便携式心电信号采集电路设计
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便携式心率采集系统设计学生:学号:指导教师:助理指导教师:专业:摘要随着生物医学工程技术的开展, 医学信号测量仪器日新月异。
生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益严密。
通过对人体各种生理信号的检测,能更好的认识人体的生命现象,这其中脉搏信号包含丰富的人体健康状况信息,从中提取的心率值对人体健康有着重要的参考作用。
本文采用光电反射式传感器, 设计了一套便携式可穿戴的获取和保存脉搏信号的系统。
本设计主要是基于STM32L低功耗单片机,利用光电传感器产生脉冲信号,经过放大整形滤波后,输入单片机内AD进展采样并将数字化后的脉搏信号和计算出的心率值保存在SD卡中。
后期通过上位机软件可以观测脉搏信号,对人体健康进展评估,因此该系统适用于保健中心、医院和家庭等场所。
本设计所设计的基于单片机的便携式心率采集系统对推进脉诊技术客观化和HRV研究具有积极的促进作用。
关键词:脉搏,单片机,光电传感器,脉冲信号,便携式ABSTRACTWith the development of the biomedical engineering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclusions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and puter nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete realization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and convenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words:Pulse, MCU, Photoelectric Sensor, Pulse Signal, Portable目录摘要IABSTRACTIII1 绪论11242 整体系统结构62.1 脉搏测量模块772.1.2 光电式脉搏传感器711131319213 系统软件设计233.1功能配置:233.2硬件相关配置:243.3文件系统配置:24325.总结33参考文献341 绪论随着人们生活水平的提高,地球环境遭到破坏,多种疾病威胁着人们的生命,而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。
便携式心电信号采集系统设计重庆大学硕士学位论文学生姓名:赵*指导教师:张思杰副教授专业:信号与信息处理学科门类:工学重庆大学通信工程学院二O一一年四月The Design of Portable ECG SignalAcquisition SystemA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theDegree of Master of EngineeringByZhao TaiSupervised by Ass. Prof. Zhang SijieMajor: Signal and Information ProcessingCollege of Communication Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril, 2011摘要心血管类疾病的发作具有突发性,难以预测性,致残致死的高度危险性,但是对于心血管类疾病的发现手段,目前来说主要是依靠心电信号。
心电信号是由心脏的电活动而产生并可反映出心脏生理功能变化信息的人体生物电信号。
因此,心电信息连续、准确、实时的采集,可对心血管类疾病的临床诊断提供重要的依据。
目前,心电信号的采集和处理技术仍然是研制多功能心电监护仪的关键技术。
本文在认真分析和调研的基础上,根据未来医疗监护器的发展趋势,将课题研究定位在设计一款便携、实时、准确的心电采集系统的解决方案上。
该方案将可编程逻辑器件(FPGA)和USB2.0技术应用到ECG心电信号采集系统中,它相比旧式的模拟心电监护仪有很多的优点:采用FPGA来代替传统设计上的MCU(微控制单元),不仅降低了开发成本,而且实现了系统的智能化、数字化和微型化;采用USB2.0接口,便于与PC机接口通信,实现了采集系统的便携式高速采集;采用微软基础类库(MFC)设计了客户端应用程序,操作界面更加友好,显示内容更加丰富,与A/D电路和USB接口电路的配合,组成了强大的人机交互系统,更便于心电信号的准确监测。
新时期便携式心电信号采集电路设计本文首先介绍了心电图产生机理和心电信号的参数特征,然后分析了电路系统原理与组成,最后具体阐述了便携式心电信号采集电路设计。
标签:便携式;心电信号;采集电路;设计心血管类疾病的发作具有突发性,难以预测性,致残致死的高度危险性,但是对于心血管类疾病的发现手段,目前来说主要是依靠心电信号。
心电信号是由心脏的电活动而产生并可反映出心脏生理功能变化信息的人体生物电信号。
因此,心电信息连续、准确、实时的采集,可对心血管类疾病的临床诊断提供重要的依据。
1 心电图产生机理在人体内,窦房结发出一次兴奋,按一定途径和时程,依次传向心房和心室,引起整个心脏兴奋。
因此,每个心动周期中,心脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。
这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上,使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化,即心电位。
若把测量电极放置在人体表面的一定部位,记录处心脏电位变化曲线,即常规心电图(Electrocardiogram,简称ECG)。
2 心电信号的参数特征心电信号是一种低频微弱双极性信号,主要成分集中在0.05-100Hz;幅度为10μV--4mV,典型值为1mV;信号源阻抗一般高达几千欧-几十千欧。
通常还混有其他生物电信号,有体外50Hz工频的干扰,仪器内部噪声和仪器周围电场、磁场、电磁场的干扰等,使得心电信号噪声背景较强,为采集和测量带来了难度。
放大器的温漂、皮肤电阻的变化、呼吸和人体运动,都会造成心电波形信号在某条水平线上缓慢地上下移动的“基线漂移”现象。
这些低频噪声主要集中于0.03-2Hz。
但是,心电信号中的ST段和Q波频率分量集中于0.05--2Hz;与上述低频噪声分量很接近。
因此,不可简单地把高通截止频率定为2Hz,否则将使心电信号的波形出现较大失真。
3 电路系统原理与组成图1所示是心电信号采集电路的系统框图,图中心电信号是用心电电极拾取的,送入前置放大器初步放大;输出的‘右腿驱动’作用于患者右腿上,用于消除心电信号中的共模信号;输出的‘屏蔽驱动’接到心电信号电缆的屏蔽层上,使屏蔽层电位追随其中信号线的电位,消除两者之间分布电容的影响,使输入信号不失真。
便携式心电监护仪中信号采集电路的设计
肖珊;柳仕飞
【期刊名称】《中国高新技术企业》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】本文介绍了一种便携式心电监护系统中信号采集电路的设计.该信号采集电路具有采集心电信号和检测R波等功能.采用AD620作为放大器核心元件,使系统具有低噪音、低漂移和高信嗓比等优点,而且成本低廉,体积小,使用方便.
【总页数】2页(P80,84)
【作者】肖珊;柳仕飞
【作者单位】江西医学院上饶分院;上饶师范学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN4
【相关文献】
1.便携式心电仪信号采集电路的设计研究 [J], 唐云;李艳芳;李荣
2.远程心电监护系统中信号采集电路的设计 [J], 管庶安
3.便携式心电信号采集电路设计 [J], 秦振华;夏斌;谢宏;杨文璐
4.基于蓝牙的便携式心电监护仪的设计 [J], 黄艺聪
5.用于远程无线心电监护仪的心电信号采集电路的设计 [J], 张石;王军辉;张帷;董建威
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心电信号的采集和便携式心电图机的设计1. 本文概述心电图(ECG)作为一种监测心脏活动的重要工具,对于诊断心脏疾病具有至关重要的作用。
随着医疗技术的进步和人们对健康管理的日益重视,心电信号的准确采集和便携式心电图机的设计成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨心电信号的采集原理、技术挑战以及便携式心电图机的设计要点,以期为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考。
本文将详细阐述心电信号的生理基础,包括心脏的生物电现象、心电信号的生成机制及其在临床诊断中的应用。
这部分内容将为读者提供心电信号采集的必要背景知识。
本文将深入分析心电信号的采集技术。
这包括传统的电极式采集方法、无创光学成像技术、以及新兴的无线传感技术。
每种技术都有其独特的优势和局限性,本文将对这些技术进行全面的比较和讨论。
接着,本文将聚焦于便携式心电图机的设计。
这部分将涵盖硬件设计、软件算法、数据传输和存储、用户界面等多个方面。
特别地,本文将重点关注如何优化设计以实现高准确度、低能耗和良好的用户体验。
本文将探讨便携式心电图机在临床应用中的挑战和未来发展趋势。
这包括如何提高设备在复杂环境下的稳定性、如何实现数据的远程监控和分析,以及如何整合人工智能技术以提升诊断的准确性和效率。
总体而言,本文将系统性地介绍心电信号的采集原理、技术挑战以及便携式心电图机的设计要点,旨在为心电信号采集和心电图机设计领域的研究和实践提供全面的指导和参考。
2. 心电信号基础心电信号(Electrocardiogram, ECG)是心脏电生理活动的一种表现,它反映了心脏在收缩和舒张过程中的电变化。
心电信号的采集和分析对于心脏疾病的诊断、治疗和预防具有重要意义。
本节将介绍心电信号的基本知识,包括其产生机制、波形特征以及生理意义。
心电信号的产生源于心脏的生物电活动。
心脏由心房和心室组成,其收缩和舒张是由心脏的起搏系统(主要包括窦房结、房室结、希氏束和浦肯野纤维)控制的心肌细胞电活动引起的。
基于蓝牙技术的便携式心电采集设备设计引言心电图(Electrocardiogram,简称ECG)是记录心脏活动的一种重要工具,广泛应用于医疗领域。
传统的心电图设备体积庞大、使用不便,限制了其在实际使用中的灵活性。
为了解决这个问题,本文设计了一款基于蓝牙技术的便携式心电采集设备,旨在提供一种更加灵活方便的心电图监测解决方案。
设计目标本文设计的便携式心电采集设备具有以下目标: 1. 小巧轻便的设计,便于携带和使用; 2. 通过蓝牙技术实现设备与手机等终端的无线连接; 3. 提供稳定可靠的心电数据采集和传输功能; 4. 简化操作流程,提高用户友好性。
设计原理便携式心电采集设备由两个主要模块组成:心电信号采集模块和无线传输模块。
下面将详细介绍每个模块的设计原理。
心电信号采集模块心电信号采集模块是便携式心电采集设备的关键组成部分,它负责采集用户的心电信号并进行处理。
设计中使用一对心电电极将用户的心电信号引导到放大器中,再经过滤波器和放大器进行信号处理。
最后,经过模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号。
无线传输模块无线传输模块采用蓝牙技术实现设备与手机等终端的无线连接。
该模块选用蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy,简称BLE)技术,既能实现较远距离的传输,又能有效节省能量。
通过与手机等终端的蓝牙连接,用户可以实时监测心电信号并进行数据处理和存储。
设备设计与实现基于以上设计原理,本文设计了一款基于蓝牙技术的便携式心电采集设备。
设备的外观小巧轻便,便于携带。
设计中采用了先进的心电信号处理算法,保证了采集到的心电信号的稳定性和准确性。
同时,通过蓝牙技术,设备与手机等终端实现了无线连接,提供了更加便捷的心电信号监测和处理方式。
使用方法使用该便携式心电采集设备非常简单。
用户只需要将设备与手机等终端进行蓝牙连接,打开相关的心电监测应用程序,即可实时监测心电信号。
同时,用户可以通过应用程序进行心电信号的数据处理和存储,提供了更多的功能和便利。
目录第1章绪论 (1)研究背景 (1)设计任务 (1)论文内容安排 (2)本章小结 (2)第2章ECG Holter的原理 (3)ECG的介绍 (3)2.1.1 ECG的产生机理及意义 (3)2.1.2 ECG信号的特点 (3)导联系统 (4)2.2.1 导联的定义 (4)2.2.2 十二导联系统的推导方法 (4)ECG Holter系统的构造 (5)本章小结 (7)第3章系统的总体设计 (9)系统结构总揽 (9)模块功能简述 (9)本章小结 (10)第4章模拟电路的设计 (11)模拟电路框图 (11)放大器的选取 (11)电路分析与计算机仿真 (16)4.3.1 高频滤波网络 (16)4.3.2 前置放大电路 (17)4.3.3 右腿驱动电路 (18)4.3.4 高通滤波电路 (19)4.3.5 低通滤波电路 (21)4.3.6 陷波电路 (22)4.3.7 主放大器 (25)4.3.8 滤波放大电路的总体仿真 (25)4.3.9 QRS检测电路 (28)实物电路调试 (30)本章小结 (33)第5章数字电路的设计 (34)数字电路框图 (34)器件的介绍及应用 (34)5.2.1 CY7C68013A (34)5.2.2 SD卡 (35)5.2.3 LCD模块 (37)5.2.4 E2PROM (37)5.2.5 实时时钟 (38)5.2.6 A/D转换器 (38)5.2.7 按钮模块 (39)5.2.8 数字系统原理图 (39)本章小结 (40)第6章电源管理电路的设计 (41)电源管理芯片的介绍及应用 (41)电源芯片的测试 (41)系统功耗的计算 (42)本章小结 (42)第7章系统软件的设计 (43)软件流程图的简介 (43)本章小结 (44)第8章结论 (45)系统性能评价 (45)工作展望 (45)本章小结 (46)致谢 (47)参考文献 (48)(美)Charles Kitchin, Lew Counts著,冯新强等译. 仪表放大器应用工程师指南(第二版)[M]. Analog Devices ,Inc. 2005,Technical Reference Manual Version , 2005, Devices产品数据手册,产品数据手册,Semiconductor产品数据手册,产品数据手册,产品数据手册,附录一模拟电路原理图 (48)附录二数字电路原理图 (49)摘要要在不影响病人日常活动的情况下,检测心律失常病人偶发性的病变ECG波形,必须依靠能储存大容量数据的便携式动态心电监护仪(ECG Holter)。