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문제 정의
- 본 논문에서는 기존의 마이크로프로세서 기반[5]에서 제한적인 문제를 극복하기 위하여 FPGA를 이용하여 ECG 시뮬레이터를 제안하고 그 결과를 실험을 통하여 검증하고자 한다. 시뮬레이터의 ECG신호는 신호 데이터를 생석하기 위하여 기존의 10bit 양자화로 획득한 후 실 데이터로 사용할 때에는 1kHz의 샘플링과 8비트 분해능으로 양자화 하였다.
제안 방법
- ECG 데이터는 PC에서 Labview를 이용하여 전송 프로그램을 구현하였으며 전송속도는 9600와 데이터 8비트 그리고 스톱 1비트로 에러검출비트는 사용하지 않고 전송하였다. DAC변환기는 0-5[V]를 얻을 수 있도록 OP-amp를 이용하여 조절 가능하도록 하였다.
- FPGA를 이용한 제안한 시스템은 그림4와 같이 PC에서 저장된 데이터를 RS-232 전송를 이용하여 MAX-232를 통하여 Spartan-3 FPGA로 전송되면 전송된 데이터는 DAC0808를 통하여 LF356으로 출력할 수 있도록 하였다. ECG 데이터는 PC에서 Labview를 이용하여 전송 프로그램을 구현하였으며 전송속도는 9600와 데이터 8비트 그리고 스톱 1비트로 에러검출비트는 사용하지 않고 전송하였다. DAC변환기는 0-5[V]를 얻을 수 있도록 OP-amp를 이용하여 조절 가능하도록 하였다.
- FPGA를 이용한 제안한 시스템은 그림4와 같이 PC에서 저장된 데이터를 RS-232 전송를 이용하여 MAX-232를 통하여 Spartan-3 FPGA로 전송되면 전송된 데이터는 DAC0808를 통하여 LF356으로 출력할 수 있도록 하였다. ECG 데이터는 PC에서 Labview를 이용하여 전송 프로그램을 구현하였으며 전송속도는 9600와 데이터 8비트 그리고 스톱 1비트로 에러검출비트는 사용하지 않고 전송하였다.
- 본 논문에서는 xilix사의 Spartan-3 키트를 이용하여 ECG 시뮬레이터를 구현하고 8bit 데이터를 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환 후에 LF356 증폭기를 이용하여 원하는 레벨로 선택할 수 있도록 하였다. Labview 프로그램을 이용하여 저장된 ECG 데이터를 시리얼 전송 방식을 사용하여 전송할 수 있도록 하였으며 FPGA에서는 입터럽트 방식을 사용하여 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC통하여 아날로그 ECG 신호를 출력하도록 하고 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다. 설계된 시스템의 평가를 위하여 기존의 심전도 입력 사용하여 출력신호를 비교 평가한 결과 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
- 직렬전송 프로그램은 Labview로 구현하였으며 저장된 데이터를 불러와서 1byte씩 전송하고 제일 앞에는 ECG신호를 FPGA로 전송하고자 할 때 PC에서 저장된 데이터를 전송버튼을 선택하면 FPGA에서 인터럽트 발생하여 수신하도록 통하여 FPGA로 전송하고 그 데이터를 DAC를 통하여 아날로그 형태의 신호로 변환 및 증폭할 수 있도록 구성하였다. PC에서 FPGA의 시리얼 전송 프로토콜과 데이터 전송의 흐름도를 나타냈었으며 FPGA에서 인터럽트를 이용하여 전송신호가 있는 경우 우선순위를 체크하여 메모리 버퍼로 저장할 수 있도록 하였다. 저장된 데이터를 DAC를 통하여 아날로그 ECG 신호로 변화하게 되며 심전도 계측에 적합한 신호로 증폭할 수 있도록 하였다.
- 본 논문에서는 xilix사의 Spartan-3 키트를 이용하여 ECG 시뮬레이터를 구현하고 8bit 데이터를 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환 후에 LF356 증폭기를 이용하여 원하는 레벨로 선택할 수 있도록 하였다. Labview 프로그램을 이용하여 저장된 ECG 데이터를 시리얼 전송 방식을 사용하여 전송할 수 있도록 하였으며 FPGA에서는 입터럽트 방식을 사용하여 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC통하여 아날로그 ECG 신호를 출력하도록 하고 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다.
- 본 논문에서는 기존의 마이크로프로세서 기반[5]에서 제한적인 문제를 극복하기 위하여 FPGA를 이용하여 ECG 시뮬레이터를 제안하고 그 결과를 실험을 통하여 검증하고자 한다. 시뮬레이터의 ECG신호는 신호 데이터를 생석하기 위하여 기존의 10bit 양자화로 획득한 후 실 데이터로 사용할 때에는 1kHz의 샘플링과 8비트 분해능으로 양자화 하였다. 제안 시뮬레이터는 xilix Spartan-3를 이용하여 구현하였으며 PC와 설계 FPGA 시뮬레이터 간에 RS-232를 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.
- PC에서 FPGA의 시리얼 전송 프로토콜과 데이터 전송의 흐름도를 나타냈었으며 FPGA에서 인터럽트를 이용하여 전송신호가 있는 경우 우선순위를 체크하여 메모리 버퍼로 저장할 수 있도록 하였다. 저장된 데이터를 DAC를 통하여 아날로그 ECG 신호로 변화하게 되며 심전도 계측에 적합한 신호로 증폭할 수 있도록 하였다.
- 제안 시뮬레이터는 xilix Spartan-3를 이용하여 구현하였으며 PC와 설계 FPGA 시뮬레이터 간에 RS-232를 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다. 전송된 데이터는 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC통하여 아날로그 ECG 신호를 출력하도록 하고 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다. 설계된 시스템의 평가를 위하여 기존의 심전도 입력 사용하여 출력신호를 비교 평가한 결과 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
- 시뮬레이터의 ECG신호는 신호 데이터를 생석하기 위하여 기존의 10bit 양자화로 획득한 후 실 데이터로 사용할 때에는 1kHz의 샘플링과 8비트 분해능으로 양자화 하였다. 제안 시뮬레이터는 xilix Spartan-3를 이용하여 구현하였으며 PC와 설계 FPGA 시뮬레이터 간에 RS-232를 통하여 데이터를 전송할 수 있도록 하였다. 전송된 데이터는 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC통하여 아날로그 ECG 신호를 출력하도록 하고 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다.
- 직렬전송 프로그램은 Labview로 구현하였으며 저장된 데이터를 불러와서 1byte씩 전송하고 제일 앞에는 ECG신호를 FPGA로 전송하고자 할 때 PC에서 저장된 데이터를 전송버튼을 선택하면 FPGA에서 인터럽트 발생하여 수신하도록 통하여 FPGA로 전송하고 그 데이터를 DAC를 통하여 아날로그 형태의 신호로 변환 및 증폭할 수 있도록 구성하였다. PC에서 FPGA의 시리얼 전송 프로토콜과 데이터 전송의 흐름도를 나타냈었으며 FPGA에서 인터럽트를 이용하여 전송신호가 있는 경우 우선순위를 체크하여 메모리 버퍼로 저장할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
- 그림 6는 제안 시스템의 출력과 기존의 심전도 출력을 비교한 것이다. 첫 번째 신호는 제안 시스템의 출력 신호로 500mV이하의 신호이다. 두 번째는 심전도로부터 획득된 ECG로 증폭 및 필터를 통과한 결과로 2v로 출력됨을 보였다.
데이터처리
- 그림 5는 제안 FPGA를 이용한 ECG 시뮬레이터를 구현한 하드웨어를 보여 주고 있으며 PC에서 전송된 데이터를 Spartan-3 FPGA 키트를 이용하여 구현하였으며 시뮬레이터 결과를 측정하고자 심전도 시스템의 입력으로 사용하여 ECG파형과 미분회로의 출력을 확인함으로 제안 시스템의 성능을 평가하였다.
성능/효과
- 첫 번째 신호는 제안 시스템의 출력 신호로 500mV이하의 신호이다. 두 번째는 심전도로부터 획득된 ECG로 증폭 및 필터를 통과한 결과로 2v로 출력됨을 보였다. 그림 7은 심전도에서 획득된 신호를 미분회로를 통과하여 QRS파의 최대값이 잘 표현됨을 알 수 있었다.
- 전송된 데이터는 메모리에 저장하고 저장된 데이터는 DAC통하여 아날로그 ECG 신호를 출력하도록 하고 버튼 수위를 통하여 심박수(HR)를 UP-DOWN할 수 있도록 하였다. 설계된 시스템의 평가를 위하여 기존의 심전도 입력 사용하여 출력신호를 비교 평가한 결과 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
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