CN107928661A - 一种心电数据采集器数据采集***及方法 - Google Patents

一种心电数据采集器数据采集***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种心电数据采集器数据采集***及方法，包括传感器、DAQ设备、计算机、滤波模块、计数模块和数据通信模块；本发明通过滤波模块将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；可以计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集***的计数精度，通过有效去除干扰脉冲对计数的影响，确保数据采集***的测量精度，同时采用通用的微处理器和可编程逻辑器件即可实现，与现有数据采集装置结构兼容，以极低的硬件成本实现较高的性能。

Description

一种心电数据采集器数据采集***及方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体为一种心电数据采集器数据采集***及方法。
背景技术
目前，心电图采集和分析通常在医院进行，当心脏病或疑似心脏病患者在医院做心电图检查时，医院通常使用心电图机进行短时心电图采集或使用24小时动态心电监护***HOLTER进行长时间心电图采集和分析，心电图采集***与患者人体的连接方式通常采用吸球、肢体电极夹、一次性电极贴等，由医护患者佩戴到患者上体上，通过导联线将心电信号传送到心电采集***中，操作程序繁琐，降低了医护患者工作效率。家用心电监护仪是在家庭使用的心电监护***，通常使用者是普通用户，而现有技术中的心电监护仪结构比较复杂，需要将采集端与分析仪器直接连接，用户佩戴相关器件后要长期停留在分析仪器一旁，给用户带来的诸多不便，难以实现实时监测用户心电图的目的，随着移动互联网技术的发展，家庭及个人互联网医疗检测设备将迎来爆发式的发展机会，而便携式心电数据采集器将会使人们进行院外心脏健康检测管理成为可能，它有可能成为如同体温计一样的家庭必备产品，市场潜力不可估量。
同时现有数据采集技术中光栅是一种光电位置编码器，具有使用灵活、测量精度高、使用寿命长等优点，在精密定位、角度、速度、加速度等测量领域得到了广泛运用。由于工业现场存在各种不确定性因素，光栅数据输出容易受到干扰，其中最显著的是运动过程中的机械振动和现场环境中的电磁干扰，这两者均会使输出脉冲产生毛刺，导致脉冲计数错误，从而严重影响测量精度，且***的实时性无法保证。
所以，如何设计一种心电数据采集器数据采集***及方法，成为我们当前要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种心电数据采集器数据采集***及方法，通过滤波模块根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集***的计数精度，同时本发明采用通用的微处理器和可编程逻辑器件即可实现，与现有数据采集装置结构兼容，将可编程并行计算应用于数据采集实现，克服CPU指令串行和操作***调度导致的非实时因素，以极低的硬件成本实现较高的性能，可以有效解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种心电数据采集器数据采集***，包括传感器、DAQ设备、计算机、滤波模块、计数模块和数据通信模块；其中，所述传感器、所述DAQ设备和所述计算机依次相连；所述DAQ设备包括可编程逻辑器件和ADC模数转换器；所述传感器用于采集模拟量数据，所述ADC模数转换器用于将所述模拟量数据转换为数字量数据；所述可编程逻辑器件用于将数字量数据滤波生成滤波数据并传送至计算机的缓存中，滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片。
一种心电数据采集器数据采集方法，包括如下步骤：
1）可编程逻辑器件启动ADC模数转换器；可编程逻辑器件对ADC模数转换器生成的数字量数据进行数字量数据滤波生成滤波数据；
2）根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片；
3）将滤波数据暂存到可编程逻辑器件的FIFO缓存中；
4）将所述滤波数据传送到计算机的缓存中；
5）计算机执行所述滤波数据实时采集处理任务。
根据上述技术方案，所述实现周期性数据刷新有限状态机FSM；所述周期性数据刷新有限状态机FSM的周期固定为T。
根据上述技术方案，所述滤波模块包括：第一获取模块，用于获取所述光栅的最高运动速度；第二获取模块，用于在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；滤波单元，用于确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
根据上述技术方案，所述计数模块包括：状态识别单元，用于根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；状态计数单元，用于根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。
根据上述技术方案，所述当将所述滤波数据传送到计算机的缓存时，所述计算机数据采集线程通过PIO方式查询当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳，若当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳超出设定的实时性阈值，则继续将所述滤波数据传送到计算机的缓存中。
根据上述技术方案，所述根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除的步骤包括：获取所述光栅的最高运动速度；在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号在单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过滤波模块根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集***的计数精度，同时本发明采用通用的微处理器和可编程逻辑器件即可实现，与现有数据采集装置结构兼容，将可编程并行计算应用于数据采集实现，克服CPU指令串行和操作***调度导致的非实时因素，以极低的硬件成本实现较高的性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的***结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供一种心电数据采集器数据采集***，包括传感器、DAQ设备、计算机、滤波模块、计数模块和数据通信模块；其中，所述传感器、所述DAQ设备和所述计算机依次相连；所述DAQ设备包括可编程逻辑器件和ADC模数转换器；所述传感器用于采集模拟量数据，所述ADC模数转换器用于将所述模拟量数据转换为数字量数据；所述可编程逻辑器件用于将数字量数据滤波生成滤波数据并传送至计算机的缓存中，滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片。
一种心电数据采集器数据采集方法，包括如下步骤：
1）可编程逻辑器件启动ADC模数转换器；可编程逻辑器件对ADC模数转换器生成的数字量数据进行数字量数据滤波生成滤波数据；
2）根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片；
3）将滤波数据暂存到可编程逻辑器件的FIFO缓存中；
4）将所述滤波数据传送到计算机的缓存中；
5）计算机执行所述滤波数据实时采集处理任务。
根据上述技术方案，所述实现周期性数据刷新有限状态机FSM；所述周期性数据刷新有限状态机FSM的周期固定为T。
根据上述技术方案，所述滤波模块包括：第一获取模块，用于获取所述光栅的最高运动速度；第二获取模块，用于在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；滤波单元，用于确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
根据上述技术方案，所述计数模块包括：状态识别单元，用于根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；状态计数单元，用于根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。
根据上述技术方案，所述当将所述滤波数据传送到计算机的缓存时，所述计算机数据采集线程通过PIO方式查询当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳，若当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳超出设定的实时性阈值，则继续将所述滤波数据传送到计算机的缓存中。
根据上述技术方案，所述根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除的步骤包括：获取所述光栅的最高运动速度；在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号在单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
基于上述，本发明的优点在于，通过滤波模块根据光栅的刻线密度获取光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，从而可以有效地去除干扰脉冲对光栅输出的光栅信号的计数影响；由于光栅在转动过程中运动方向会发生变化，因此计数状态也可以随时在正向状态和反向状态中自由切换，计数模块根据两相脉冲判断光栅的运动方向，根据运动方向对滤波后的两相脉冲信号进行计数，有效地提高了数据采集***的计数精度，同时本发明采用通用的微处理器和可编程逻辑器件即可实现，与现有数据采集装置结构兼容，将可编程并行计算应用于数据采集实现，克服CPU指令串行和操作***调度导致的非实时因素，以极低的硬件成本实现较高的性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术患者来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种心电数据采集器数据采集***，其特征在于：包括传感器、DAQ设备、计算机、滤波模块、计数模块和数据通信模块；其中，所述传感器、所述DAQ设备和所述计算机依次相连；所述DAQ设备包括可编程逻辑器件和ADC模数转换器；所述传感器用于采集模拟量数据，所述ADC模数转换器用于将所述模拟量数据转换为数字量数据；所述可编程逻辑器件用于将数字量数据滤波生成滤波数据并传送至计算机的缓存中，滤波模块，用于根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；计数模块，用于根据所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；数据通信模块，用于在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片。
2.一种心电数据采集器数据采集方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）可编程逻辑器件启动ADC模数转换器；可编程逻辑器件对ADC模数转换器生成的数字量数据进行数字量数据滤波生成滤波数据；
2）根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除，得到滤波后的两相脉冲信号；所述滤波后的两相脉冲信号判断所述光栅的运动方向，根据所述运动方向对所述滤波后的两相脉冲信号进行计数，得到计数结果；在时钟信号的触发下，将所述计数结果传输到所述数据采集***外部的数据处理芯片；
3）将滤波数据暂存到可编程逻辑器件的FIFO缓存中；
4）将所述滤波数据传送到计算机的缓存中；
5）计算机执行所述滤波数据实时采集处理任务。
3.根据权利要求1所述的一种心电数据采集器数据采集***，其特征在于：所述实现周期性数据刷新有限状态机FSM；所述周期性数据刷新有限状态机FSM的周期固定为T。
4.根据权利要求1所述的一种心电数据采集器数据采集***，其特征在于：所述滤波模块包括：第一获取模块，用于获取所述光栅的最高运动速度；第二获取模块，用于在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；滤波单元，用于确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
5.根据权利要求1所述的一种心电数据采集器数据采集***，其特征在于：所述计数模块包括：状态识别单元，用于根据所述两相脉冲信号的状态组合确定所述光栅的运动方向；状态计数单元，用于根据所述运动方向对所述两相脉冲信号进行四倍频脉冲计数。
6.根据权利要求2所述的一种心电数据采集器数据采集方法，其特征在于：所述当将所述滤波数据传送到计算机的缓存时，所述计算机数据采集线程通过PIO方式查询当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳，若当前DAQ设备的时间戳与计算机的缓存时间戳超出设定的实时性阈值，则继续将所述滤波数据传送到计算机的缓存中。
7.根据权利要求2所述的一种心电数据采集器数据采集方法，其特征在于：所述根据光栅的刻线密度获取所述光栅在最高运动速度下的第一脉冲频率，将高于所述第一脉冲频率的脉冲视为干扰脉冲滤除的步骤包括：获取所述光栅的最高运动速度；在所述最高运动速度下获取所述光栅输出的光栅信号在单位时间输出的脉冲个数，根据单位时间输出的脉冲个数确定有效脉冲对应的第一脉冲频率；确定所述有效脉冲的高电平或者低电平的持续时间，若所述持续时间低于设定个数的时钟信号的脉冲，则所述有效脉冲的频率超过所述第一脉冲频率，将所述有效脉冲视为干扰脉冲予以滤除。
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