Модульная структура программной части программно-аппаратного комплекса анализа биоимпеданса

ПАКАБИ реализует следующие функции:

1. Измерения биоимпеданса при заданном значении входных параметрах.

2. Измерения биоимпеданса в заданном диапазоне напряжения, частоты и тока.

3. Измерения биоимпеданса на выборочных значениях входных параметрах.

4. Расчет случайных ошибок измерения биоимпеданса.

5. Построение графиков Коула.

При старте работы система производит настройку необходимых параметров:

- определение модуля L-Card;

- установка начальных параметров работы модуля L-Card.

Программный продукт реализует основные функции посредством следующих модулей:

- Главный модуль программного продукта предназначен для организации интерфейсов, ввода начальных параметров, для полученных ходе выполнения экспериментов данных (отображение которых реализуется в виде графиков), для анализа и интерпретации полученных данных, через него осуществляется передача управления в другие модули программного продукта. Также в данном модуле осуществляется связь с модулем L-Card настройка и проверка устройства для дальнейшей работы с ним.

- Модуль расчета параметров: реальная и мнимая составляющие биоимпеданса, разность фаз, модуль биоимпеданса.

Программа работает в двух режимах:

1. Режим «измерения».

2. Режим «статистики».

В режиме «измерения» выделим следующие модули согласно выполняемыми ими функциями:

1. Модуль измерения биоимпеданса на одном значении частоты при заданном напряжении.

2. Модуль измерения биоимпеданса на одном значении частоты при заданной силе тока.

3. Модуль измерения биоимпеданса на диапазоне частот при заданном напряжении.

4. Модуль измерения биоимпеданса на диапазоне частот при заданной силе тока.

5. Модуль измерения биоимпеданса на диапазоне частот при заданном диапазоне частот напряжения.

6. Модуль измерения биоимпеданса на диапазоне частот при заданном диапазоне силы тока.

В режиме статистики существуют следующие модули:

1. Модуль статистики параметров биоимпеданса на диапазоне частот при заданном напряжении.

2. Модуль статистики разности фаз на определенной частоте и напряжении.

3. Модуль анализа случайных ошибок от времени

Каждый из модулей имеет общие и специфические особенности, так в каждом из них происходит прием данных пользователя, настройка ЦАП и АЦП передача и прием данных. Далее рассмотрим общие принципы работы перечисленных элементов модулей.

В зависимости от выбранного модуля пользователь может ввести следующие входные параметры:

- амплитуду сигнала в Вольтах;

- силу тока в Амперах;

- диапазон изменения амплитуды в Вольтах;

- диапазон изменения силы тока в Амперах;

- частоту сигнала в кГц;

- диапазон частот сигнала в кГц.

Также во всех модулях пользователь задает количество периодов исследования сигнала (длительность).

При настройке ЦАП задаются следующие параметры:

- double dRate - частота вывода данных на ЦАП (кГц);

- ULONG IrqEna - разрешение генерации прерывания от платы (1/0);

- ULONG DacEna - разрешение работы ЦАП (1/0);

Для платы L791 нельзя изменить размер буфера ЦАП, он всегда равен 512 байт. Во всех модулях задана максимальная частота вывода данных - 125 кГц.

При настройке АЦП устанавливаются следующие параметры:

- AutoInit - флаг указывающий на тип сбора данных 0 - однократный 1 - циклический;

- dRate - частота опроса каналов в кадре (кГц);

- dKadr - интервал между кадрами (мс);

- NCh - количество опрашиваемых каналов;

- Chn[128] - массив с номерами каналов и усилением на них; описывает порядок опроса каналов;

- FIFO - размер половины аппаратного буфера FIFO на плате, возможные значения 1,2,4,8,16,32,64,128 отсчетов. При этом при первых трех возможных значениях передача BusMaster идет одиночными значениями, а при большем пакетная передача. Если установить больше 128, то она сама сбросит до 128.

• IrqStep;

• Pages - произведение этих двух параметров IrqStep*Pages задает количество отсчетов которое соберет плата при однократном сборе, но не больше чем 128К отсчетов. При циклическом сборе они игнорируются - буфер всегда 128К.

• IrqEna - разрешение генерации прерывания от платы (mask/0);

• AdcEna - разрешение работы АЦП (1/0);

В данный момент во всех модулях происходит однократный сбор данных (AutoInit = 0). Частота опроса каналов в кадре максимальна - 400 кГц. Интервал между кадрами задан минимально возможный - 0 мс. Происходит опрос двух каналов АЦП, таким образом, реальная частота снижается до 200 кГц. Количество отсчетов для однократного сбора задана равной - 131072 отсчета.

Во всех модулях передача данных на ЦАП осуществляется одинаковым образом, согласно полученным данным от пользователя, формируется массив сигнала в памяти ПК и передается на ЦАП. Сигнал на одной частоте формируется по следующей формуле:

где i - номер элемента массива и изменяется в диапазоне от нуля до значения, полученного на основе введенной пользователем длительности сигнала;

ЦАП .• - один отсчет;

U - заданная пользователем амплитуда сигнала;

f - частота сигнала, заданная пользователем.

Данные, поступающие в ЦАП, предварительно загружаются в буфер ЦАП, находящийся на плате L-791. Размер буфера - 128х32. Данные в буфер можно загрузить непосредственно, или они могут подгружаться в буфер автоматически из буфера ЦАП в памяти PC размером 512 Кбайт. В данной программе данные загружаются вторым способом.

Настройка ЦАП производится двумя функциями: RequestBufferStream(ULONG *Size, ULONG StreamId). Здесь ULONG *Size - буфер ЦАП в памяти ПК, ULONG StreamId - тип работы ЦАП/АЦП. Функция выделяет память под большой кольцевой буфер в памяти ПК

SetParametersStream(PDAQ_PAR sp, ULONG *UsedSize, void** Data, void** Sync, ULONG StreamId) - Вызов этой функции настраивает плату АЦП/ЦАП на заданные параметры ввода или вывода данных, устанавливает размера кольцевого буфера на плате, задает интервал генерации прерываний (через столько-то точек), передает приложению адреса большого буфера и переменой синхронизации.

в которой будет возвращено количество реально используемой памяти (в отсчетах АЦП), void** Data - переменная, в которой будет возвращен адрес начала большого буфера, void** Sync - переменная, в которой будет возвращен адрес переменной синхронизации, ULONG StreamId - дескриптор потока (L_STREAM_ADC, L_STREAM_DAC или другой).

Настройка приема АЦП осуществляется с помощью описанной выше функции SetParametersStream. Сбор данных происходит в отдельном потоке и реализован следующим образом. Сбор происходит половинками кольцевого буфера, то есть по 65536 отсчета за раз. Программно задается количество половинок в зависимости от длины сигнала. После задаем размер файла, куда будут собираться данные из буфера АЦП.

АЦП, согласно заданным каналам, последовательно их опрашивает с указанной частотой, в данном случае частота максимальна - 200 кГц. Размер буфера АЦП составляет 256*32 байт. Данные, считанные с АЦП, представляются в формате знакового целого двухбайтного числа от -8192 до 8191. Поэтому их необходимо преобразовать в вольты.

Для перевода значения из кода АЦП в напряжение (т.е. в Вольты) использовалась следующей формулой:

U = Y ? Range / 8192, (4.2)

где U - напряжение в Вольтах;

Y - значение в кодах АЦП;

Range - диапазон входного напряжения [в Вольтах], в данном случае 10.

Файл данных сохранения имеет расширение “.data” и следующую структуру. Перед полученными данными с АЦП записывается, если это необходимо в модуле, начальная и конечная частота, начальная и конечная сила тока или напряжения, шаги измерения и длину отдельного участка

сигнала. Зная все эти параметры, можно будет извлечь их при загрузке файла и корректно рассчитать параметры биоимпеданса.

4.3