摘 要： 運(yùn)用Visual Basic6.0開發(fā)了一套基于皮膚流電響應(yīng)信號(GSR)的波形顯示及分析系統(tǒng)。介紹了自行研制的皮膚流電響應(yīng)硬件監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的硬件組成,，利用VB中的MSComm控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與GSR監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的串行通信,，給出了詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)過程。
關(guān)鍵詞： VB,；串行通信,；皮膚流電響應(yīng)；MSComm
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。在這些信息中,，病人的各種生理診斷信息[1](ECG,，EEG，EMG,，ERG)以及皮膚流電響應(yīng)GSR(Galvanic Skin Response)都是很重要的部分,，如果能將每個(gè)病人的診斷信息都存儲下來，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,、共享,，將給醫(yī)療診斷帶來極大的方便。
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,，使兩者優(yōu)勢互補(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),。另外,，考慮目前使用專業(yè)組態(tài)軟件的成本仍然較高，且使用起來不夠靈活,，便利用VB下的MSComm通信控件實(shí)現(xiàn)GSR與PC之間的通信,，開發(fā)了基于VB的GSR實(shí)時(shí)信號監(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)的輸出信號經(jīng)過GSR信號適配電路轉(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)通過串口傳送給計(jì)算機(jī)PC。GSR信號適配電路如圖2所示,。
1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換
GSR信號要通過串口傳送,，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)換的開始和結(jié)束。P2.2通過一個(gè)三極管驅(qū)動一個(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,，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)境下開發(fā)PC機(jī)通信程序，利用VB 提供的MSComm串行通信控件來完成,，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)查詢方式：通過檢查CommEvent屬性的值來判斷事件和錯(cuò)誤。由于事件驅(qū)動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)動方式,。皮膚流電響應(yīng)(GSR)信號的接收程序如下,，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,，對開發(fā)類似的系統(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PC機(jī)上USB接口供電,，連接好后，通過運(yùn)行所編寫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信號波形圖,，圖5是VB串口顯示GSR波形圖的界面,，測試時(shí)間可以根據(jù)需要自行設(shè)定，圖中的測試時(shí)間為50 s,。圖5(a)中的波形表示的是測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信號曲線圖；圖5(b)中波形表示的是測試者逐漸深呼吸時(shí)顯示的GSR信號變化波形圖,。
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,，如果采用高速和高分辨率(10位、12位甚至更高)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,，可得到更加高速和高精度的結(jié)果,。
參考文獻(xiàn)
[1] EDMONDS W A， KENNEDY T D. A single-participants investigation of the effects of various biofeedback-assisted breathing patterns on heart rate variability： a practitioner′s approach. Biofeedback： Winter 2009,， 37(4)：141-146.
[2] CP2102 datasheet[S]. SILICON LABS.
[3] 胡輝,，葉鑫華.RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，微型機(jī)與應(yīng)用,，2009,，28(20)：9-12.