一种基于FPGA的脉搏波信号发生器及方法技术

一种基于FPGA的脉搏波信号发生器，包括LCD显示器、示波器、FPGA、触摸屏、电源、AD转换装置和DA转换装置；DA转换装置输入端连接FPGA，DA转换装置输出端连接示波器，AD转换装置输入端连接FPGA，AD转换装置输出端连接触摸屏，LCD显示器连接FPGA，电源连接LCD显示器。本发明专利技术方法采用两种方式产生脉搏波波形，一种方式是通过高斯函数-Cosine函数结合的方式，分段拟合脉搏波得到最后的完整波形，省去了整个波形所浪费的存储空间，具有专一性；另一种方式是采用弹性腔模型模拟血管情况，模拟出两个血管弹性腔，通过参数的改变，可以产生低阻力，中阻力，高阻力，超高阻力四种情况下的脉搏波波形。两种方式均能在信号数据未知的前提下，由用户设定得到准确脉搏波波形输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号发生器
，具体涉及一种基于FPGA的脉搏波信号发生器及方法。
技术介绍
如《基于C8051F020单片机的脉搏波信号发生器的设计》论文所述，李洋等人设计了一种脉搏波信号发生器，能够发出代替人体实际脉搏波的信号，将其发送至各类脉搏波信号检测仪器中，以求调试和检查这类仪器的性能指标。但是该项设计中，信号发生器需要与上位机相连，由于需要存储整个波形数据，所以大容量的Flash芯片才能达到要求。发生器只是单纯地将上位机中的已存在的波形数据通过液晶屏和示波器显示出来，添加一些功能模块，这都是在已经获得脉搏波数据的前提下，才能完成的。若没有波形数据，信号发生器也达不到显示波形的目的。又如专利号为200720103587.1的技术专利“数字式脉搏波信号发生器”中，使用单片机作为处理器，产生脉搏波，用作脉搏波仪器检测设备，但是，该专利只能通过与PC机相连，通过USB数据线，将PC中的脉搏波数据下载到EPROM中，通过IXD和示波器显示波形，也只是单纯地做到显示波形的作用，需要已知大量的脉搏波数据才能使设备达到其作用，这样就局限了该数字式脉搏波信号发生器在检测脉搏波仪器时发挥的作用。 此外，有一些信号发生器，只能输出正弦波、方波等简单信号，还有些脉搏波信号发生器，只有在电脑中存储完整的脉搏波数据，才能显示出最后的波形，显然这给我们平时的使用带来很多不便。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于FPGA的脉搏波信号发生器及方法。本专利技术的技术方案是—种基于FPGA的脉搏波信号发生器,包括触摸屏、IXD显不器、不波器、FPGA>;电源、AD转换装置和DA转换装置；所述电源用于为IXD显示器、触摸屏、AD转换装置和DA转换装置供电；所述AD转换装置用于将点击触摸屏动作产生的电压值转换为坐标数字值并将该坐标数字值传输至FPGA ；所述DA转换装置用于将FPGA输出的数字波形转换为模拟波形并将该模拟波形传输至示波器；所述FPGA用于产生脉搏波信号并将其传输至IXD显示器或示波器进行脉搏波波形显示；所述DA转换装置输入端连接FPGA，DA转换装置输出端连接示波器，AD转换装置输入端连接FPGA，AD转换装置输出端连接触摸屏，IXD显示器连接FPGA，电源连接IXD显示器。所述FPGA设置有波形选择模块、特征点选取模块、波形拟合模块、噪声叠加及信噪比设定模块、基线漂移模块、触摸屏去抖动模块和血管弹性腔仿真模块；所述波形选择模块用于提供可选的输出波形类型并选择；所述特征点选取模块用于对波形选择模块选择的波形进行特征点选取；所述波形拟合模块用于利用高斯-cosine函数将特征点选取模块选取的特征点拟合成波形；所述血管弹性腔仿真模块用于将人体主动脉模拟成两个血管弹性腔并仿真出该血管弹性腔内血液流动状态产生波形；所述噪声叠加及信噪比设定模块用于对波形拟合模块拟合成的波形或血管弹性腔仿真模块产生的波形叠加噪声信号并设定信噪比·；所述基线漂移模块用于对叠加噪声并设定信噪比后的波形加入基线漂移；所述触摸屏去抖动模块用于去除点击触摸屏引起的抖动干扰。采用所述的基于FPGA的脉搏波信号发生器的脉搏波信号发生方法，包括如下步骤步骤1:点击触摸屏的四个边界点，得到该四个边界点的坐标值并保存，根据四个边界点的坐标值、触摸屏长度和触摸屏宽度得到该任意一点坐标值，完成触摸屏坐标校正；步骤2 :选择波形产生方式并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，所述波形产生方式包括波形拟合和血管弹性仿真若选择波形拟合，则执行步骤3，若选择血管弹性仿真，则执行步骤6;步骤3 :选择输出波形类型并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，所述输出波形类型包括I型滑脉、II型滑脉、I型弦脉、II型弦脉和III型弦脉；步骤4:根据选择的输出波形类型，选取特征点并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动；所述的在选择的输出波形上选取特征点，是根据所选择的波形，在每个周期中，选取幅值最大的点、斜率值最大的点、初始点、结束点、拐点和驻点作为特征点。步骤5 :依次连接两个相邻的特征点,利用高斯函数-cosine函数结合的方法,分段拟合波形，若干分段波形整合得到脉搏波波形，并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，然后执行步骤7 ；步骤6 :采用弹性腔模型将人体主动脉模拟成两个血管弹性腔，其中一个血管弹性腔表征主动脉弓，另一个血管弹性腔表征腹主动脉，通过两个血管弹性腔仿真出该血管弹性腔内血液流动状态形成波形，选取血管弹性腔参数并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，血管弹性腔参数包括主动脉弓的血管弹性腔的集总顺应性、腹主动脉的血管弹性腔的集总顺应性、连接两个血管弹性腔的血柱及外周阻力；步骤7 :在波形中叠加噪声信号并设定信噪比，并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动；所述的噪声信号包括50Hz工频噪声，高斯白噪声和均匀分布的噪声。步骤8 :对加入噪声信号并设定信噪比后的波形设定基线漂移，得到噪声和基线漂移的脉搏波波形；步骤9 :将脉搏波波形通过IXD显示器或示波器显示。所述去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，具体方法是点击触摸屏一点并保存其坐标，再次点击该点并保存其坐标，分别比较两次点击得到的点的横坐标绝对值之差和纵坐标的绝对值之差，若横坐标绝对值之差或纵坐标的绝对值之差大于5，则视为触摸屏存在干扰，第二次点击的坐标无效，若横坐标绝对值之差或纵坐标的绝对值之差小于5，则视为触摸屏无干扰，第二次点击的坐标有效，此时将第二次点击的有效坐标与第一次点击所保存的坐标的横纵坐标对应相加并取平均值，得到该点坐标结果。有益效果本专利技术采用两种方式产生脉搏波波形，一种方式是通过高斯函数-Cosine函数结合的方式，分段拟合脉搏波得到最后的完整波形，省去了整个波形所浪费的存储空间，实现了真正意义上的脉搏波发生装置，具有专一性；另一种方式是采用弹性腔模型模拟血管情况，模拟出两个血管弹性腔，通过参数的改变，可以产生低阻力、中阻力、高阻力、超高阻力四种情况下的脉搏波波形。两种方式均能在信号数据未知的前提下，由用户设定得到准确脉搏波波形输出。本专利技术的脉搏波信号发生器采用FPGA作为信号处理器，相对于其它开发平台(例如单片机)，FPGA可进行并行数据处理，有更快的运行速度，可以连接更多的外围设备，有利于系统功能的后续添加，从根本上解决了由于开发平台的不足导致的系统功能的缺陷；而且克服了其他信号发生器的缺点——只能产生简单的波形，需要完整的脉搏波数据，需要大容量的Flash存储数据等。采用IXD显示器，触摸屏和示波器组成的与用户的交互界面，使操作更加简单，用户可以根据需要快速地完成相应操作，有很大的实用价值。通过实验证明，本专利技术的基于FPGA的脉搏波信号发生方法所得到的脉搏波波形与实际波形的相对误差小于3%， 与现有技术中的脉搏波发生器相比，大幅提高了拟合后波形的准确度，最大程度的降低了误差对最后结果的影响。为最大程度的模拟实际脉搏波的波形，本方法添加不同类型噪声，并设置信噪比，对波形加入基线漂移，让最后得到的脉搏波更有实际的利用价值。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的基于FPGA的脉搏波信号发生器结构框图；图2为本专利技术具体实施方式的基于FPGA的脉搏波信号发生方法流程图；图3为本专利技术具体实施方式的五种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的脉搏波信号发生器，包括触摸屏、LCD显示器和示波器，其特征在于：还包括FPGA、电源、AD转换装置和DA转换装置；所述电源用于为LCD显示器、触摸屏、AD转换装置和DA转换装置供电；所述AD转换装置用于将点击触摸屏动作产生的电压值转换为坐标数字值并将该坐标数字值传输至FPGA；所述DA转换装置用于将FPGA输出的数字波形转换为模拟波形并将该模拟波形传输至示波器；所述FPGA用于产生脉搏波信号并将其传输至LCD显示器或示波器进行脉搏波波形显示；??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????所述DA转换装置输入端连接FPGA，DA转换装置输出端连接示波器，AD转换装置输入端连接FPGA，AD转换装置输出端连接触摸屏，LCD显示器连接FPGA，电源连接LCD显示器。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的脉搏波信号发生器，包括触摸屏、IXD显示器和示波器，其特征在于还包括FPGA、电源、AD转换装置和DA转换装置； 所述电源用于为LCD显示器、触摸屏、AD转换装置和DA转换装置供电； 所述AD转换装置用于将点击触摸屏动作产生的电压值转换为坐标数字值并将该坐标数字值传输至FPGA ； 所述DA转换装置用于将FPGA输出的数字波形转换为模拟波形并将该模拟波形传输至示波器； 所述FPGA用于产生脉搏波信号并将其传输至IXD显示器或示波器进行脉搏波波形显示； 所述DA转换装置输入端连接FPGA，DA转换装置输出端连接示波器，AD转换装置输入端连接FPGA，AD转换装置输出端连接触摸屏，IXD显示器连接FPGA，电源连接IXD显示器。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的脉搏波信号发生器，其特征在于所述FPGA设置有波形选择模块、特征点选取模块、波形拟合模块、噪声叠加及信噪比设定模块、基线漂移模块、触摸屏去抖动模块和血管弹性腔仿真模块； 所述波形选择模块用于提供可选的输出波形类型并选择； 所述特征点选取模块用于对波形选择模块选择的波形进行特征点选取； 所述波形拟合模块用于利用高斯-cosine函数将特征点选取模块选取的特征点拟合成波形； 所述血管弹性腔仿真模块用于将人体主动脉模拟成两个血管弹性腔并仿真出该血管弹性腔内血液流动状态产生波形； 所述噪声叠加及信噪比设定模块用于对波形拟合模块拟合成的波形或血管弹性腔仿真模块产生的波形叠加噪声信号并设定信噪比； 所述基线漂移模块用于对叠加噪声并设定信噪比后的波形加入基线漂移； 所述触摸屏去抖动模块用于去除点击触摸屏引起的抖动干扰。3.采用权利要求1所述的基于FPGA的脉搏波信号发生器的脉搏波信号发生方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1:点击触摸屏的四个边界点，得到该四个边界点的坐标值并保存，根据四个边界点的坐标值、触摸屏长度和触摸屏宽度得到该任意一点坐标值，完成触摸屏坐标校正； 步骤2:选择波形产生方式并去除由点击触摸屏引起的触摸屏抖动，所述波形产生方式包括波形拟合和血管弹性仿真若选择波形拟合，则执行步骤3，若选择血管弹性仿真，则执行步骤6 ； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐礼胜，王昊，王璐，宋丹，陈珏丽，伏全海，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：