便携式测试系统

便携式测试系统（精选12篇）

便携式测试系统 第1篇

松散物料导热系数的测定,目前的方案较多,笔者通过分析对比,得出以下特点:大多数测试装置体积较大,不适用于某些场合;温度测试和控制多半采用PLC加特殊模块的方式,花费昂贵且不利于集成和拓展功能;温度测点只有一个,不利于消除环境干扰的偶然误差[1～4]。

基于上述原因,我们设计了便携式测试系统,采用多分布传感器采集温度,利用单片机对数据进行处理,减小了体积,降低了成本,提高了精度。

1 系统结构及测试过程简介

本测试装置由:盛料桶、高精度稳压电源、加热棒、单片机系统、温度传感器和笔记本电脑组成,系统组成如图1所示,实物图如图2所示。

测试时,在盛料桶里放入松散物料(颗粒半径小于10mm),单片机系统先测定环境温度并传输到计算机,然后驱动高精度稳压器用加热棒对松散物料进行恒功率加热,加热过程中单片机系统实时读取三个传感器采集的温度信号,计算平均值并实时传输到计算机,计算机内使用Labview编程实现平行热线法算法将松散物料的导热系数计算并显示出来。

2 系统设计

2.1 盛料桶和加热棒

盛料桶用来盛放需要测定导热系数的松散物料,加热棒用来对物料进行恒功率加热,其三维图如图3所示。盛料桶由安徽理工大学实习机械厂加工。温度传感器测头到加热棒中心距离为15±1mm,符合GB10297-88规定。温度传感器型号为DS18b20,美国DALLAS公司生产,精度可达0.0625度,符合GB10297-88规定的温度误差0.1度的要求,本装置在桶内均匀布置三个测头,安放3只DS18b20温度传感器以减小测量误差提高精度。

2.2 单片机系统

单片机系统由AT89S52单片机、MAX232电平转换芯片、九针串口接头、上电复位电路、晶振电路、供电USB接口等组成、电路图如图4所示。单片机系统程序流程如图5所示。

2.3 计算机操作界面

计算机操作界面通过Labview编程实现[5],可设定采样间隔时间,显示实时温度、环境温度t0、测试温度t1、测试温度t2、温度曲线图以及计算导热系数。计算机操作界面如图6所示。

2.4 上位机Labview程序

上位机程序由串口通信程序和导热系数计算算法程序构成。串口通信程序如图7所示,该程序由串口设置模块、写串口模块、读串口模块、关闭串口模块、数据转换与标定模块组成,与单片机系统串口通信程序配合,形成一个串口通讯协议,实现了单片机系统和上位机间的实时数据交换。

上位机导热系数计算算法程序流程如图8所示,先测定环境温度,然后在60秒间隔内两次测试加热温度,再计算温差比值,查表计算指数积分,最后计算导热系数。

基于Labview软件实现了上述算法,其G语言程序如图9所示。

3 实验效果

使用淮南矿业集团孔李煤矿松散煤样进行测

试,实测热线温升数据如表1所示。

经计算其导热系数为0.14231,与文献[1]用交叉热线法的测试结果0.14319很相近,相对误差0.61%,测试结果比较满意。

4 结论

1)本测试装置使用平行热线法测松散物料导热系数,系统的关键参数符合国家标准,能有效地提高测量精度。

2)本装置为便携式,结构紧凑,操作方便。

3)温度采集为多分布数字温度传感器,能进一步减小测量误差,提高精度。

本测试装置结构紧凑、测试精度高、操作过程简单和使用范围广泛,可用于各种非金属固体松散物料导热系数的测定。

参考文献

[1]陈清华,张国枢,秦汝祥,等.热线法同时测松散煤体导热系数及热扩散率[J].中国矿业大学学报,2009,38(3):336-340.

[2]唐明云,张国枢,戴广龙,等.热线法测定松散煤体导热系数装置改进设计[J].煤矿安全,2008(7):55-57.

[3]李建伟,葛岭梅,徐精彩.松散煤体导热系数测定实验[J].辽宁工程技术大学学报,2004,23(1):4-8.

[4]SUN Ji-ping,SONG Shu.Recognition of Spontaneous Combustion in Coal Mines Based on Genetic Clustering[J].Journal of China University of Mining and Technology,2006,16(1):42-45.

便携式同步录音录像审讯系统简述 第2篇

便携式同步录音录像审讯系统是针对公安、检察院、、纪委、边防等执法部门移动办案而研发设计的视听证据采编管理系统，可根据需要随时随地对犯罪嫌疑人进行审讯。该系统采用先进的音视频编解码技术对审讯过程中的电子审讯笔录、音频、视频、电子线索等信息进行数字化编码处理，结合温湿度、时间等动态字幕叠加技术为审讯过程提供清晰流畅的全程视频画面；充分利用成熟的通信技术，通过司法专网可实现远程指挥，实时动态了解审讯过程中案情资料和审讯笔录信息，为各执法机关在审讯工作中提供透明、公正的电子证据资料，树立执法系统公平、正义的形象；提供了高效、便捷、公正、安全的数字记录方式，对审讯进行全程录音录像并实现蓝光光盘同步刻录，完整地记录审讯全程的音视频信息，并对这些资料长久保存。

北京中徽康泰科技有限公司

多合一便携式家庭娱乐系统 第3篇

轻巧典雅的外观

明基GP10机身采用钢琴烤漆亮面材质，搭配经典黑白色调对比，动感流线设计和精致做工，使其外观时尚简约大方，满足了商务人士审美需求。GP10的尺寸是时尚杂志的一半大小，厚度仅约6.1cm，重量约1.5kg，可轻松放入公文包随身携带。虽然，它不是极致小巧，但却在产品设计、易用性、商务功能以及多媒体能力等各方面，实现综合实力的平衡。

出色的性能表现

明基GP10采用高效节能的LED光源技术，亮度为500lm和灯泡正常模式使用寿命20,000小时，用户无需再担心环境与光源寿命问题，让你随时展现精心准备的工作简报。同时，明基GP10为突破空间大小限制，配备了短焦距镜头，在1米距离也可以投射出40英寸以上720p高清画面。

明基GP10操作界面和菜单设置直观，用户一目了然，并且它还提供自动梯形校正、底色色彩校正等智慧功能，为用户免除繁琐设置，提高办公效率。明基 GP10还提供丰富接口，包含USB、SD插槽、HDMI、VGA、复合音视频接口等。同时GP10支持多种视频格式，用户仅通过一根USB线连接电脑，便可传输音频和视频内容，也可在没有主机时直接插入U盘或SD卡进行投影。此外，GP10还装备无线投影技术，用户可将内容由电脑无线传输至投影机进行播放，免除多余线缆连接，在无线网络环境下自由移动，自由办公。

商住两用，全方位满足

作为一款移动影音新神器，明基GP10不但可满足商务移动办公需求，同时也是给全家带来无限欢乐的好帮手。它采用短焦技术，不论客厅、书房或卧室，甚至阁楼或车库，适用于各种大小的居室或空间，并且具有100% NTSC广色域表现，可呈现完美高清的细节与真实的色彩。明基 GP10内置2个3W立体声扬声器，支持身临其境的SRS音效输出，不论你是进行商务简报，还是个人影音娱乐，它都可以给你带来视听俱佳的表现。

更特别的是，明基还为GP10创新设计了即插即播的可拆卸DVD播放机基座，就算要播放传统的影碟，或给孩子播放多媒体教学光盘也能轻松实现，妈妈可以在家中随时随地管理孩子的教育内容和计划。并且它充分考虑儿童安全，若侦测到镜头前出现移动物体，GP10将自动关闭光源。这功能可充分保护孩子们的视力。

便携式测试系统 第4篇

关键词：数传电台测试,便携式系统,电池充电管理,串口通信

0 引言

数传电台(Radio Modem),又可称为“无线数传电台”、“无线数传模块”,是指借助DSP技术和软件无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台在无线通信系统中使用广泛,因此对其工作性能的测试十分重要,通常利用有线测试的方法获得电台的发射功率、灵敏度、二次和三次谐波功率等指标[1,2],从测试结果对其性能加以评价;然后会根据电台发射功率、接收灵敏度、收发天线的方向图、极化匹配因子、电磁波自由空间损耗等因素,估算出电台有效的通信距离[3,4],以此来评价电台在无线通信环境下的通信性能。

由于实际应用环境(如地形、建筑、遮挡物、供电不便等)复杂多变,仅根据理论计算评价电台的通信性能是不够且不具有说服力的,必须通过在现场选择合理的位置加以测试,从而确定电台实际可靠的通信距离。为了满足不同性能电台的测试要求,需设计能与多种电台相配合使用的便携式测试系统,以满足在各种复杂测试环境下的需要。

测试系统以大容量锂聚合物电池作为系统电源,在电源管理电路的控制下完成电池的充放电管理,并可为多种数传电台提供稳定可调的工作电压输出,系统具有剩余电量指示功能,并可及时对电池充电。系统上的主控芯片通过编程可为电台提供多种测试数据,具有标准的RS 232接口,可与多种电台进行数据通信以满足测试要求。

1 系统总体构成

便携式测试系统由锂聚合物电池、电源管理模块、开关、主控芯片、电台通信接口模块等部分组成。选用锂聚合物电池是因其具有能量高、小型化、安全性好等特点[5],其容量为10 000 m A·h,最大输出电流为2.1 A,可满足测试系统及较大功率电台的需要;电源管理模块完成锂电池充电、测试系统和电台供电等功能;系统通过主控芯片、开关、电台通信接口模块等部分完成对待测电台无线通信有效性和可靠性的测试,其组成框图如图1所示。

便携式测试系统与待测电台连接后,开启开关,系统运行并为电台提供适当的工作电压和电流,通过对系统上的主控芯片编程产生与待测电台相符合的测试数据,通过电台通信接口模块传给电台并由其发射出去,数据发送时会伴随指示灯的闪烁,发送完毕后系统电源自动关闭。

2 硬件设计

2.1电源管理模块设计

2.1.1锂聚合物电池充电管理电路设计

测试系统使用TI公司的BQ24702芯片对锂聚合物电池进行充电管理,该芯片是一款高集成度电池充电控制器,可通过动态功率管理功能最小化充电时间,具有0.4%的充电电压精度和4%的充电电流精度,适合对锂电池进行充电控制[6],其电路连接如图2所示。其中VREF引脚为芯片的5 V参考电压输出,通过上拉电阻将ENABLE引脚置为高电平使芯片保持在工作状态,通过电阻分压的方式控制SRSET和BATSET引脚电压,从而设置电池的充电电流和电压,该设计中将二者分别设为2.5 A和5 V。 R9为25 mΩ精密电阻,通过SRP和SRN引脚对其两端电压进行检测从而控制电池充电电流达到设定值,通过BATP引脚检测电池的充电电压,达到设定值后电池充电电压保持不变而充电电流逐渐减小,当其减小到芯片内部设定的电流门限后停止充电[7]。电池的剩余电量通过4个发光二极管进行显示。

2.1.2测试系统电源电路设计

测试系统使用锂聚合物电池提供的5 V电压作为系统输入电压,由于各种电台正常工作时的供电电压各不相同,应设计具备输出电压可调且范围较宽的调节电路,这里使用NS公司的LM2621芯片,该芯片的输入电压范围为1.2~14 V,输出电压范围为1.24~14 V,最大可输出1 A的负载电流[8],效率高达90%,充分满足本设计要求,其电路连接如图3所示。其中EN引脚为芯片的使能端,由测试系统上的单片机和系统开关共同控制;通过调节与芯片FB引脚相连的可调电阻,可对输出电压进行调节,这里选用阻值为50 kΩ的多圈精密电位器,调节电位器R20使管脚7的输出电压为6 V。为了满足测试系统上单片机和其他数字芯片的供电要求,选用NS公司的LM2937-3.3芯片,将LM2621芯片的输出电压作为其输入,从而获得稳定、低噪声的3.3 V电压输出。

2.2系统开关设计

为了在测试系统进行数据发送时通信指示并节省设计空间,使用带有发光二极管的非自锁开关作为系统开关,通过对其自带的LED进行控制实现发送数据时的闪烁效果,非自锁的方式允许测试系统在工作完毕后可自动关断电源。

测试系统的启动流程如下:系统电源芯片LM2621的使能端EN由两个光电耦合器的输出引脚共同控制,当开关按下后,一个光耦瞬间导通,LM2621因EN为高电平开始工作,系统上的单片机和数字芯片获得工作电压,单片机程序运行,通过其I/O口控制另一个光耦导通,EN因此继续保持高电平,当程序运行结束后关断该光耦从而关闭LM2621芯片,系统电源关闭。

2.3主控芯片选型及设计

由于测试系统主要完成对外围芯片的控制和测试数据的生成,对于计算要求并不复杂,因此对主控芯片的运算处理能力要求不高;同时,由于测试系统的电池容量为10 000 m A·h,而系统在工作时所需时间也较短,因此对主控芯片的功耗要求也不高,但在软件开发过程中要求开发难度低,以缩短研发周期,经对比选型,最终选用Silicon Laboratories公司的高性能微控制器C8051F310作为主控芯片。它具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核,是完整的混合信号片上系统So C芯片。其主要性能为:采用高速流水线结构(25 MIPS),70%的指令执行时间为1~2个时钟周期,具有16 KB可在系统编程FLASH和1 280 B SRAM,最多可达14个中断源等特点,以上性能完全满足本测试系统的设计需求。

2.4电台通信接口模块设计

为了给待测电台供电并与其进行数据传输,测试系统应具备电台通信接口。使用单片机的I/O口、光电耦合器和MOSFET组成电台供电的控制逻辑。通常各种电台都具有RS 232接口,测试系统上的单片机使用的是TTL电平,选用MAXIMUM公司生产的MAX3221芯片完成二者间的电平转换,其电路原理框图如图4所示。

3 软件设计

为了保证测试系统的可靠运行且可维护性强,采用模块化编程完成程序设计,根据待测电台数据的需求对系统单片机程序进行编写,以生成测试数据源。采用Keil公司的Keil μVision4作为编程环境开发,程序设计语言采用C语言为主,汇编语言为辅的设计方案,汇编语言仅完成MCU寄存器的初始化,其程序流程图如图5所示,其中测试数据格式由待测电台的要求来确定。

4 系统测试结果及分析

对待测电台使用有线测试的方法获得其发射功率和接收灵敏度,选择带宽与电台相匹配的天线,根据电磁波的自由空间损耗公式、收发天线的方向图及增益等参数估算出电台的理论有效通信距离。在现场测试中,根据场地的要求尽可能将测试系统和其接收系统拉开距离,当受场地限制时,可在待测电台射频输出端加一定量的衰减起到拉远距离的效果。在进行试验前,对便携式测试系统进行高低温试验和8 h不间断工作试验,以确定其正常工作的环境温度范围和可靠的工作时间。

现选用三种不同的数传电台作为待测电台,经有线测量得知,其发射功率分别为9 d Bm,15 d Bm,27 d Bm,接收灵敏度为-75 d Bm,-84 d Bm,-82 d Bm,工作频率为160 MHz,433 MHz,915 MHz,工作电压分别为6 V,9 V,12 V,选择中心频率与其相匹配,带宽为20 MHz,增益为0 d B的单极子全向天线作为发射和接收天线。使用直流12 V的电源适配器,对测试系统进行充电直至电量指示灯显示充电完成,调节3套测试系统的电台供电电压以满足要求。编写模拟测试数据,数据帧格式由测试系统标号、帧标号、模拟数据内容三部分组成[9,10],每秒发送1帧数据。

选择遮挡相对较少的岸边作为测试环境,将测试系统放置于船上,将其接收系统放置于岸边高台处,开启测试系统与接收系统且船驶离岸,用频谱分析仪实时监测对应频率的数据发送状态并记录接收系统的结果,记录船的经纬度以用于测量船岸距离。船的航速为8 kn,数据连续发送40 min,船岸间距约为10 km时结束测试,结果如表1所示。三套测试系统在外场环境下均完成了对相应电台的测试。通过计算可知三种电台的理论通信距离分别为2.5 km,6 km,8 km,而实测通信距离均比理论值要近,这与电台自身性能、收发天线的驻波比、馈线损耗、环境噪声、空气中固态和液态颗粒物引起的传输损耗等因素有关。由此可见,使用便携式测试系统在外场验证对评估电台在实际应用环境下的通信性能是非常必要的,为全面评估电台的有效通信距离提供了保证。

5 结语

便携式测试系统 第5篇

随着科技的不断发展，检察机关对于同步录音录像的录播需求也不断的提高。传统的同步录音录像产品在图像的清晰度方面已经无法跟上音、视频高清记录的需求。深圳顺泰伟成公司作为国内领先的司法审讯记录产品生产商，拥有多年的司法机关审讯全程同步录音录像产品研发经验，并将先进的高清编码存储与刻录技术引领至司法机关审讯记录领域，推出高清同步录音录像一体机，为司法机关建设高清数字化审讯系统推波助澜。

高清同步录音录像一体机是一款针对司法机建设高清数字化审讯系统需求而量身定制的专业产品。产品拥有先进高清视频编码与存储技术、高清多画面处理技术、高清双光盘实时刻录技术、超强的媒体资源管理平台于一体，为司法机关建设高清数字化审讯记录系统提供了全面解决方案。

2.1 多格式、多接口

同步录音录像一体机支持： 四路全高清SDI输入，全高清HDMI、YPbPr（分量视频）等众多接口。支持：1920*1080 24p/25p/30p，1080/50i/60i/,1280*720 50p/60p，720*576 50i/60i；VGA格式：1280*1024 1024*768等视频格式的输入，如此多样的接口可以日后升级时可以放心选购任何一款高清摄像机，而不必担心接口问题而无法使用。2.2 高清视频存储

* 高清视频编码：多路高清视频输入，单路高清视频编码；

* 高清影像处理：同步录音录像一体机从信号的采集、处理、编码和存储各个方面使用领先技术，高度还原审讯现场细节和色彩，avst.cn呈现多角度的高清视频效果，和高保真录音效果，为领导提供真实的现场记录，完美的再现审讯现场。同步录音录像一体机采用独有的全高清影像处理引擎，为影像质量、边缘、色彩等每一个部分进行加强和高度还原，达到了接近电影般的视觉效果。2.3 高清记录功能：

* 硬盘同步备份：同步录音录像一体机采用专用控制系统完成光盘和硬盘的同步存储，设备在实时刻录光盘的同时，在内部硬盘上也同步备份了审讯资料。

* 双蓝光Hash加密同步刻录: 支持蓝光光盘对音视频完整实时刻录，真正的实现连续12小时的全高清刻录画质，画面清晰逼人，同时也向前兼容DVD刻录

* 重点时间点：在审讯的过程中可为审讯重点添加时间点，时间点可在一次审讯记录过程中添加多个，在审讯资料回放时将自动显示所有时间点标记，用户可通过选择相应时间点自动跳转到该视频段进行播放。avst.cn * 片头字幕叠加：个性化片头叠加系统，可以在审讯准备过程中输入相关案件资料（讯问人员，犯罪嫌疑人，案情介绍等），相关输入资料会在光盘播放时同步显示，便于查询分析讯问过程和数据资料的存储。

* 温湿度同屏叠加：同步录音录像一体机不仅可以将日期时间叠加在视频录像的上面，还可以采用标准485通讯接口，配合设备选配件（温湿度感应器）可将审讯环境内的温度和湿度变化同步显示到讯问画面上，并刻录到DVD光盘中。为日后观看高清记录光盘提供现场环境资料。

* 时间统一：设备自带时间同步服务器。每次开机时会自动对优力屏与本机时间进行校准。从而使时间统一。

* WEB端实时控制：通过将审讯主机接入到局域网，在PC上可以通过直接输入设备的IP对审讯实时观看及控制、笔录，其中控制的效果跟直接在审讯主机上的效果一样这样大大的提升了办案效率

2.4 高清刻录功能 * 实时刻录：同步录音录像一体机独有的双光盘实时刻录功能，审讯结束后，高清的审讯资料光盘立刻弹出，同时支持光盘的无限复刻，审讯人员可立即完成审讯记录光盘资料的现场分发。

* 在线补刻录功能：实时刻录失败时放入新光盘在线补刻审讯资料，记录结束后保证完成的视频资料光盘即时出盘；

视频输入：系统支持1080P高清视频输入，高清视频效果佳；最高可支持4路全高清HD-SDI视频输入，4路画面叠加。高清录像合成画面分辨率1920*1080。采用多画面数字合成技术，保证审讯现场犯罪嫌疑人特写画面与审讯室全景关联场景的同步拍摄，以画中画的方式进行显示和固定，满足审讯场景画面固定锁链的对应关系。显示模式：

1、各通道单显；

2、画中画；

3、三画面模式；

4、四画面模式；可对每一路视频画面（包括合成画面）进行色度，亮度，对比度，锐度等进行调节，并可对任意画面大小、位置、及接入通道选择和调整。

光盘数据调用：对于资料调阅光盘，采用单视频文件多流存放技术。盘片支持： DVD光盘、蓝光光盘。通用环境调阅：对于资料调阅光盘，在其他计算机环境下，使用通用播放器即可对光盘内容进行回放。

音频显示：采用音频信息可视化同步叠加技术，审讯内容的声纹信息同步叠加在审讯场景的画面上,为后台管理人员随时掌握音频信息状态提供了可视化的技术保障，既做到了审讯内容的保密性，又防止由于音频采集设备故障而造成言辞证据丢失现象的发生。指挥对讲：支持网络远程指挥。任何授权用户都可以通过用户名密码进行远程登录IE访问设备，对审讯人员进行远程指挥。avst.cn

控制模式：主机面板按键控制、鼠标控制、网络远程控制； 音视频丢失报警：在系统出现音视频丢失时会发出报警信号。

数字混音技术：采用先进的数字审讯音频质量调整技术，多音频输入通道，保证了言辞证据的采集高清和数据安全。

时间同步功能：设备在开启时，先与时钟服务器同步，同步后再以设备自身时间与环境显示屏进行时间同步。若无法与时钟服务器同步则将设备自身时间与环境显示屏进行时间同步设置，在后台可以设备时间服务器的信息。

远程提审功能：支持主机间通过专网的实现远程提审需求。

哈希值校验功能：为保证光盘的唯一性，提供光盘数据的哈希值校验功能。数据拷贝：

（1）、插入USB移动硬盘，可将系统硬盘内录像文件拷贝指USB移动硬盘根目录；（2）、通过登录IE，提供网络批量下载方式下载所选择的录像文件；

（3）、若存在外接存储设备并保证其存储空间容量一定时（如接大容量移动硬盘），硬盘录像可设置存储位置为移动硬盘内，不在设备内本地硬盘做任何数据写入痕迹。

便携式测试系统 第6篇

一、系统设计的原理和模式

系统采用简单易用的Asp＋Access技术实现，学生通过B/S模式访问，运行平台为Window 98/2000/xp/2003及以上版本。为了解决运行Asp程序需要安装IIS（Window 98 为WPS）和建站点的繁琐工作，我们通过NETBOX软件（一个国产的免费软件）封装该系统程序，并最终发布成一个绿色软件（仅含一个文件的应用程序），从而方便随时随地移动该系统到任意一台电脑上。

二、系统的设计和实现

课堂自测系统以简单、实用为原则，主要功能包括管理员账号的管理、后台题库管理、前台学生答题和自动批改等。

1．Access数据库结构设置

本系统需要存储处理的数据量不大，可采用小巧实用的Access数据库。根据系统的主要功能，我们需要在Access数据库里建两个表，分别用于存放管理员的信息和题库信息。其中题库信息表结构如图1所示。

2．系统程序的实现

系统的后台管理涉及管理员信息的编辑操作（添加、删除、修改）、各类型题目（单选、多选、判断题）的录入和修改、每个题目各个选项信息的存储、每个题目正确答案的确定等。后台操作页面如图2所示。

系统的学生用户界面显示各题目及对应的选项信息，标志出题目是单项选择、多项选择或判断题，并分别显示单选框、多选框、判断框。学生完成题目提交后，系统在检查提交信息的有效性后，根据数据库预设的答案自动批改，并显示对错（学生答错的题目，系统同时显示正确选项）。学生自测页面如图3所示。

三、封装成绿色软件，实现系统的“便携式”

自此，系统已经完成程序部分。在装有Web服务器（支持Asp运行）的电脑上配置站点，已经能正常运行了。为了省去装Web服务器及建站点的繁琐工作，我们使用NETBOX软件（http://www.netbox.cn网站里可下载）对其进行封装发布。具体步骤如下。

1.下载并安装该软件。运行该软件的平台为Windows 98及以上版本。

2.在电脑任意位置新建一个文件夹，在文件夹里面新建一个子文件夹（用于放置系统程序源码，此处命名为wwwroot）和一个box格式的文件（安装NETBOX软件后自动生成）。在box格式的文件里输入以下代码（可参考NETBOX相对应的帮助文档）。

Dim httpd

Shell.Service.RunService "NBWeb", "NetBox Web Server", "NetBox Http Server Sample"

Sub OnServiceStart()

Set httpd = CreateObject("NetBox.HttpServer")

If httpd.Create("", 888) = 0 Then 程序运行的端口可以自由修改，如同http的80端口

Set host = httpd.AddHost("", "wwwroot")程序源码所放置的文件夹

host.EnableScript = true

host.AddDefault "default.htm"设置默认主页

host.AddDefault "index.asp"设置默认主页

host.AddDefault "index.htm"设置默认主页

httpd.Start

Set htWin= CreateObject("NetBox.Html Window")

htWin.Open "http://127.0.0.1:888/"双击生成的程序，即在本机电脑打开系统的网页

htWin.ShowDialog

else

Shell.Quit 0

end if

End Sub

3．启动NetBox Deployment Wizard，对程序进行封装，生成exe文件，如图4。

4.双击生成的exe文件，即运行系统程序。此时，学生只需要在IE浏览器的地址栏里输入运行该程序的电脑的IP地址加端口号即可访问。如http://192.168.4.1:888(其中192.168.4.1为运行该程序的电脑地址，注意必须要有http)。访问界面如上图4。

该系统的实现方法巧妙，技术较为简单，而且十分实用，对运行环境要求低，易于移植。該系统已在我校使用，运行良好、稳定，为教学提供了很好的服务，具有很好的使用价值和现实意义。

参考文献

便携式激光功率测量系统研究 第7篇

1.1 工作原理

CO2激光器发出的激光波长为10.6μm, 处红外区, 功率范围从瓦级到千瓦级。激光在本质上是一种受激的电磁辐射, 可根据电磁辐射与物体的各种相互作用, 转换成其它形式的能量 (如热能、电能、机械能和化学能) 测定。吸收体吸收激光能量后, 内能增加, 吸收体的温度上升, 通过温度传感器, 反映为传感器输出电流的变化, 经过后续转换便测得激光功率。系统工作原理如图1所示。

1.2 测量原理

能量与功率的关系为:

式中:E (t) ——激光能量, 单位:J;

P (t) ——激光功率, 单位:W;

热量以内能的形式存储, 内能的表征量为温度。如是, 热量与温度有如下关系:

Q为激光能量吸收体在热传递过程中吸收或释放的热量, T为温度, c、m分别为吸收体的比热容和质量。c、m均为常数, c·m的值用k来表示, 式 (2-5) 可简化为:

设激光能量吸收体对激光辐射能量的吸收率为η, 则:

由式 (1) 、 (3) 、 (4) 联合得到如下关系:

由式 (5) 可知, 针对上节所述测量装置, 激光功率与激光能量吸收体温度的一阶导数存在线性关系。

热量是一个累积的过程, 激光照射在吸收体上, 激光功率基本上是稳定的, 在整个测量过程中, 刚开始时吸收体本身的温度较低, 其温升较快, 随着吸收体温度的升高, 温升逐渐趋近饱和, 后期吸收体的温度上升变慢。这种变化过程反映在吸收体温度的一阶导数上, 通过的值定量地体现出来:刚开始较大, 后期变小。

我们根据吸收体的初始温度, 在数据处理上将初始温度T0进行加权运算, 结合的峰值, 便可得被测激光功率。

2 系统组成及激光探测传感器的设计

系统主要由激光探测传感器 (又称探头) 、处理电路、液晶显示屏组成。采用一体化的设计思路, 严格控制探头的尺寸及厚度, 在满足测量要求的条件下最终研制的激光探测传感器厚度在15mm左右, 可手持操作, 测量方便。

吸收体选用金属铝块, 其接收激光辐射的表面加工成V型槽并且经过发黑处理, 一方面提高铝块对激光能量的吸收率, 另一方面利于表面散热。传感器芯片半嵌入式安装在金属铝块的后表面开口槽中, 这样就进一步增强了传感器芯片对吸收体温度的捕捉。传感器芯片AD590的电流温度特性曲线如图2所示。

其输出电流I (μA) 与热力学温度T (K) 严格成正比。电流灵敏度的表达式为:

式中k、e分别为波尔兹曼常数和电子量, R是内部集成化电阻。将k/e=0.0862mV/K, R=538代入式 (1) 中得到

上式表明, 输出电流值 (μA) 就代表着被测温度的热力学温标。

3 硬件电路

3.1 硬件电路组成及工作原理

为保证测量的高响应速度和可靠性, 选用高速宽带运算放大器, 以保证其信号完整真实地输出。处理器选用F330单片机, 并且在数据处理上, 设计了微分电路, 以硬件的方式完成的运算, 提高系统响应速度, 如图3所示。

系统硬件电路组成原理如图4所示, 两路温度传感器采集, 一路采集吸收体的温度, 另一路采集环境温度。线性电流输出的AD590集成温度传感器, 在-55℃到155℃的全量程范围内保持线性输出, “具有测量误差小、动态电阻值高、响应速度快、微功耗、传输距离远、体积小等优点, 适合于远距离测温、控温, 不需要时行非线性校正”。传感器输出电流信号 (如图4中 (1) ) 经过转换电路转换成电压信号并放大, 然后对其滤波、微分取斜率, 最终将信号输入给单片机;采集环境温度的传感器 (如图4中 (2) ) 的输出电流信号经转换后直接输入单片机。

3.2 单片机及其外围电路

采用C8051F330单片机, 与80C51完全兼容, 片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件, “是完全集成的混合信号系统级芯片 (SoC) ”, “与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高”。内置FLASH程序存储器、内部RAM、看门狗定时器等, 扩展中断系统允许大量的模拟和数字外设中断微控制器, 片内有一个10位SAR ADC和一个16通道差分输入多路选择器, ADC转换速率可达200ksps。如图4所示传感器的输出信号经转换、信号调理后无需A/D转换直接输入给单片机。

显示部分采用LCD显示, 能耗低、散热少, 并且通过单片机设置省电模式, 在休眠状态时关闭LCD的背景灯, 更大程度上节省能耗。如图4所示, 经单片机运算后的两路传感器信号 (1) 和 (2) , 吸收体温度、瞬时功率和实际功率由 (1) 提供, 环境温度由 (2) 提供。

4 软件

程序流程如图5所示, 经初始化后, 通过中断控制, 设置在空闲状态时, LCD显示进入省电模式。在测量状态时, 单片机的A/D模块实行三路模拟信号循环采集 (环境温度、吸收体温度和经微分运算后的功率初值) , 然后进入数据处理程序, 在单片机内进行功率值加权等一系列运算, 最后, 环境温度、吸收体温度、瞬时功率、实际功率都在LCD上显示出来。主程序流程如图5所示。

5 测量实验

图6为在测量30W激光功率时的相关曲线。

为了验证功率测量系统的性能, 保证测量的准确性和可靠性, 我们在CO2激光器上进行了反复测量。测量了在不同功率激光器下检测装置的输出信号, 并对比了功率读数与激光器实际功率之间的误差。测量结果表明, 检测系统输出的电流信号经后续信号转换和相关运算后, 与激光器的输出功率有着良好的对应关系, 如表1所示。

由表1可知, 测量系统较为稳定, 探测传感器工作状况良好, 采样装置输出信号经电路调理和数据运算后, 测量功率与激光器的输出功率之间有着良好的对应关系。

6 结束语

本文对便携式激光功率直接测量系统进行了研究, 设计了基于AD590集成芯片的体吸收型激光功率探测传感器, 阐述了信号调理电路及其相应的软件程序, 详细叙述了各关键部分的设计原则和基本特性。

经实验验证, 所研制的激光功率计具有体积小、测量范围大、响应迅速、自动化程度高等优点, 可实现激光功率的精确测量。该大量程激光功率测量系统是对国内手持式中/大激光功率测量设备的有效补充。

摘要：应用激光热能转换效应, 设计了一种新型便携式激光功率测量系统。详述了其工作原理与结构组成, 开发了以AD590温度传感器作为芯片的信号转换电路, 并采用具有AD转换功能的单片机F330实现数据的处理、转换与显示等功能。实验结果表明:所研制的大量程激光功率计具有体积小、测量范围大、响应迅速、自动化程度高等优点, 可实现激光功率的精确测量。

关键词：激光功率,单片机,信号采集

参考文献

[1]杨照金, 王雷.激光功率和能量计量技术的现状与展望[J].应用光学, 2004 (3) .

[2]陈君, 张群莉, 姚建华, 等.金属材料的激光吸收率研究[J].应用光学, 2009 (5) .

便携式睡眠监测系统的研制 第8篇

人的生命有三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠质量对人的健康至关重要。睡眠障碍是指睡眠量的异常及睡眠质的异常或在睡眠时发生某些临床症状，如睡眠减少或睡眠过多、梦行症等。临床上最常见且最具危害性的睡眠障碍就是睡眠呼吸暂停低通气综合征。睡眠呼吸暂停低通气综合征目前的临床诊断仪器是多导睡眠图仪(Polysomnography, PSG)，其使用方法是首先记录整晚睡眠的多路生理信号，然后分析这些信号获得患者的整晚睡眠结构和睡眠呼吸事件，得到定量诊断指标，最后利用这些定量诊断指标判定睡眠呼吸暂停低通气综合征(Sleep Apnea Hypopnea Syndrome, SAHS)病情。在这个过程中，睡眠结构和睡眠呼吸事件的获得是诊断SAHS的关键。然而，PSG中睡眠结构和睡眠呼吸事件的检测较为繁琐，参数的记录需要给患者粘贴连接多达十几个电极。获得睡眠结构一般需要同时测量5路信号，即两路脑电、两路眼动电和一路颏肌电信号;检测睡眠呼吸事件则需要同时测量患者的口鼻气流、胸呼吸、腹呼吸和血氧等生理信号[1]。所以，PSG的主要缺点表现为：医护人员操作起来十分复杂;患者需要承受的检测费用昂贵;患者的生理、心理负荷较大等。诸多因素导致的后果是，当前中、重度阻塞性呼吸暂停综合征患者中有93%的男性和82%的女性得不到诊断[2]。为此，我们尽量减少所检测的信号，充分发掘有限信号中与睡眠相关的信息，研制便携式低负荷睡眠记录分析系统。

2 便携式睡眠呼吸记录分析系统的设计

腕式PSG所记录的信号有：血氧、脉搏波、脉率以及x、y、z等3个方向的手动信号。软件可进行自动睡眠分期、自动呼吸事件分析、心率变异性分析等。心率变异性分析包括时域分析、频域分析及非线性分析等。睡眠分期和睡眠呼吸事件可进行人工编辑和人工校正。系统可出具4种分析报告，分别为“睡眠监测总结报告”、“趋势图报告”、“血氧饱和度分布报告”和“心率变异性分析报告”，格式基本与目前PSG打印报告格式无异，医生可根据需要打印出所需要的分析总结报告。记录盒用2节7号电池供电，可记录12 h以上。

2.1 硬件原理

腕表系统把血氧饱和度、脉搏波、手动信号采集记录在存储卡中，记录完成后经USB接口将数据传入计算机进行数据分析，其原理图如图1所示。图2展示了腕表硬件外观。

2.2 理论支持

腕表睡眠监测系统减少硬件的复杂度，但增加了软件分析的复杂度，需要从有限信号中提取出睡眠呼吸事件信息，其分析框图如图3所示。

2.2.1 非脑电睡眠分期研究

2.2.1. 1 心率与睡眠分期的关系研究[3]

心率与睡眠分期的关系比较复杂，我们经过研究发现：心率变异性的各个频段均与睡眠分期有一定程度的相关性，然而不论正常人还是SAHS患者，超低频段的特征与睡眠分期的相关性最大。从心率趋势图报告中，可以明显看到的相关性可简单描述如下(如图4与图5所示)：

心率水平较高且由低上升到高相对较快时为醒;

心率水平较高且由低上升到高变化相对较慢时快速眼动期;

心率水平较低时为深睡期;

心率水平居中时一般为浅睡期。

2.2.1. 2 血氧与睡眠分期的关系研究

我们经过研究发现，重度SAHS患者快速眼动期发生呼吸事件可能性及严重程度均大于其他睡眠分期，因此血氧与睡眠分期的关系也就非常密切。图6给出重度SAHS患者睡眠分期与血氧的关系。

当血氧降至平均值以下较低时，睡眠基本处于快速眼动期;

当血氧恢复至正常水平且体位非侧卧位时，基本为醒;

其他时段为浅睡期。

2.2.1. 3 体动与睡眠分期的关系研究

体动与睡眠的关系也非常密切。由于“睡眠-清醒”周期和“休息-活动”周期有近乎一对一的相关性，且活动量变化和各睡眠分期中的肌肉张力变化也有相关，已有研究者由此发展出一些测量活动量的方法，以间接测量“睡眠-清醒”状态。其中，活动记录是较为广泛应用的技术之一，以加速度传感器感受动作变化，进而量化并存储该项资料，具有感受、量化处理、存储等3部分装置的活动记录器体积大小相当于一只男用手表，可以佩戴于手腕。活动记录器所记录存储的资料可达数周甚至数月。因此，比以脑电波测量为主的多导睡眠记录仪更适宜作长期监测“休息-活动”周期之用[4]。

体动幅度较大、持续时间较长、频度较高时，状态为醒;

对正常人而言，无体动信号时一般为快速眼动期或深睡期;

体动小、且持续时间较短、频度不高时，睡眠为浅睡。

2.2.2 非呼吸波检测呼吸事件研究

2.2.2. 1 心率与呼吸事件的关系研究

呼吸事件结束时心率会明显升高。我们通过对30例SAHS患者的分析发现，心率随呼吸事件的变化模式主要有5种类型[3]：

(1)在呼吸事件的持续期间，心率逐渐降低(图7所示)。

(2)在呼吸事件的持续期间，心率逐渐升高，有的升高幅度高达30次/min(图8所示)。

(3)在呼吸事件的持续期间，心率基本保持不变(图9所示)。

(4)在呼吸事件的持续期间，心率变化是前三种类型的某种组合(图10所示)。这种情况下，呼吸事件的类型一般为混合型。

(5)在呼吸事件的持续期间，心率变化呈现时而上升、时而下降、时而不变的特点(图11所示)。

其中，前4种变化类型比较常见，而第5种类型则较少见。

2.2.2. 2 血氧与呼吸事件的关系研究

呼吸事件会引起血氧下降。

2.2.2. 3 体动与呼吸事件的关系研究

呼吸事件结束时，一般会发生体动。

呼吸事件类型的判别：研究表明，阻塞型睡眠呼吸事件结束时呼吸用力比较明显，因而会伴有体动信号的产生，而中枢性呼吸事件结束时则没有呼吸用力产生，因此也就不伴有体动信号的产生。另外，呼吸事件发生时，窦性心律(RSA)的变化幅度也在一定程度上可以反映呼吸事件的类型，一般来说，中枢型呼吸事件发生期间RSA的幅度要明显小于阻塞型呼吸事件。

3 临床应用及结论

20例SAHS患者进行对照试验，同步记录PSG和腕表数据，分别进行睡眠分期和呼吸事件自动分析。进而利用人工对PSG分析结果进行校正。然后对每个患者的两种分析进行对比分析。参数计算方法和试验结果如下：

(1)睡眠检测：

醒睡符合率=醒睡判别符合页数/睡眠总页数×100%

基本睡眠结构符合率=[(醒符合页数+快速眼动期符合页数+非快速眼动期符合页数)/睡眠总页数]×100%

试验结果：

平均醒睡符合率=90.7%;

平均基本睡眠结构符合率=86.3%。

(2)呼吸事件检测：

敏感性=(腕表检对的事件数/PSG检出事件总数)×100%

假阳性=(腕表错检的事件数/腕表检出的事件总数)×100%

特异性=1-假阳性

符合率=[(敏感性+特异性)/2]×100%

试验结果：

平均敏感性=87%;

平均特异性=91%;

平均符合率=89%。

结果表明，腕式睡眠监测系统完全能够满足临床上对SAHS患者的监测要求。

4 讨论与展望

低负荷临床监测技术是目前监测技术发展的一个热点和趋势。如何在尽可能不影响诊断结果的情况下，发展低生理负荷检测技术是我们追求的目标。本研究中，我们以腕表为形式，融合了我们多年的一些研究成果，取得了较为理想的临床结果。

资料表明，目前我国约有3 000万～5 000万人患有不同程度的睡眠呼吸暂停低通气综合征，其中有大部分人因为没有得到及时诊断而丧失了最佳治疗时机，还有一部分人因为不堪忍受传统PSG监测所带来的严重干扰和负荷而不愿监测或监测失败。腕表式睡眠监测系统的问世，无疑将给医生和患者提供了一种全新的选择空间。

参考文献

[1]Rechtschaffen A, Kales A.A manual of standardized terminology, Techniques and scoring system for sleep stages of human[M].US:Public Health Service, 1968:1-36.

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[5]吴锋, 俞梦孙, 成奇明, 等.健康人和SAHS患者心动周期变化的特征研究[J].实用诊断与治疗杂志, 2004, 18 (6) :473-475.

[6]俞梦孙.关于我国医学信息技术的发展[J].中国生物医学工程学报, 2008, 27 (2) :161-163.

便携式多点温度同步采集系统设计 第9篇

目前在工业控制及野外勘测等领域经常需要同步测量不同地点的温度参数,并进行长时间记录,完成后将时间同步的温度数据载入计算机进行分析。但实现精度较高的时间同步一般采用有线同步技术,这样就非常不便于应用。因此设计一种便携式的、基于无线同步技术的多点温度同步采集与存储系统就显得尤为重要。本文给出了基于STM32F103VC微控制器和无线同步技术相结合的温度采集系统,能够根据事先设定好的模式对温度参数进行采集,并将同步时间及温度数据存入SD卡进行长期存储。系统采用电池供电,特别适合不便于取市电的应用场合。

1 硬件组成及原理

置于不同位置的温度采集系统硬件结构上完全相同,只是不同系统有唯一的ID号,ID号可人为设置。同步采集温度时有以下几种启动模式:温度低越限、温度高越限、温度变化率越限、定时采集。任一满足启动条件的系统都会发出无线指令,通知其它系统同步启动温度采集。系统由微控制器模块、电源模块、人机接口、无线通信模块、SD卡组成,总体结构如图1所示。下面就重要部分进行分别介绍。

1.1 微控制器模块

本系统的主控制器采用STM32F103VC处理器,与电源电路、时钟电路、存储器系统及复位电路共同组成微控制系统。复位电路选用了系统监视复位芯片IMP811S,可提供高效的电源监视功能,确保系统工作正常。

STM32F103VC采用ARM公司的高性能“Cortex-M3”内核,运行的频率高达72 MHz,指令速度达1.25 DMips/MHz。在此基础上还扩展了一系列完整的通用外围接口单元,能够提供高性价比的嵌入式解决方案。STM32F103VC系统外围接口单元主要包括支持60个中断源的中断控制器,2个DMA控制器,80个通用I/O口,1个SD卡接口,3个可编程波特率的UART,16路12位A/D转换器,SD卡接口,2个多主机I2C总线控制器,3个SPI接口等[1]。

1.2 无线通信接口

本设计各采集系统之间的无线同步采集采用单片射频收发芯片NRF24L01,该芯片是真正的GFSK单收发芯片,内置链路层,支持自动应答及自动重发功能,带有地址及CRC检验功能,数据传输率最高达2 Mbps,采用SPI接口进行数据传输,速率最高位8 Mbps[2]。基于NRF24L01芯片的无线通信接口电路见图2,该种方式下,若采用阻抗匹配的天线,无线传输距离可达150 m,完全满足常规采集需求。

图2中,NRF24L01的SPI总线直接与STM32F103VC的SPI0接口相连,TX/RX选择端CE和片选CSN与STM32F103VC的GPIO相连即可,中断口IRQ连接于STM32F103VC的外部中断0,以提供中断信号。

1.3 人机接口与信息存储

为了便于模式设置和参数显示,系统加入了矩阵键盘和LCD显示器。矩阵键盘直接与STM32F103VC的GPIO相连,采用扫描方式进行按键检测。显示器选用LM9033四级灰度LCD模块,该模块功耗极低,带有电源控制,特别适用于电池供电的系统。LM9033可采用并口或SPI接口方式,这里直接将其连接于STM32F103VC的SPI1接口。为了能够将时间信息及温度数据进行长时间存储,系统加入了SD卡存储装置。由于STM32F103VC芯片本身带有SD卡接口,因此只需将SD卡座与STM32F103VC的SD卡接口直接相连即可实现数据读写。

1.4 温度检测电路

温度检测采用热电阻传感器PT1000,信号调理电路如图3所示。图3中,PT1000与电阻R1、R2和Rt1组成电桥,调节电阻Rt1即可调零。由于信号较弱,所以后端采用A1和A2进行两级放大,放大器选用零漂移、轨对轨输出的集成运放LTC2051,该芯片内部集成两个独立运放,一片即可满足本系统需求,采用单电源供电。通过调节电阻Rt2即可实现量程的调节。因为温度变化比较缓慢,所以采用R9和C1组成一阶低通滤波电路,滤除由电源噪声等引起的干扰,以提高测量精度。运放的输出直接与STM32F103VC的内置A/D转换器相连。

2 系统软件设计

在温度同步采集系统中,STM32F103VC完成无线通信、温度检测、参数输入与显示、SD卡读写等功能。整个系统软件部分包括主程序、人机接口程序、无线通信程序、SD卡读写程序、文件系统程序、温度计算程序、实时时间读取、自诊断等功能模块。由于软件较复杂,所以实际编程中嵌入了μC/OS-Ⅱ实时操作系统。

2.1 μC/OS-Ⅱ实时操作系统

μC/OS-Ⅱ实时操作系统是真正源码公开的,采用占先式的实时内核,支持多达56个用户任务,稳定性和可靠性高,而且移植方便,占用内存小。μC/OS-Ⅱ实时操作系统中各任务要分配不同的优先级,优先级用数字表示,数字越小其优先级越高。针对本系统中各任务的重要性,为各任务分配了表1所示的优先级。

2.2 无线通信程序

无线通信程序主要完成基于NRF24L01的数据发送和接收,要严格遵守其发送及接收时序。由于温度采集时每个系统都可能成为发出同步启动信号的主机,因此采集前NRF24L01都配置为接受模式。若某个系统检测到已满足启动条件,则自动配置为发送模式,将同步启动信号发送给其它系统,于是同步采集开始。将NRF24L01配置为增强型ShockBurst模式并启动自动应答,这样可以在接收方接收到信号后自动产生应答以确认通信的正确性,发送方未收到应答则会自动重发,无需增加控制器的工作量。

2.3 SD卡读写程序

本系统SD卡采用了FatFS文件系统以方便将SD卡内的数据通过读卡器导入到上位计算机。FatFS是一种通用的文件系统模块,在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。FatFS文件系统使用非常方便,因为FatFS模块完全与磁盘I/O层分开,因此只需要改写对应的函数来实现底层物理磁盘的读写与获取当前时间即可[3]。本设计中应用到这几个函数:disk_initialize用来初始化磁盘驱动器,这里初始化SD卡;disk_read用来读SD卡扇区;disk_write用来写SD卡扇区;disk_ioctl用来控制与设备相关的特性;get_fattime用来获取当前时间,为文件加盖时间戳。时间的获取采用读STM32内部RTC的方式实现,为此,要在RTC的备用电池引脚接3V的纽扣电池,以实现掉电后的时间维持。

3 实验参数

实验表明,NRF24L01芯片在2 Mbit/s的传输速率下,若SPI总线速率控制为4 Mbit/s,则主机发送从机地址与一个字节数据需要90 μs左右的时间延迟,因此无线同步采集的时间误差可控制在90 μs。若主机发送完同步信号后延迟90 μs再启动采样,则同步采集的时间误差可控制在10 μs内,可满足绝大部分同步采集的需要。经测试,只加板载天线时无线传输距离在空旷地可达50 m,若使用专用天线,则无线传输距离可达150 m,适用于多种测量领域。

4 结束语

本文所设计的温度同步采集系统具有成本低、精度高及可靠性高、通信距离远、存储容量大等优点,调节电位器即可实现温度量程的调节,既适用常温范围测量,又适用于工业温度范围测量。同步采集后的数据很容易在计算机中进行分析、处理及打印等。将温度调理电路做少量修改即可实现对压力、湿度等其它物理量的同步采集,因此应用领域广泛。

摘要：以嵌入式ARM处理器STM32F103VC为核心,结合无线通信和温度检测技术,设计了一套多点温度同步采集系统。系统可根据设定的采集模式对多点温度进行同步采集,并将时间信息及温度数据存入SD卡,用户可将SD卡内数据本机回放,也可读入上位机进行分析、存储等。系统功耗极低,采用电池供电,采集过程无需人工干预,也可适用于野外温度数据的采集与存储。给出了硬件组成与软件编制方法。实验表明,系统温度检测精确,同步精度高,稍作修改即可实现对其它信号的同步采集。

关键词：ARM,STM32F103VC,同步采集,SD卡,FATFS

参考文献

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[2]李辉,宋诗,周建江.基于ARM和nRF24L01的无线数据传输系统[J].国外电子元器件,2008(12):44-46.

[3]洪岳炜,王百鸣,谢超英.一种易于移植和使用的文件系统FatFs Module[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(5):29-31.

便携式低功耗心电监测系统设计 第10篇

本文通过对人体心电信号的各项主要特征和实际检测需求, 设计开发了一套便携式低功耗心电监测系统。该系统通过嵌入内衣穿戴的心电采集模块, 采集人体心电信号, 并通过无线蓝牙数据网络将信号发送至i PAD终端, 进行数据的处理、显示, 从而达到人体心电远程、实时监测的目的。

1 系统方案

1.1 总系统设计

便携式低功耗心电监测系统中, 系统的功耗越低, 稳定性越高, 对穿戴了产品病人监测效果越好。因此本产品着力考虑功耗低、稳定性、集成性高的芯片。图1为该系统的结构框图。系统硬件部分主要由ADS1293前端采集模块采集人体微弱的心率信号, 并通过适当的放大、滤波来提取有用的心电信号。无线发送模块, 采用TI公司带有专利8051核的CC2541进行心电信号数据的传输。电源模块, 利用TPS61220进行升压。i PAD终端对无线发送模块发送过来的心电信号接收, 并利用滤波和心率算法对心电信号进行处理, 最终将信号显示在屏幕上。

1.2 硬件设计

1.2.1 心电信号采集模块

E C G信号是一种低频率的微弱双极性信号, 信号频率主要分布在0.05Hz~150Hz, 幅度为10µV~4m V, 其典型为1m V, 此外ECG信号中往往还混有其他的生物电信号, 加上体外的50Hz工频干扰, 仪器内部噪声和仪器周围电场、磁场、电磁场干扰等。上述因素使得心电噪声比较强, 为采集和测量带来了一定的困难。

本设计以TI公司推出ADS1293为核心进行开发。ADS1293是TI公司推出, 一款用于生物电势测量的集成式三通道模拟前端, 具有功耗低、噪声小特点, 适用于心电监测。

ADS1293从IN1~IN6共有6个输入引脚, 全部输入引脚都包含一个EMI来滤除射频噪声。该模块采用5导联连接方式。RA、LA、LL分别连接IN1、IN2、IN3引脚, 利用共模探测器取得RA、LA、LL的平均电压作为右脚驱动放大器的输入, 右脚驱动放大器的输出端返回到RL端, 一起从IN4引脚输出。WCT的输出连接到IN6引脚, 与连接到IN5引脚的V1胸电极一起作为C H 3通道的差分信号的输入。

通过仪用放大器对输入的差分信号进行放大, 将输出信号送到∑△调制器把差分模拟电压信号转换为数字信号输入到低通数字滤波器中, 即可得到编码后的数字信号输出。信号的输出采用SPI通信协议, 将编码后的数字信号输出到下一模块。

1.2.2 无线发送模块

将心电信号采集模块采集到的信号, 通过该模块发送到终端设备上。该模块以TI公司的CC2541为核心。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8KB RAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使能耗降低。

CC2541内嵌8051核, 将心电发送模块经编码后的数字信号以SPI协议接收, 进行处理, 再通过RF发送出去。

1.2.3 电源模块

电源供电模块给心电信号采集模块和无线发送模块供电。该模块采用TI公司TPS61220进行设计。TPS61220是一款具有5.5m A的静态电流低输入电压、0.7V升压转换器。TPS61220采用6引脚SC-70封装, 可在低负载条件下保持极高的效率。可进一步延长本系统基于低功耗的微处理器的设计方案的电池使用寿命。在5V输出电压时, 输出电流高达50m A, 并使系统的锂离子电池放电电压低于2.5V。

1.3 软件设计

1.3.1 软件总设计

软件部分主要分为四大模块, 即通信、滤波、心率计算、绘图。软件流程图如图3所示。打开i PAD的APP, 程序开始运行。各种变量以及用到的堆栈初始化, 然后在屏幕上通过计算所要画心电坐标比例尺, 绘出所要画心电坐标轴以及轴上刻度, 按照蓝牙发送端通信协议接收心电信号, 未接收到信号, 则继续等待;接收到信号后, 将接收到的信号通过FIR算法滤波, 将心电信号绘制在心电坐标上;用心率算法计算出心率值, 显示在屏幕上。

1.3.2 核心算法

核心算法主要分两大部分, 即滤波算法与心率算法。

虽然ADS1293对采样后的数据尽管噪声得到了一定的抑制, 但仍有50Hz的干扰, 在心电测量时必然还有其他信号的干扰, 所以软件滤波是必然需要的。在本设计中, 仅对心电数据进行低通滤波处理, 采用窗函数法设计FIR低通滤波器, 将30Hz以上的信号滤除, 保留有效的心电频率数据。

由阻带最小衰减和过渡带宽性能指标, 选取汉宁窗, 采样点数N为31。在图表中可以看出, 该滤波器对低频信号给予了适当的放大, 高频尤其是50Hz工频有很好的抑制作用。而真正的数据衰减是在30Hz~38Hz之间开始。

软件中对心率进行计算主要是基于对QRS波中R波的识别来进行的, 认为R波的出现与心率是同步的。R点的识别在这里简单地采用阈值法。在阈值判别之前首先要进行高通滤波, 将低频的干扰去除, 与低通滤波器类似, 采用长度为31的FIR窗函数滤波。在心率计算时, 设一标志位beat和两个计数位counter、pulseperiod。Counter和pulseperiod在ADC采到一个点时就加1。这样在每识别一个R点, 将计数位counter清零, 当counter计数到90时, beat位加1, 当beat等于3时, 开始计算心率。

注: (1) 是输出心电信号, (2) 是程序进行阈值判断的数据, (3) 是程序阈值判断的阈值

2 IPAD终端显示

i PA D显示屏采用R e t i n a显示技术, 可以把更多的像素点压缩到一块屏幕上, 从而达到更高的分辨率并提高屏幕显示的细腻程度。该屏的分辨率在正常观看距离下, 足以使人的肉眼无法分辨其中单独像素, 故也被称为视网膜显示屏。采用该屏显示, 可将人心率信号很多细微的差别更清晰地显示出来, 方便专业的人士进行分析。如图12所示。

3 结语

本系统将传统的心电采集、处理、传输和显示以内衣穿戴的方式集成在一起, 克服了传统系统体积大、功耗大、使用不便的缺点, 对病患进行长期实时的监控, 并在终端进行显示, 可在危急状况发生之前来挽救生命。

摘要：心电图是检测心脏健康与否的重要指标之一, 常规心电图机较难在心脏疾病早期发现异常, 因而需要通过长期的心电监测来保证心脏健康。但是, 容易受到电池容量、电子器件体积等瓶颈限制, 低功耗、便携式心电图仪是长期心电监测的技术关键。本文使用低功耗器件ADS1293配合CC2541, 实现了便携式低功耗心电监测系统设计。

关键词：穿戴医疗,低功耗,心电监测,蓝牙

参考文献

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[4]李洪旺, 彭虎.远程心电监护系统的设计和实现[J].生物医学工程研究, 2009, 28 (2) :128-131

便携式测试系统 第11篇

【关键词】便携式传动；综合创新实验；机械设计

一、引言

机械设计实验向综合性、设计性实验发展是从事机械设计教育人士关注的大事。通过设计性、综合创新型实验的开设及教学，对于提高教学效果、学生的实践能力及创新设计能力。本文主要介绍在CQBX-B机械传动性能实验系统上设计、开发机械传动性能综合实验的过程。通过拼装各种组合传动方案，可对比分析不同方案的传动特点，本实验箱是培养学生创新能力的理想平台；本实验箱为便携式，可电动、也可手动，可配置在开放实验室，提高学生动手能力和学习兴趣。

二、CQBX-B机械传动性能实验系统

1.实验系统的组成及结构

机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的实验台面板的主要部件：带轮；链轮；齿轮；轴；联轴器等。

2.实验项目和测试装置的设计

实验系统提供了必要的传动部件，用于设计各个不同的实验项目，通过选用不同的被测试件，可以设计两个实验项目，如表1。通过对某种机械传动方案性能的测试，来分析机械传动性能特点。

3.实验项目拼装方案：利用本实验箱配备的零部件可组装数多种机械传动方案

主要有：

①单级传动：V带传动、链传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、槽轮机构等。

②变速器：CQJPZ-A拼接的变速器设计。

③两级及两级以上组合传动：可在上述单级传动及变速器中任选两种或两种以上，用联轴器或离合器联接组合传动。

三、实验步骤的设计

1.实验类型与实验内容的设计

实验A 设计：实验系统提供了各种典型的机械传动装置，如V型带传动、滚子链传动、齿轮减速器等，在设计时通过选用1-2 种进行传动性能的测试实验。

实验B 设计：利用系统提供的典型传动装置进行组合并测试比较其传动性能。组合方案如表2所示。

2.系统布置、安装及试运行

在设计布置、安装测试传动装置时，在该便携式系统中可以保证同轴线的高度要求，主要利用底板厚度来决定，厚度均匀即可；实验操作前，为了保证传动装置的测量精度，必须要完成系统中各个部件的调零工作。

3.测试阶段（以带传动为例说明）

传动带装在电机输入部分或者减速器输出部分都可以，带传动是依靠带与带轮接触表面产生的摩擦力来传递运动和动力的。由于工作时带两边的拉力不相等（F1>F2），这样就使得带在沿带轮接触弧上各个位置所产生的弹性变形也各不相同，从而使带（弹性元件）在运转过程中相对于带轮表面必然产生一定的微量滑动。其滑动量的大小通常用滑动率ε%来表示。

随着发电机负载的改变，T1、T2和n1、n2值也将随之改变。这样，可以获得几个工况下的e和h值，由此可以给出这组带传动的滑动率曲线和效率曲线。改变带的预紧力F0，又可以得到在不同预紧拉力下的一组测试数据。显然，实验条件相同且预紧力F0一定时，滑动率的大小取决于负载的大小，F1与F2之间的差值越大，则产生弹性滑动的范围也随之过大。当带在整个接触弧上都产生滑动时，就会沿带轮表面出现打滑现象，这时，带传动已不能正常工作。显然，打滑现象是应该避免的。

4.分析阶段

①拼装各种类型组合的机械传动，观察各种单级、两级及两级以上传动，分析其传动原理及特点；

③对实验结果进行分析；对于实验A，重点分析机械传动装置中单级传动的平稳性和传递动力的效率。对于实验B，重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。

四、结束语

在CQBX-B 机械传动性能实验系统上，通过设计不同的实验项目开发机械设计的综合创新实验，分析输出端实际测量值和理论值之间的误差大小以及传递动力大小和效率，这一实验项目的研究能让学生主动接受机械设计中各种传动的运用，对于进一步提高学生的实践动手能力和创新设计能力具有一定的实际意义。

参考文献：

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]杨可桢等.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]黄长艺，卢文详，熊诗波.诸文俊.机械工程测量与试验技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

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便携式测试系统 第12篇

本系统设计的便携式脉搏测试仪是基于光电脉搏检测原理, 通过红外发光二极管发射红外光, 红外光透过率的改变反映手指血液容量的周期性变化, 由光敏三极管接收受调制的光信号, 经过滤波、放大等处理后, 通过单片机AD采样获取脉搏信号。测试仪采用128×64点阵型LCD液晶显示器, 实现了实时显示每分钟的脉搏数以及光电脉搏信号波形动态图。

1 系统的总体方案

脉搏信号是动脉血管中血流量的变化信号, 随着心脏的跳动, 动脉血管中血流量发生有节奏的周期性变化, 通过这一现象来测得脉搏波信号。本系统利用红外光透过手指, 将脉搏信号转换成光信号, 再通过光敏三极管接收转换成为电信号, 将电信号进行放大, 滤除杂波, 经过整形, 利用单片机控制, 通过LCD显示屏显示被测信号。系统总体框图如图1所示。

2 系统的参数分析与计算

2.1 脉搏信号参数分析

脉搏每分钟跳动的次数是一项重要的生理参数, 它反应人体心脏工作的频率。正常人的脉搏次数是每分钟60到70次, 这种信号频率较低, 信息微弱, 其幅度一般在微伏到毫伏的数量级范围, 因此在处理脉搏信号需要选择合适的放大器。脉搏信号噪声强, 脉搏信号幅度小, 因而信噪比低, 极容易引入干扰, 如肌体动作、精神紧张带来的干扰, 以及50Hz的工频干扰, 需要对脉搏信号作消噪处理。脉搏波频率低, 范围是0.1到20Hz, 主峰频率在1Hz左右, 主要频率分量一般在20Hz以下, 如图1。

2.2 信息采样与处理参数分析与计算

MSP430单片机采集到脉搏信号后, 根据提取的脉搏波特征, 编程实现脉搏速率的计数, 设置采用率为50Hz, 计算得到两波峰指尖的点数, 1秒钟采集50个点, 通过采集的点数可以计算得到60s单片机采集到的脉搏波点数, 通过采集到脉搏波的总点数除以两波峰之间的点数, 就可以得到一分钟出现的脉搏次数, 计算脉搏次数采用脉搏体积描记法, 因此可以测得脉搏次数=60×采样率/两波峰间点数。

2.3 波形显示参数分析与计算

经过前端的信号调理电路处理后, 将光电式脉搏传感器采集到的脉搏信号送到单片机的10位ADC模块进行模数转换, 通过128×64点阵LCD液晶显示屏显示出来。脉搏波经过放大后最低平均电压为500m V, 最低平均电压为1.5V。波形在LCD显示点的范围U/x=2.5V/1024, 得出液晶显示点范围为205到615。

3 系统的硬件电路和程序设计

3.1 光电转换电路设计

光发射部分接入恒流源电路, 以减少光源供电波动对测量脉搏信号的影响, 提高电路稳定度。恒流源电路主要是由输入级和输出级构成, 输入级提供参考电流, 输出级输出需要的恒定电流。保证流过发光二极管的电流为恒定值, 使二极管发光稳定, 光敏三极管则可接收到稳定的光。光敏接收三极管的集电极负载200Ω。使光敏三极管两端电压随光敏三极管电阻值的变化而变化。光电转换电路如图2所示。

3.2 调理电路设计

信号隔离直流电路是利用4.7μF的电容实现的, 除去了传感器信号中的直流部分, 送入放大电路。考虑到透射式脉搏传感器中的光敏三极管的输出的电流很小, 很容易受到噪声干扰和工频干扰的影响, 需要设计良好的放大电路, 以驱动后级电路工作。信号放大电路主要利用运算放大器的级联放大功能实现。将输入的微小交流信号送入第一级进行10倍的放大, 再进入第二级相似的放大电路放大20倍, 并通过电路中的电容滤去10Hz以上的高频信号, 得到被放大约200倍, 幅值1V左右的脉搏信号, 实现与整形电路部分的输入匹配。信号隔离直流、放大电路如图3所示。

光电信号经过放大后, 必须对信号滤波才能满足采集要求。滤波电路采用二阶有源滤波器来完成。通带内幅频特性曲线比较平坦, 滤除50Hz左右干扰。其中运放为同相输入, 输入阻抗很高, 输出阻抗很低, 滤波器相当于一个电压源, 使电路性能更加稳定, 如图2、3。

信号整形部分由施密特触发器CD4093实现, 整形为方波信号, 此信号可用于数字电路进行处理, 也可以给单片机IO口进行读取脉搏次数。整形前的波形可用于单片机A/D口进行采样, 进行描点绘图, 计算脉搏次数。

3.3 系统的软件设计

系统软件基于MSP430单片机开发系统, 程序用C语言编写, 由主程序、外部中断程序、定时器中断程序, 延时子程序等模块组成。主程序主要完成程序的初始化。外部中断服务程序由测量、计算、读数等部分组成。定时中断程序由计时、动态扫描点显示、有无测试信号判断等程序。本系统软件流程如图4所示。

4 结论

系统设计完成后接通电源, 红外光照射指尖, 示波器能显示出光接收透射信号。通过测量比较便携式脉搏测试仪和医疗仪器同时测量, 对比每分钟脉搏次数的数据, 误差每次小于±2次。同时, 通过键盘输入预置脉搏次数上下告警门限, 测得脉搏次数超过门限值时, 便携式脉搏测试仪LCD显示报警以及128×64点阵屏幕能够实时显示光电脉搏信号波形。

参考文献

[1]宁武, 唐晓宇, 闫晓金.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京:电子工业出版社, 2009 (05) .

[2]张华林, 周小方.电子设计竞赛实训教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007 (07) .