摘 要： 運用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控件實現(xiàn)計算機與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)將計算機PC與GSR下位機結(jié)合起來,，使兩者優(yōu)勢互補,，且能夠充分利用個人計算機強大的人機接口功能、豐富的應(yīng)用軟件,、低廉的價格,，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通信控件實現(xiàn)GSR與PC之間的通信,，開發(fā)了基于VB的GSR實時信號監(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,、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(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,，單片機再將數(shù)據(jù)通過串口傳送給計算機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,，其讀模式時序圖如圖3,。TLC0820的CS、RD信號連接到單片機的輸出口P2.0,、P2.1,，D0~D7連接到單片機P0口。
1.2 單片機
在本設(shè)計中,，單片機采用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通過一個三極管驅(qū)動一個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機的串行口。
1.3 CP2102
下位機GSR與上位機PC進(jìn)行通信的接口是串口,，由于現(xiàn)在PC機上的串口不常用,，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機上虛擬出一個額外的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機通信程序
在VB6.0的環(huán)境下開發(fā)PC機通信程序,，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機可以利用串行口與其他設(shè)備實現(xiàn)輕松連接,，簡單高效地實現(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)點是程序響應(yīng)及時,，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)計監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過調(diào)試,，已成功應(yīng)用到項目中，運行穩(wěn)定,、可靠，滿足了設(shè)計需求和功能,，對開發(fā)類似的系統(tǒng)具有很好的參考價值,。
該系統(tǒng)不需要外圍供電，可以直接通過PC機上USB接口供電,，連接好后,，通過運行所編寫VB串口顯示波形程序就可以在計算機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,，測試時間可以根據(jù)需要自行設(shè)定,，圖中的測試時間為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驗室后(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)計與實現(xiàn)[J],，微型機與應(yīng)用，2009,，28(20)：9-12.