊構成，該系統的硬件結構如圖1所示。

1.1 數據采集模塊

數據采集模塊由傳感器、調理電路和數據采集卡3部分構成。

（1） 傳感器。傳感器主要目的是感知人體脈搏、體溫，并將其轉換成電信號。脈搏傳感器選用HK2000B，它是采用集成化工藝將力敏元件（PVDF壓電膜）、溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器內，使用十分方便，采集的信號準確度高。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它的阻值會隨著溫度的變化而改變，Pt100的阻值隨溫度的變化而變化的計算見式（1），式（2）。

式中：t為攝氏溫度；R0為零攝氏度時的電阻值；A，B，C為規定的系數。

（2） 調理電路。調理電路主要是對Pt100采集信號進行處理。Pt100接法一般有三線制和兩線制，其中三線制接法的優點是將Pt100的兩側相等的的導線長度分別加在兩側的橋臂上，使得導線電阻得以消除。在本系統中采用三線制接線法，并利用運算放大器對信號進行放大，實現對溫度信號的處理。

（3） 數據采集卡。數據采集作用是將傳感器采集到的數據輸送至計算機中。數據采集卡采用NI公司的USB?6009數據采集卡，該數據采集卡適用高速USB2.0借口，分辨率達12位，放大增益可用軟件進行設置，最大的放大增益為12倍。

1.2 數據處理模塊

數據處理模塊的硬件為帶有USB接口的計算機，并通過和系統軟件的配合，實現對人體參數的顯示和存儲。

2 系統軟件設計

系統的軟件部分是整個人體生理參數采集系統的核心，由NI公司推出的虛擬儀器軟件LabVIEW進行編寫。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，它提供了幾乎所有經典的信號處理函數和大量現在的高級信號分析函數，大大提高了程序的開發效率。整個軟件系統主要由數據顯示界面，數據存儲部分，數據回放部分和軟硬件交互的設備驅動等構成。

（1） 數據顯示界面。顯示界面主要是將人體參數以圖形和數字的方式顯示在電腦屏幕上，使人能更加直觀地觀測到各種參數。界面如圖2所示。圖中有2個脈搏波顯示，其中一個為原始信號；另一個為軟件濾波后的信號。心率利用軟件編程的方法從脈搏波中測算得出。

（2） 數據存儲部分。數據存儲部分是將人體生理參數、個人信息和測試的時間保存在一個文件里面，以便人們對長期采集的數據進行分析對比。程序如圖3所示。

（3） 數據回放部分。數據回放部分是將保存文件里面的數據再次顯示在計算機屏幕上。程序如圖4所示。

（4） 軟硬件交互的設備驅動。驅動程序在NI官方網站可以下載，主要用于對數據采集卡的配置和使用。

3 系統測試

經過對多人的測試，本系統得出的數據與專用的醫療設備得到的數據十分相近，心率和溫度的誤差都在±0.1%以內，脈搏波也與經典脈象儀得出的脈搏波相吻合。圖5是采集到的一名20歲男生和一名19歲女生的人體生理參數。由圖可以看出，采集到的脈搏波波形良好，雜波較少，心率和體溫以數字方式顯示，觀測十分直觀。

4 結 語

本系統以LabVIEW軟件編程為基礎，通過數據采集技術和傳感器技術完成本設計。

本系統完成了對人體溫度、脈搏波和心率的測量，經過實踐證明，該系統是完全可行的，且操作簡單，穩定性好，可擴展性強。由于時間關系，還有很多的功能是未進行開發的，比如心電信號的采集和分析，這也是以后努力的方向。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 劉篤仁，韓保君，劉靳.傳感器原理及應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[3] 蒲鳳萍，呂迪波.基于 LabVIEW 的多任務測控系統設計與實現[J].電子測試，2009（8）：35?38.

[4] 阮奇楨.我和LabVIEW——一個NI工程師的十年編程經驗[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[5] 陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[6] 阮俞穎，徐軍.基于射頻技術的人體生理數據采集系統設計與研究[J].現代電子技術，2008，31（2）：19?21.

摘 要： 為了使人們能更加及時地了解自己的一些生理參數，設計了一種基于虛擬儀器的人體生理參數采集系統。在此簡單敘述了利用LabVIEW編寫系統軟件，由傳感器、調理電路和數據采集卡構成系統硬件，并將采集到體溫、脈搏波和心率顯示在PC機上的原理和方法。通過實踐，系統達到了較好的效果。

關鍵詞： 生理參數； 虛擬儀器； 心率； 脈搏波； 傳感器； 數據采集卡

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0088?02

0 引 言

隨著社會的進步，人們生活的節奏越來越快，壓力也越來越大，同時缺乏鍛煉，使得人們的身體狀況日益下降。據報道，我國大部分人都處于亞健康狀態，目前由于國內科技水平和成本的限制，人體生理參數采集設備發展較為緩慢，并且市場上的大多產品只能采集一種參數，不能很好地滿足人們的需求，而引進的設備價格又十分昂貴。因此開發出一款低成本、多參數、易于擴展的生理參數設備是迫切需要的。人體生理參數采集系統正是在這種背景和需求下而設計研制的。

1 系統硬件設計

系統主要由數據采集模塊，數據處理模塊構成，該系統的硬件結構如圖1所示。

1.1 數據采集模塊

數據采集模塊由傳感器、調理電路和數據采集卡3部分構成。

（1） 傳感器。傳感器主要目的是感知人體脈搏、體溫，并將其轉換成電信號。脈搏傳感器選用HK2000B，它是采用集成化工藝將力敏元件（PVDF壓電膜）、溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器內，使用十分方便，采集的信號準確度高。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它的阻值會隨著溫度的變化而改變，Pt100的阻值隨溫度的變化而變化的計算見式（1），式（2）。

式中：t為攝氏溫度；R0為零攝氏度時的電阻值；A，B，C為規定的系數。

（2） 調理電路。調理電路主要是對Pt100采集信號進行處理。Pt100接法一般有三線制和兩線制，其中三線制接法的優點是將Pt100的兩側相等的的導線長度分別加在兩側的橋臂上，使得導線電阻得以消除。在本系統中采用三線制接線法，并利用運算放大器對信號進行放大，實現對溫度信號的處理。

（3） 數據采集卡。數據采集作用是將傳感器采集到的數據輸送至計算機中。數據采集卡采用NI公司的USB?6009數據采集卡，該數據采集卡適用高速USB2.0借口，分辨率達12位，放大增益可用軟件進行設置，最大的放大增益為12倍。

1.2 數據處理模塊

數據處理模塊的硬件為帶有USB接口的計算機，并通過和系統軟件的配合，實現對人體參數的顯示和存儲。

2 系統軟件設計

系統的軟件部分是整個人體生理參數采集系統的核心，由NI公司推出的虛擬儀器軟件LabVIEW進行編寫。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，它提供了幾乎所有經典的信號處理函數和大量現在的高級信號分析函數，大大提高了程序的開發效率。整個軟件系統主要由數據顯示界面，數據存儲部分，數據回放部分和軟硬件交互的設備驅動等構成。

（1） 數據顯示界面。顯示界面主要是將人體參數以圖形和數字的方式顯示在電腦屏幕上，使人能更加直觀地觀測到各種參數。界面如圖2所示。圖中有2個脈搏波顯示，其中一個為原始信號；另一個為軟件濾波后的信號。心率利用軟件編程的方法從脈搏波中測算得出。

（2） 數據存儲部分。數據存儲部分是將人體生理參數、個人信息和測試的時間保存在一個文件里面，以便人們對長期采集的數據進行分析對比。程序如圖3所示。

（3） 數據回放部分。數據回放部分是將保存文件里面的數據再次顯示在計算機屏幕上。程序如圖4所示。

（4） 軟硬件交互的設備驅動。驅動程序在NI官方網站可以下載，主要用于對數據采集卡的配置和使用。

3 系統測試

經過對多人的測試，本系統得出的數據與專用的醫療設備得到的數據十分相近，心率和溫度的誤差都在±0.1%以內，脈搏波也與經典脈象儀得出的脈搏波相吻合。圖5是采集到的一名20歲男生和一名19歲女生的人體生理參數。由圖可以看出，采集到的脈搏波波形良好，雜波較少，心率和體溫以數字方式顯示，觀測十分直觀。

4 結 語

本系統以LabVIEW軟件編程為基礎，通過數據采集技術和傳感器技術完成本設計。

本系統完成了對人體溫度、脈搏波和心率的測量，經過實踐證明，該系統是完全可行的，且操作簡單，穩定性好，可擴展性強。由于時間關系，還有很多的功能是未進行開發的，比如心電信號的采集和分析，這也是以后努力的方向。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 劉篤仁，韓保君，劉靳.傳感器原理及應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[3] 蒲鳳萍，呂迪波.基于 LabVIEW 的多任務測控系統設計與實現[J].電子測試，2009（8）：35?38.

[4] 阮奇楨.我和LabVIEW——一個NI工程師的十年編程經驗[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[5] 陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[6] 阮俞穎，徐軍.基于射頻技術的人體生理數據采集系統設計與研究[J].現代電子技術，2008，31（2）：19?21.

摘 要： 為了使人們能更加及時地了解自己的一些生理參數，設計了一種基于虛擬儀器的人體生理參數采集系統。在此簡單敘述了利用LabVIEW編寫系統軟件，由傳感器、調理電路和數據采集卡構成系統硬件，并將采集到體溫、脈搏波和心率顯示在PC機上的原理和方法。通過實踐，系統達到了較好的效果。

關鍵詞： 生理參數； 虛擬儀器； 心率； 脈搏波； 傳感器； 數據采集卡

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0088?02

0 引 言

隨著社會的進步，人們生活的節奏越來越快，壓力也越來越大，同時缺乏鍛煉，使得人們的身體狀況日益下降。據報道，我國大部分人都處于亞健康狀態，目前由于國內科技水平和成本的限制，人體生理參數采集設備發展較為緩慢，并且市場上的大多產品只能采集一種參數，不能很好地滿足人們的需求，而引進的設備價格又十分昂貴。因此開發出一款低成本、多參數、易于擴展的生理參數設備是迫切需要的。人體生理參數采集系統正是在這種背景和需求下而設計研制的。

1 系統硬件設計

系統主要由數據采集模塊，數據處理模塊構成，該系統的硬件結構如圖1所示。

1.1 數據采集模塊

數據采集模塊由傳感器、調理電路和數據采集卡3部分構成。

（1） 傳感器。傳感器主要目的是感知人體脈搏、體溫，并將其轉換成電信號。脈搏傳感器選用HK2000B，它是采用集成化工藝將力敏元件（PVDF壓電膜）、溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器內，使用十分方便，采集的信號準確度高。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100，它的阻值會隨著溫度的變化而改變，Pt100的阻值隨溫度的變化而變化的計算見式（1），式（2）。

式中：t為攝氏溫度；R0為零攝氏度時的電阻值；A，B，C為規定的系數。

（2） 調理電路。調理電路主要是對Pt100采集信號進行處理。Pt100接法一般有三線制和兩線制，其中三線制接法的優點是將Pt100的兩側相等的的導線長度分別加在兩側的橋臂上，使得導線電阻得以消除。在本系統中采用三線制接線法，并利用運算放大器對信號進行放大，實現對溫度信號的處理。

（3） 數據采集卡。數據采集作用是將傳感器采集到的數據輸送至計算機中。數據采集卡采用NI公司的USB?6009數據采集卡，該數據采集卡適用高速USB2.0借口，分辨率達12位，放大增益可用軟件進行設置，最大的放大增益為12倍。

1.2 數據處理模塊

數據處理模塊的硬件為帶有USB接口的計算機，并通過和系統軟件的配合，實現對人體參數的顯示和存儲。

2 系統軟件設計

系統的軟件部分是整個人體生理參數采集系統的核心，由NI公司推出的虛擬儀器軟件LabVIEW進行編寫。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，它提供了幾乎所有經典的信號處理函數和大量現在的高級信號分析函數，大大提高了程序的開發效率。整個軟件系統主要由數據顯示界面，數據存儲部分，數據回放部分和軟硬件交互的設備驅動等構成。

（1） 數據顯示界面。顯示界面主要是將人體參數以圖形和數字的方式顯示在電腦屏幕上，使人能更加直觀地觀測到各種參數。界面如圖2所示。圖中有2個脈搏波顯示，其中一個為原始信號；另一個為軟件濾波后的信號。心率利用軟件編程的方法從脈搏波中測算得出。

（2） 數據存儲部分。數據存儲部分是將人體生理參數、個人信息和測試的時間保存在一個文件里面，以便人們對長期采集的數據進行分析對比。程序如圖3所示。

（3） 數據回放部分。數據回放部分是將保存文件里面的數據再次顯示在計算機屏幕上。程序如圖4所示。

（4） 軟硬件交互的設備驅動。驅動程序在NI官方網站可以下載，主要用于對數據采集卡的配置和使用。

3 系統測試

經過對多人的測試，本系統得出的數據與專用的醫療設備得到的數據十分相近，心率和溫度的誤差都在±0.1%以內，脈搏波也與經典脈象儀得出的脈搏波相吻合。圖5是采集到的一名20歲男生和一名19歲女生的人體生理參數。由圖可以看出，采集到的脈搏波波形良好，雜波較少，心率和體溫以數字方式顯示，觀測十分直觀。

4 結 語

本系統以LabVIEW軟件編程為基礎，通過數據采集技術和傳感器技術完成本設計。

本系統完成了對人體溫度、脈搏波和心率的測量，經過實踐證明，該系統是完全可行的，且操作簡單，穩定性好，可擴展性強。由于時間關系，還有很多的功能是未進行開發的，比如心電信號的采集和分析，這也是以后努力的方向。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 劉篤仁，韓保君，劉靳.傳感器原理及應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[3] 蒲鳳萍，呂迪波.基于 LabVIEW 的多任務測控系統設計與實現[J].電子測試，2009（8）：35?38.

[4] 阮奇楨.我和LabVIEW——一個NI工程師的十年編程經驗[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[5] 陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[6] 阮俞穎，徐軍.基于射頻技術的人體生理數據采集系統設計與研究[J].現代電子技術，2008，31（2）：19?21.