搜索
北工业大学硕士学位论文第一章绪论转式、视动鼓和LDE视屏。旋转式需要专门的机电控制装置，但诱发效果好，使用较多。被实验者作在电动转椅或转盘上，以一定的加速度和速度旋转，连续记录从旋转开始至停转后的眼震电图，来实现对实验动物的晕眩情况研究。传统对眼震信息的提取主要是通过眼震电图机记录眼震信号，再由人工对记录的信号进行直观、简单、定量的计算，不但费时，精度低，而且有些信息手工计算几乎无法得到。如今，把计算机及信号处理技术应用于眼震信号的分析处理，眼动仪发生了革命性的变化，国内外也因此出现了各种性能的眼震仪，如美国ASL公司E咖系列眼动仪，融合了现代摄像技术、红外线定位技术、电子计算机技术，数据系统纪录的容量大、速度快和精度高，但价格昂贵;国内也有许多单位研究智能眼震电图测试仪器，如HYZ—1型智能化眼震电图机等。不过很多在测试中使用的是盘形生物电极，对测试者有一定的刺激，达不到无损伤实验要求。眼动记录技术的发展使眼动实验更趋生态化，被实验者几乎可以在完全不受仪器干扰的自然情况下接受刺激。过去实验中对眼睛进行麻醉，并在眼睛上装置附加物的方法己被完全淘汰。随着科学技术的发展，眼动检测技术的原理不断更新，技术向多样化发展，人们一方面将原有的眼动记录技术不断改进，使之更精确、更方便、更快捷;另一方面，不断探索运用新原理的眼动记录方法，如后来出现的电磁感应法、巩膜—虹膜反射法等新型眼动仪。1.3课题研究内容及意义课题通过检测耳朵处血流量和眼震电图这两个生理信号的变化来判断实验者眩晕的发生程度。以小白鼠为研究对象，选用对实验动物无损伤的图像传感器和光电传感器，采集其在转盘旋转状态下服用或没服用过需要检查的抗运动病药后，眼睛图像及耳朵处血流量的变化信息，进而对所采集信号进行对比分析和处理，来判断抗晕眩药物药效的好坏。整个检测系统具有无刺伤、快速准确特点，提取临床所需各种数据，为药效分析和疾病诊断提供了可靠依据。无损伤抗运动病药物性能检测系统属于生物医学信号检测技术的范围，它不能是工业检测技术的简单移植，由于检测的对象是人或者动物，它要求被实验者和系统的连接必须具备安全、可靠、动态的特点。实时地获取与生命活动相关的各种信息，并经技术处理后送入主控计算机进行相应处理，建立科学的人机连接方式是课题中无损伤抗运动病药物性能检测设备首先考虑的问题。一般现有的生物信号检测仪器系统，是通过传感器将眼震、血流量等生物体信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，成为数字信号，大学硕士学位论文第一章绪论然后下位机通过电缆将数据送给CP机分析和处理。然而，对于旋转刺激模型，在这样一个旋转动物上，用有线连接的方式来实现采集信息的传递很难满足要求。对于旋转实验动物模型，一则将采集数据在下位机上进行存储，实验完后再送给CP处理，然而这根本就谈不上是实时性，也不能实现对其控制;二则采用无线通信技术，将采集的数据由测量站通过电磁波无线发送到主控站。课题采用了无线技术实现主控机与下位机之间的数据对接，完成眼睛图像和血流量信号的无线传递，方便快捷地实现了CP对旋转生物体上生物信号的实时采集与监控，解决了旋转实验中有线连接烦恼，大大地增强了设备的灵活性和实用性。同时，课题所研究的检测系统在其它领域的信号无线检测中也有着广泛的应用前景。整个检测系统原理如图1.1所示。具体实现过程是:实验动物体固定于一封闭的旋转平台上，平台由电机带动旋转。现场采集动物体上血流量和眼睛图像两个信号，采用无线数字通信技术和选用适当的CP外设接口，将所采集到的信号准确无误地传送给终端主控CP进行处理，同时主控CP机能对采集过程和电机转速的进行无线控制。整个过程均在室内，通信距离约10m。数数数数数数数据采集集传传感器器器与处理理理理理理理理理理无无无无无无无无无线数字通信信信信信信信主主主主主主主主主主主控PCCC电电机转速速速速速速速速速速图1.1检测系统原理图由图1.1可知，检测系统分硬件和软件设计两部分，硬件由传感器、信号采集及处理电路、无线通信及CP机接口电路、电机调速四部分组成。软件主要是眼睛图像处理技术。.4本文主要工作鉴于课题涉及传感器技术、信号检测与处理、无线通信、接口技术、电机调速及图像处理软件编程，工作量大。因此本人主要负责了其中无线通信和接口部分的工作。本论文的研究目标是为无损伤抗运动病药物性能检测设备选择一种合适的无线技术来替代电缆，同时选用合适的CP机外设接口，实现主控CP与处于旋转平台上的下位机之间无线通信:一方面采集的图像数据通过无线通道上传给塑驻创垫生一一一一‘一一一——遗造进竺主控CP，另一方面，CP机控制指令无线发送给下位机，实现对采集过程的控制。在查阅相关资料的基础上，本文详细研究了各种短距离无线通信方案和计算机外设接口，结合课题设计要求，从原理上采用了蓝牙无线通信技术和UBS接口来实现。并选出了实现蓝牙射频和主控制器硬件芯片一一NRF2401和CY7C68013，具体完成了主控CP端无线收发及UBS接口系统的软硬件设计。本文将在后面章节中详细阐述系统的方案选定过程、实现原理以及系统软硬件的具体设计。5本章小结本章首先从抗运动病药物药效检测的必要性出发，引出了总的课题—无损伤抗运动病药物性能检测设备的研究设计，分析了目前抗运动病药物药效检测方法和仪器的国内外发展情况，介绍了课题研究的主要内容及意义。最后，本章阐明了本文研究的目标和所作的主要工作。大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论引言人机体在运动中受到加速度、视觉和深部感觉的刺激，当机体不能适应这些刺激时，可发生眩晕、头昏、恶心、呕吐、面色苍白等各种反应，称为运动病。随着现代交通的发展，运动病的发生率显著增加，大约9%0的人患有不同程度的运动病，其中10%~30%患有严重的运动病。军事飞行人员在训练中晕机病发生率为4%0。大约5%0的航天员发生空间运动病，这不仅影响航天员的工作效率和健康，而且对应急返回构成威胁。因此，运动病的防治是军事医学和航天医学中巫待解决的问题〔‘，。药物抗运动病一直是防治运动病的主要手段，目前人们认为快速而有效治疗运动病的办法就是使用抗晕眩药物〔2，，国内外出现的抗运动病药物种类数不胜数，合理筛选副作用小、有效的抗运动病药成了航天医务工作者的首要任务。药物能增加机体对运动病的抵抗力，但任何药物都不是完全有效的，药效受个体敏感性和刺激种类、强度及时间长短等因素的影响，推荐应用的抗运动病药物，均应以其在运动病实验中的效果为依据。采用合理的实验方法和检测仪器系统成了药物药效分析的关键。目前，课题组承担了一种无损伤抗运动病药物性能检测设备的研究设计，旨在采用旋转刺激法建立一个操作简单、切实可行的实验性眩晕动物模型，通过该模型设计出一种医学信号采集检测系统，完成对抗眩晕药物药效的研究。1.2国内外晕眩检测方法和仪器的发展现状眩晕是运动病的一种常见症状，在医学上普遍被认为是前庭核功能障碍的结果。前庭功能检查法有很多，基本上都是采用运动实验刺激模型，检测出被实验动物的诱发性眼震特点来做作为判断标准，因此通过眼震和眼震电图来判断眩晕产生的程度以及时间的长短已成为眩晕测试装置设计中的一个重要依据。同时很多晕眩与内耳微循环有关〔3]，可通过耳蜗血流量来间接反映前庭血流变化，然而前庭血流研究尚处初起阶段，有关文献极少，因此对通过耳蜗血流量来进行对晕眩的研究也很少。临床上较多地使用诱发性眼震，目前国内外诱发眼震主要有三种形式:旋大学硕士学位论文第二章系统设计方案研究第二章系统设计方案研究随着通信技术的高速发展与应用，人们对医疗检测设备的要求越来越高，在追求高速率高保真的同时，对设备的可移动性也提出了更高的要求。传统数字化检测设备之间的有线连接给人们随时随地与信息网络相连和数据通信带来了很多不便，发展无线连接技术，已经成为一种必然趋势。在这方面，寻呼、移动电话和无绳电话的迅猛发展就是一个很好的例子，广大用户已经深刻地体会到无线技术所带来的自由、灵活和便捷。然而，无线技术跨越了话音移动通信的传统应用，在信息社会的今天，数字化设备之间无线数据传输也已经变得同等重要。无线通信系统的含义也从单纯的移动电话话音业务转变为移动计算机网络。在移动计算机网络中，计算机或设备等将是便携的无线通信设备，如笔记本、PAD、无线检测设备等，使用时就像移动电话一样，用户可以在无线网络覆盖的任何地方随时发送和接收各种数据信息，可以是在室内或室外，可以是静止或运动状态等。移动计算机网络可以是局域网，也可以是广域网。通信功能变得越来越重要的同时，设备通信接口也成为人们讨论的越来越多的课题，在多微机系统和微机网络中，通信既包括了计算机和计算机，也包括计算机与外部设备之间的信息交换，各计算机和外设之间的信息交换都必须通过接口才能完成。随着CP机的普及和广泛应用，CP机外设接口也随之迅猛发展，接口技术己成为了一门十分重要和关键的技术。2.1各种短距离无线通信技术与实际应用中存在的问题无线网络标准根据通信距离的不同可以分为WAN、WLAN和PAN三类，它们的有机组合，构成了完整的无线互联网络体系。本文的短距无线通信属于WALN(无线局域网)技术，工程上可称之为移动计算机局域网，目前移动计算机局域网己经有了多种解决方案，主要包括IEEE802.11、HomeRF、HierpLAN、IrDA红外网络以及日益兴起的蓝牙技术等。其中，工EEE802.11和HomeRF是北美应用最广泛的技术;HierpLAN近年在欧洲得到广泛的支持，发展异常迅猛;红外技术由于其价格便宜、体积小巧、应用成熟，很早就已取得广泛应用;蓝牙技术是1998年5月由爱立信、IMB、英特尔、诺基亚等多家公司联合制定的短距离无线通信技术标准。它们在短距离无线通信领域各具优势，相互竞争，以下是北工业大学硕士学位论文第二章系统设计方案研究对各种短距离无线通信技术的简略介绍及比较。1、IEEE802.11标准工EEESOZ.n是企业无线局域网的标准技术，最早的IEEE802.n协议标准是主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端之间的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到ZMbi/ts。由于工EEE802.n在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此IEEE又相继推出了802.lal和802.lbl两个新标准。三者之间技术差别【‘，主要在于MAe(MediumAeeesseontr。1，媒介访问控制)子层和物理层。工EEESO2.11协议只规定了开放式系统互连参考模型(051/RM)的物理层和MAC层，其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免(CMSA/AC)协议，而在物理层，IEEESOZ.ll定义了三种不同的物理介质，它们分别是红外线、跳频扩谱方式(FHSS)以及直接序列扩谱方式(DSSS)。IEEESO2.11a工作在SGHz频带，避开了拥挤的2.4HGz频段。物理层传输速率可达54Mbi/tS，传输层可达25Mbi/tS。采用正交频分双工(OFMD)的独特扩频技术，可提供25Mbit/S的无线ATM(异步传送模式)接口、IOMbit/s的以太网无线帧结构接口和TDD/TMDA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEE8o2.1b1(wi一Fi)使用开放的2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为1M1bPs，无需直线传播，其实际的传输速率在SMbps左右，与普通的1B0as--eT规格有线局域网处于同一水平(现在最常用的以太LAN使用的是双绞线，这种传输介质称为10Base一T)。工EEESO2.1b1使用动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.SMbPs、ZMbPs和IMbPs，且当工作在ZMPbS和IMbpS速率时可向下兼容IEEE502.11。IEEE502.1lb的使用范围在室外为300米，在办公室环境中则最长为100米，适用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。IEEE802.lbl运作模式基本分为两种:点对点模式和基本模式，