基于LabVIEW的多功能重心测试系统

　　人体重心是人体环节惯性参数中能够反映人体形态结构和质量分布特征的基本参数之一, 人体重心的研究可以为我国的体育教学、体育训练及科研提供参考依据, 尤其是在医疗康复领域, 具有重要的学术和应用价值。

　　目前国际上已经有应用计算机进行人体平衡能力的测试和分析的研究, 国内也有一些关于平衡能力测试的仪器, 但都是单一的进行重心的测试。本文在吸取了已有平衡仪的优点基础上, 充分利用计算机强大的图形环境和接口通信功能, 借助目前发展最快、功能最强的图形化软件LabVIEW, 设计完成对多功能重心测试系统的控制、数据分析和显示, 改变了传统仪器的设计使用方法。

　　本文提出的基于LabVIEW 的多功能重心测试系统, 不仅能够简易、快速、准确地实现对人体重心的自动动态检测、数据及图像显示, 而且可以监测人体重要生理参数, 如心电波形、血氧饱和度和血压等, 提供了一套便捷的全面的人体重心位置动态检测系统, 并具有友好的用户界面。

　　1 设计原理

　　基于LabVIEW 的多功能重心测试系统是通过测量人体的重心运动轨迹图, 并对重心运动轨迹图进行分析, 从而获得人体平衡能力的一系列数据。物体的重心就是该物体各部分重力的合力的作用点, 而人体的重心则是人体的各部位重力的合力的作用点。

　　人体站立时, 会不可避免地存在着轻微的晃动和摇摆, 其各个部位的任何活动都会引起人体重心位置的变化。因此, 这些轻微的晃动和摇摆必然引起人体的重心的改变和重心位置的变化。人体晃动和摇摆的程度和规律, 是研究人体平衡功能状态的重要依据。同时, 还力求实时监测人体的心电波形、血氧饱和度、血压等参数, 以达到较全面的测试功能。多功能重心测试系统用重力传感器构成一个重力测试平台, 对人体站立时的重心运动轨迹进行实时测量, 平台的支架上安装心电测试仪, 多功能血流血氧检测传感器和血压测试仪, 将测量得到的人体重心运动轨迹数据以及心电、脉搏血氧饱和度、脑血氧饱和度和血压实时监测的数据通过 LabJackU12 USB 多功能数据采集控制器传送到上位计算机。应用LabVIEW 图形化语言编程对测量的数据进行处理, 生成相应的图像显示, 并生成表格文件进行备案, 如有需要可以应用 Lab-VIEW 的远程传输功能基于网络进行远距离传输数据。

　　2 重心测试系统的硬件构成

　　2.1 重心测试系统的结构图

　　多功能重心测试系统如图1 所示, 它是由重心检测平台、重力传感器、心电测试仪, 多功能血流血氧检测传感器、血压测试仪、数据采集系统、计算机等硬件组成。重力传感器1- 6 是型号为LPS- 50kg 单点式称重传感器,用于测量人体重心的运动参数。重力传感器按每秒30 次的采样速率测得人体重心运动的动态轨迹, 心电、脉搏血氧饱和度、脑血氧饱和度和血压信号都通过多通道数据采集卡传送到计算机。应用LabVIEW 对重力测试平台传送的人体重心运动轨迹数据进行计算、分析后, 显示人体重心运动的动态轨迹图、重心分布图、位移图、实时测得的心电波形图, 还有脉搏氧饱和度、脑血氧饱和度和血压的具体数值。同时生成表格文件进行备案。