【導(dǎo)讀】作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人?，F(xiàn)本人同意將本作品收錄于“”北京石。論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。公開級(jí)學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。呼吸道是人體健康的門戶，受到病毒的侵害后會(huì)產(chǎn)生多種疾病。呼吸功能及狀況進(jìn)行檢測(cè)，就可發(fā)現(xiàn)并預(yù)防呼吸道、肺部以及心血管等部位的病變，及時(shí)了解病情和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)癥治療來保持人體的健康和平衡。面的研究一直是人們關(guān)注的重要課題之一。虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建呼吸信號(hào)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)過程及其理論依據(jù)。研究分析，并提出呼吸那信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案?；贚abVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)，機(jī)械工程測(cè)試原理與技術(shù)。行檢測(cè)已經(jīng)成為成熟的手段。系統(tǒng)軟件采用LabVIEW圖形編程。

　　

【正文】 壓中的干擾噪聲。 圖 38 電源轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 26 第四章 檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 前面板設(shè)計(jì) 呼吸壓力頻率監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)通過串口通信讀取下位機(jī)采集到的壓力或頻率數(shù)據(jù)，壓力采集或者頻率采集可以通過選擇按鈕進(jìn)行選擇切換。采集到的壓力或頻率數(shù)據(jù)會(huì)顯示在相對(duì)應(yīng)的儀表控件、文本框、波形圖中?？梢栽O(shè)置上限壓力和上限頻率，當(dāng)采集到的壓力數(shù)據(jù)或頻率數(shù)據(jù)超過設(shè)定值，軟件會(huì)進(jìn)行報(bào)警提醒。系統(tǒng)前面板和程序如圖 41 和 42 所示。 圖 41 系統(tǒng)前面板 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 27 圖 42 軟件程序框圖 串口通信 在 labview 程序中使用串口通信首先利用 VISA 打開函數(shù)打開在端口中選擇的端口號(hào)，如果端口打開成功，則錯(cuò)誤族不存在錯(cuò)誤，對(duì)串口進(jìn)行配置，如果端口打開不成功，則不對(duì)串口進(jìn)行配置。 串口配置利用 VISA Configure Serial Port 完成串口參數(shù)的配置 ，包括串口資源分配、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位、和流控等。在程序中對(duì)串口的配置是選用 COM2 口，波特率為 9600，校驗(yàn)位無，數(shù)據(jù)位 8 位，停止位 1 位。串口配置界面如圖 43 所示，程序框圖如圖 44 所示。 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 28 圖 43 串口配置界面 圖 44 串口配置程序 如果串口配置正確，就可以使用這個(gè)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。發(fā)送數(shù)據(jù)使用 VISA寫入函數(shù)，接收數(shù)據(jù)使用 VISA 讀取函數(shù)，在接收數(shù)據(jù)之前需要使用 VISA Bytes at Serial Port 查詢當(dāng)前串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果 VISA 讀取函數(shù)要讀取的字節(jié)數(shù)大于緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)， VISA 讀取函數(shù)操作將會(huì)一直等待，直到等呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 29 待超時(shí)或者傳沖去中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)達(dá)到要求的字節(jié)數(shù)。每次讀取完串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)后需要用 VI 設(shè)備清零函數(shù)把串口 緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)清除。在串口使用結(jié)束后使用 VISA 關(guān)閉函數(shù)關(guān)閉 VISA 資源。 在程序中，壓力頻率單選控件控制條件結(jié)構(gòu)輸出是字符串 “ 1” 或者字符串 “ 2” ，當(dāng)壓力頻率單選控件選擇是壓力時(shí)，該控件輸出為 1，條件結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的分支內(nèi)的程序執(zhí)行，輸出字符串 “ 1” ，該字符串利用 VISA 寫入函數(shù)發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接收到的字符串返回采集到的壓力數(shù)據(jù)。當(dāng)壓力頻率單選控件選擇是頻率時(shí)，該控件輸出為 2，條件結(jié)構(gòu)輸出字符串 “ 2” ，該字符串利用 VISA 寫入函數(shù)發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)接收到的字符串返回采集到的頻率數(shù)據(jù)。程序框圖如圖 45 所示。 圖 45 字符串發(fā)送程序 字符串發(fā)送成功后需要等待 100 毫秒時(shí)間以便下位機(jī)獲取并上傳數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)， VISA Bytes at Serial Port 查詢當(dāng)前串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)后賦值給VISA 讀取函數(shù)的字節(jié)總數(shù)輸入接口，當(dāng) VISA 讀取函數(shù)讀取滿字節(jié)總數(shù)輸入接口的字節(jié)數(shù)后就停止讀取，把讀取到的字符串輸出。字符串讀取程序 如圖 46 所示。 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 30 圖 46 字符串讀取程序 讀取完字符串后用 VISA 設(shè)備清零函數(shù)對(duì)設(shè)備的輸入和輸出緩沖區(qū)進(jìn)行清零，方便下次數(shù)據(jù)的寫入。當(dāng)串口通信結(jié)束后，需要用 VISA 關(guān)閉函數(shù)關(guān)閉 VISA 資源名稱指定的設(shè)備會(huì)話句柄或事件對(duì)象。 VISA 設(shè)備清零和關(guān)閉程序如圖 47 所示。 圖 47 VISA設(shè)備清零和關(guān)閉程序 數(shù)據(jù)處理 VISA 讀取函數(shù)輸出的字符串首先要進(jìn)行判斷是否是空字符串，如果是空字符串，則不做任何數(shù)據(jù)處理，直接進(jìn)行下一次串口通信，如果不是空字符串，則對(duì)字符串進(jìn)行拆分。利用搜索 /拆分函數(shù)，把偏移量設(shè)置為 1，即為把字符串的第一位拆分出來，在匹配之前的子字符串輸出接 口輸出，第一位之后的字符串在匹配 +剩余字符串輸出接口輸出。程序利用條件結(jié)構(gòu)對(duì)第一位字符串進(jìn)行判斷，如果該字符串為 “ 1” ，則認(rèn)為是壓力值，如果該字符串為 “ 2” ，則認(rèn)為是頻率值。把第一位之后的字符串用分?jǐn)?shù) /指數(shù)字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換成雙精度浮點(diǎn)數(shù)形式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序如圖 48 所示。 圖 48 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 31 數(shù)據(jù)顯示 通過在 while 循環(huán)中的移位寄存器把上一次循環(huán)執(zhí)行結(jié)果的輸出作為這一次循環(huán)的輸入，使用創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)加到上一次讀取輸出的數(shù)組中去。添加后的數(shù)組賦值給波形圖控件用于顯示讀取到的數(shù)據(jù)變化。波形圖顯示界面如圖49 所示。如果采集的是壓力數(shù)據(jù)，壓力數(shù)據(jù)會(huì)被添加到壓力數(shù)組中去，頻率數(shù)據(jù)不變，如果采集的是頻率數(shù)據(jù)，頻率數(shù)據(jù)會(huì)被添加到頻率數(shù)組中去，壓力數(shù)據(jù)不變。同時(shí)采集到的代表壓力或頻率的字符串會(huì)顯示在對(duì)應(yīng)的字符串顯示控件中，經(jīng)過字符串到數(shù)值轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)也會(huì)顯示在儀表控件中，方便實(shí)時(shí)查看壓力和頻率數(shù)據(jù) 。壓力和頻率實(shí)時(shí)顯示界面如圖 410 所示，波形和數(shù)據(jù)、字符串顯示程序如圖 411 所示。 圖 49 波形圖顯示界面 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 32 圖 410 壓力和頻率實(shí)時(shí)顯示界 面 圖 411 波形和數(shù)據(jù)、字符串顯示程序 上限報(bào)警 軟件能對(duì)采集到的壓力和頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果高于設(shè)定的壓力和頻率值時(shí)則會(huì)進(jìn)行報(bào)警，采集數(shù)據(jù)正常時(shí) LED 顯示綠色，采集數(shù)據(jù)超過上限后 LED 顯示紅色。頻率上限為 到 ，壓力范圍 到 。上限 報(bào)警顯示界面如圖 412 所示。在程序中，用大于比較函數(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果采集到的數(shù)據(jù)小于設(shè)定數(shù)據(jù)，大于比較函數(shù)輸出為假， LED 顯示綠色，如果采集到的數(shù)據(jù)大于設(shè)定數(shù)據(jù)，大于比較函數(shù)輸出為真， LED 顯示紅色，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。上限報(bào)警實(shí)現(xiàn)程序如圖 413 所示。（ 1cmH2O=） 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 33 圖 412 上限報(bào)警顯示界面 圖 413 上限報(bào)警程序 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 34 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 監(jiān)護(hù)儀和呼吸機(jī)是醫(yī)學(xué)臨床中必不可少的監(jiān)護(hù)和治療設(shè)備。呼吸信號(hào)參數(shù)的檢測(cè)、處理及顯示系統(tǒng)是高端監(jiān)護(hù)儀和呼吸機(jī)的重要組成部分。它不但是肺功能評(píng)價(jià)和手術(shù)病人麻醉過程中對(duì)呼吸功能評(píng) 價(jià)的重要方法，也是對(duì)呼吸機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)提供動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，這些在臨床上都具有重要的實(shí)際意義。 本課題通過對(duì)呼吸信號(hào)參數(shù)特點(diǎn)的分析，完成了 A/D 采樣、 I/0 接口、串口通訊等單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)模擬測(cè)量開關(guān)、呼吸信號(hào)正常與否的判定。 現(xiàn)將本論文的工作簡要介紹如下： 1．由于信號(hào)檢測(cè)部分是整個(gè)系統(tǒng)組成的重要環(huán)節(jié)，信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確度將影響整個(gè)系統(tǒng)的精度。所以，除單獨(dú)就信號(hào)采集做了簡單討論外，本文從系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)入手，從硬件方面提高了采樣信號(hào)的精度及可靠性；軟件部分則對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行信號(hào)正常與否的準(zhǔn)確判 定。本文對(duì)呼吸壓力檢測(cè)的方法做了詳細(xì)介紹，并對(duì)壓力傳感器進(jìn)行了硬件選型，這為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 2．在明確參數(shù)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理后，本文就呼吸壓力信號(hào)的測(cè)量，明確了系統(tǒng)應(yīng)具有的功能和達(dá)到的特性，并將系統(tǒng)分為硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)實(shí)兩部分。針對(duì)兩部分的設(shè)計(jì)需求做了詳細(xì)討論，并對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)按功能詳細(xì)的劃分了模塊，分析了各子模塊的工作原理，為以后實(shí)現(xiàn)做好了前期工作。 3．完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)、器件的選型和調(diào)試。在確定了單片機(jī)的型號(hào)后，就進(jìn)行了信號(hào)調(diào)理、放大處理，之后解決了通訊電路和串口等問題。 4．完成 了系統(tǒng)的軟件編寫和調(diào)試。從系統(tǒng)硬件擴(kuò)展出發(fā)，軟件部分的設(shè)計(jì)包括各接口的通信、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警部分以及完成了最終顯示數(shù)據(jù)波形、通訊命令和控制等上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。 展望 因?yàn)槌杀締栴}，本課題選用了經(jīng)濟(jì)型的單片機(jī)芯片，但呼吸機(jī)需要更高精度和更高端的功能，通過檢測(cè)病人的呼吸信號(hào)來全方位的監(jiān)控病人的生理狀況是否有問題。并且人機(jī)交互系統(tǒng)也有待加強(qiáng)，需要設(shè)計(jì)的功能更加豐富、優(yōu)質(zhì)、便捷。通過簡單而有效的數(shù)據(jù)顯示，讓我們能清楚的判斷病情。 呼吸信號(hào)檢測(cè)的研究 35 參考文獻(xiàn) [1] 張福學(xué)， 現(xiàn)代壓電學(xué) (下冊(cè) )[M].北京：科學(xué)出版社， 2020： 66. 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