一種基于虛擬儀器的醫用電子儀器仿真實驗教學平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及實驗教學、科學研宄領域，特別是一種基于虛擬儀器的醫用電子儀器仿真實驗教學平臺。
【背景技術】
[0002]為了適應現代實驗教學的需要，實現現代信息技術改造傳統教育教學模式，提高實驗的開放性和靈活性。實驗實訓在高職類專業課程的教學中占有十分重要的基礎地位，是教學活動的必要環節，高職類課程的教學都是以實驗實訓為基礎的。實驗實訓可以增強學生學習的興趣，加深對理論知識的理解，培養實踐動手技能、實驗設計技能、在實踐中發現問題、分析問題和解決問題的能力及創新探索能力和協作精神。實驗條件也是反映一所學校辦學水平和科研水平的重要標志之一，近年來各高校大規模持續擴招，學生人數大幅增加，實驗室設備規模難以滿足眾多學生實驗需求；基于傳統儀器的硬件實驗在實驗保障、維護、實驗組織、實訓教學管理等方面存在著諸多實際困難，怎樣合理的解決實驗室建設與人才培養之間的突出矛盾，是高校自始至終都需要面臨的大問題。因此，研發實驗儀器，創新實驗手段和方式，優化教學目標和模式的整合策略，不斷革新專業課實訓教學就顯得尤其關鍵。
[0003]隨著計算機的性價比和易用性的提高，使得虛擬實驗室在教學、科普教育和技術研宄領域應用成為可能。所謂虛擬實驗室，是指由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。虛擬儀器技術是信息技術領域中重點研宄實踐的高新技術，它是利用PC多媒體計算機技術與儀器技術的結合構成了虛擬實驗室實現的基礎，學生可以在計算機屏幕上通過場景式圖形界面擁有自己的實驗室。虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合也賦予虛擬實驗室智能化特征，通過網絡學生可以身臨其境地觀察實驗現象，并可以觀察各實驗儀器的詳盡情況，不受時間和空間的限制。
[0004]虛擬儀器(Virtual Instruments,簡稱VI)的概念，是美國國家儀器公司(Nat1nal Instruments Corp.簡稱NI)于1986年提出的。虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數據分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統；是一種由計算機操縱的模塊化儀器系統，它不但可以完成傳統儀器的功能，甚至可以代替傳統的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業控制系統；可自由構建成專有儀器系統。
[0005]LabVIEff 是實驗室虛擬儀器集成環境(Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench)的簡稱，是用虛擬儀器技術的圖形化應用開發軟件。它是一種基于G語言(Graphics Language，圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開發工具，更準確的說，LabVIEff是一種編程語一言而不僅僅是一個軟件開發環境。LabVIEW為本課題提供了一個便捷、輕松的設計環境，利用它，我們可以像搭積木一樣輕松組建一個測量系統和構造自己的儀器面板，而無需進行任何繁瑣的計算機代碼的編寫。LabVIEW的控件模板中不僅提供了仿真度較高的各種儀器面板、按鈕、開關、指示燈、波形顯示器等電路器件，還提供了易使用的繪圖工具，教學輔助模板中又提供了各種波形信號發生器的仿真程序，在LabVIEW功能模板的布爾運算子模板中，包含著功能齊全的邏輯運算功能，因此可很容易地利用其制作醫用電子儀器的功能仿真及電路測試等實驗。
【發明內容】
[0006]本發明針對醫用電子儀器實驗室設備規模難以滿足眾多學生實驗需求、實驗設備容易損壞、實驗耗材消耗大等問題，提供一種基于虛擬儀器的醫用電子儀器仿真實驗教學平臺，本發明的技術方案為:
[0007]—種基于虛擬儀器的醫用電子儀器仿真實驗教學平臺，包括系統設置模塊、醫用電子儀器電路分析模塊、醫用電子儀器性能檢測模塊、虛擬測試儀器模塊和通信接口，所述系統設置模塊包括登錄權限設置、賬號登錄、系統關閉等系統功能，通過所述系統設置模塊可以登錄特定醫用電子儀器仿真實驗系統；所述醫用電子儀器電路分析模塊和醫用電子儀器性能檢測模塊可以調用虛擬測試儀器模塊中的虛擬儀器并利用所述通信接口采集的實時數據進行運行。
[0008]更進一步地，所述虛擬測試儀器模塊包括虛擬示波器、虛擬生理信號發生器、虛擬信號發生器和虛擬萬用表等虛擬常用儀器。
[0009]更進一步地，所述通信接口包括計算機PCI并行總線接口、USB串行接口和RS232串行接口。
[0010]更進一步地，所述醫用電子儀器電路分析模塊包括一個以上對應于所述特定醫用電子儀器的電路分析單元。如心電圖機可以設計常用的三要素法分析電路、放大電路分析和濾波電路分析等。有創血壓監護儀則設計常用的漏電流測量電路分析、校零校增益電路分析、低通濾波電路分析等。
[0011]更進一步地，所述醫用電子儀器性能檢測模塊包括一個以上對應于所述特定醫用電子儀器的測試單元。如心電圖機可以設計常用的ECG測試、心電圖機ImV定標、心電圖機走紙速度調節等。有創血壓監護儀則設計常用的有創血壓測試、傳感器校零、頻率響應測試、報警功能測試等。
[0012]在主系統程序中，主要是依靠運行時菜單設計來調用相應的菜單子程序，當主系統運行后，點擊菜單欄中的菜單選項，控件就會將該子菜單載入到當前窗口中，這種方法的優勢在于可以很方便的調用任意的功能子菜單，同時簡化主界面的UI設計，使界面更簡潔。仿真系統的數據源主要有兩個，一個是通過通信接口實時采樣數據到系統中使用；二是使用平臺實驗數據庫標準數據進行演示和分析。如果采用外部數據源，需要將數據保存為.txt文本文件，在系統界面中通過添加文件路勁控件實現標準數據的加載。
[0013]作為本發明進一步說明，所述系統主菜單通過運行菜單設計調用所述系統功能子菜單的主控件是WHILE循環控件及嵌入其中的事件結構控件。在程序設計中，設置事件結構響應菜單時，在事件結構邊框上按右鍵，彈出快捷菜單，選擇“編輯本分支所處理的事件”，彈出事件編輯對話框。進行如下選擇(I)事件源:〈本菜單〉；(2)事件“菜單選擇(用戶)”。然后在該事件結構的事件數據端口上按鼠標左鍵，選擇“項標識符”。(3)在事件結構內放上條件結構，將“項標識符”與條件結構的選擇端口相連。(4)將條件結構中的框圖標識符內容改為菜單編輯器中菜單項標識符中的內容。再將系統設置模塊、主菜單醫用電子儀器電路分析模塊、子菜單醫用電子儀器性能檢測模塊、虛擬測試儀器模塊依次添加到條件結構中，從而實現在主系統中的菜單欄對子程序的調用。
[0014]作為本發明進一步說明，還包括學生客戶端，所述學生客戶端安裝運行引擎后打開客戶端瀏覽器并按規定格式輸入發布生產的URL，就可以查看和控制各功能子菜單前面板。為了使學生在校園網的任意終端進行遠程瀏覽和操作仿真實驗教學平臺，自主、靈活地完成實驗任務，真正實現實驗教學的開放性和設備資源的共享性，基于LabVIEW的Web發布工具使設計的仿真實驗教學平臺在校園網范圍內實現資源共享，學生在校園網范圍內就可以通過打開指定的網址就可以實現遠程訪問和控制。只要主機上打開該菜單程序，客戶端才可以通過遠程方式查看和控制前面板。學生客戶端在瀏覽實驗教學平臺網頁時不需要安裝煩瑣的LabVIEW軟件，只需要安裝一個運行引擎Run-Time Engine即可。打開客戶端的瀏覽器并按規定格式輸入發布生產的URL，就能夠看到各功能菜單中程序前面板的網頁形式，并實現遠程的訪問和控制。
[0015]本發明的優點:
[0016]本發明利用LabVIEW軟件設計醫用電子儀器仿真實驗教學平臺的方法，創新性的將虛擬儀器技術應用在醫療器械類課程的實訓教學環節中，通過仿真訓練提高了學生醫療器械維修及檢測分析的技能，使教師和學生擺脫了設備單一，固定的現成儀器的束縛，有利于培養學生的創新思維和實踐能力。平臺多樣的數據采集方式也是實訓教學的開展更加靈活和多樣，可以更好地為教學服務，極大的提高了教學效果。同時平臺的運行也降低了試驗成本，有利于實驗設備的維護和更新。未來可以在該平臺的基礎上繼續拓展常見的醫用電子儀器設備，豐富教學實驗載體，為拓展虛擬儀器新的應用領域奠定基礎。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的實施例系統功能菜單框圖；
[0018]圖2為本發明的實施例運行時菜單程序框圖；
[0019]圖3為本發明的實施例三要素法分析電路分析程序效果圖；
[0020]圖4為本發明的實施例1mV定標功能后面板圖；
[0021]圖5為本發明的實施例放大電路后面板圖；
[0022]圖6為本發明的實施例放大電路效果圖；
[0023]圖7為本發明的實施例心電圖機走紙功能后面板圖；
[0024]圖8為本發明的實施例遠程瀏覽器預覽效果圖。
【具體實施方式】
[0025]實施例:
[0026]以心電圖機產品為例，一種基于虛擬儀器的醫用電子儀器仿真實驗教學平臺，包括系統設置模塊、醫用電子儀器電路分析模塊、醫用電子儀器性能檢測模塊、虛擬測試儀器模塊、通信接口和學生客戶端，所述系統設置模塊包括登錄權限設置、賬號登錄、系統關閉等系統功能，通過所述