用ARM7对多参数监护仪中心电信号处理的研究
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基于STM32的脉搏心率检测仪的信号处理算法与实时心率监测实现脉搏心率检测仪是一种能够检测人体脉搏和计算心率的设备。
在这个任务中,我们将探讨基于STM32的脉搏心率检测仪的信号处理算法和实时心率监测实现。
一、信号处理算法信号处理算法是脉搏心率检测仪的核心,它能够从人体的脉搏信号中提取出心率信息。
以下是一个基于STM32的脉搏心率检测仪信号处理算法的示例:1. 利用ADC采集模块获取脉搏信号:STM32通过ADC采集模块可以将模拟信号转换为数字信号。
我们需要将脉搏信号连接到STM32的ADC输入引脚,并设置ADC的采样频率和分辨率,以获取准确的脉搏信号。
2. 预处理脉搏信号:通过预处理脉搏信号可以去除噪声和基线漂移。
这可以通过使用数字滤波器和差分运算来实现。
例如,我们可以使用低通滤波器去除高频噪声,并使用高通滤波器去除低频噪声。
差分运算可以帮助提高信号的边缘性。
3. 提取脉冲峰值:在脉搏信号中,心脏搏动会导致信号的峰值。
我们可以使用峰值检测算法来提取出脉冲峰值。
一种简单的方法是找到信号中的极大值点。
通过计算两个相邻极大值点之间的时间间隔,我们可以得到一个粗略的心率值。
4. 心率计算和平滑滤波:通过上述步骤,我们得到了脉冲峰值的时间间隔,然后可以通过简单的算法将其转换为心率值。
此外,为了提高心率值的准确性,我们还可以应用平滑滤波算法。
例如,我们可以使用移动平均滤波器来抑制心率值的突变。
二、实时心率监测实现实时心率监测是脉搏心率检测仪的另一个重要功能。
以下是一个基于STM32的实时心率监测实现的示例:1. 显示实时心率值:使用STM32的LCD显示屏或者其他合适的显示设备,将实时心率值显示出来。
可以通过GPIO引脚连接到相应的显示设备,根据心率值的变化实时更新显示。
2. 设置心率阈值报警:对于一些特定应用场景,我们可以设置心率的阈值范围,并在心率超过或低于设定阈值时触发报警。
通过使用STM32的GPIO引脚连接到蜂鸣器或者应急设备,当心率超出设定阈值时触发报警。
简易心电图仪摘要:本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心,由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。
利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。
采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。
设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰,提高了放大器的共模抑制比。
单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。
最终达到各项指标的要求,实现了低功耗的特点。
关键字:示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532目录一、绪论 (3)(一)研究背景 (3)(二)心电图仪的发展现状 (3)(三)研究意义 (4)二、总体设计 (4)(一)便携式要求 (4)(二)设计框图 (5)三、硬件设计 (5)(一)电极的选择 (5)(二)导联方式的选择 (6)(三)放大电路 (7)(四)滤波网络 (8)四、软件设计 (9)(一)软件设计框图 (9)(二)程序源代码 (11)五、测试 (11)(一)测试仪器 (11)(二)系统测试 (11)(三)测试结果 (12)附录 (13)附录一 (13)附录二 (13)一、绪论(一)研究背景有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者,在较长时期内都离不开心电监护系统;或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数,以捕捉某一瞬间出现的症状;也有些偏远地区的医院遇到疑难病症,病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。
基于上述情况,开放一种便携的家用心电图仪,使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号,以备医生检查需求。
本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。
(二)心电图仪的发展现状20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长,回放系统使用了计算机,并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变,打印系统已经普遍配备激光打印机。
20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。
ARM处理器LPC2210在脑血氧监测仪中的应用摘要:实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器,讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现,使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制,并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。
仿真结果表明,该滤波器带宽的可调范围为1~26 MHz,阻带抑制率大于35 dB,带内波纹小于0.5 dB,采用1.8 V电源,TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真,功耗小于21 mW,频响曲线接近理想状态。
关键词:ButteARM处理器LPC2210在脑血氧监测仪中的应用氧是人体新陈代谢的重要物质,脑组织新陈代谢率高,耗氧量占全身总量的20%左右。
在心脑血管疾病及脑外伤病人的临床抢救与治疗中,如果缺乏对脑组织供氧的监护手段,就有可能造成脑组织神经功能的丧失或损害。
因此,提供一种连续监测大脑供氧状况的临床设备,对提高心脑血管和脑外伤等多种疾病的诊断和治疗具有重大意义。
在健康监护和临床诊断中,对脑组织血氧参数的监测是不可缺少的。
本文即应用ARM微处理器开发了一种带有网络通信功能的嵌入式脑组织血氧参数监测设备。
系统硬件设计整个硬件系统由脑血氧检测探头脉冲驱动电路、滤波放大电路、LPC2210系统及接口电路组成。
由LPC2210产生PWM脉宽调制信号,经探头脉冲驱动电路放大,用于驱动探头的光源发光,并产生周期性的光信号。
探头中的光电传感器采集含有脑组织血氧信息的光信号,经光电转换产生电信号。
滤波放大电路将得到的电信号进行低通滤波和信号放大。
LPC2210对放大后的信号进行A /D转换,并进行数字处理,同时通过接口电路扩展键盘、LCM图形液晶显示、RS232串口和以太网接口,用于整个系统的控制、显示、与上位机(PC机)的通讯以及网络通信。
其系统框图如图1所示。
LPC2210系统及接口电路LPC2210是飞利浦公司基于一个16/32位ARM7内核的微控制器。
文献综述一、目的和意义便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。
未来,还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。
多年来,心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用,它们所记录的心脏活动时的生物电信号,已成为临床诊断的重要依据。
目前,检测心率的仪器虽然很多,但是体积大,功耗大,不易于携带。
有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差,开发成本高,价格昂贵,即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。
如果心率监测的仪器能够做到体积小,制作成本和销售价格低、操作简单,能被普通家庭患者接受,这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。
因此,设计一种成本低廉,可随身携带,可长时间记录,显示和存储心率值,可和微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。
基于此,本文探究研发了一种体积小,操作简单,适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。
二、国内外现状心电监护(ECG Telemonitor)的历史,可以追溯到上世纪初。
1903年,“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线,记录了世界上第一份完整人体心电图,这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。
其后数十年间,伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行,心电采集和监测技术得以迅猛发展。
最早,医务人员对ECG的监测和需求,是从危重病人抢救开始的。
1933年Hooker首次进行实验动物心脏复苏,通过密切观察心脏跳动状况,来总结和判断病人的危重抢救效果。
1943年Claude Beek首次在手术室内实施电除颤,开始ECG的监测和临床应用。
1952年Zoll首次推出心脏起搏术,通过对心脏功能未完全恢复的病人进行起搏、监护,使病人得以康复。
1956年体外除颤仪问世,提高了危重病人抢救的存活率。
1960年Kauwenhoven报道胸外心脏按摩有效,心脏复苏技术日渐成熟。
1960年研发的持续床边ECG监测仪,能够适时不断地监护病人的ECG状况,使得心脏病人及危重病人得以密切和连续的被观察,同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连续的分析和判断。
基于单片机智能健康监护仪设计一、研究意义随着生活水平的不断提高,人们对健康保健和常规检查越来越重视。
而且社会老龄化的不断加剧,老年人健康问题也成为了深受社会关注的问题。
但是目前的医疗设施水平还远远不能满足社会需求。
因此,研究一种新的医疗设备势在必行。
智能健康监护仪就成为解决上述问题的有效途径。
本文研究的智能健康监护仪可以实现对病人血压、体温、心电、心音、脉搏等参数的实时监护,具有良好的可扩展性和灵活性。
本智能健康监护仪可对多项人体生理参数(体温、血压、脉搏、心电、心音)进行采集和分析,从中得到关于用户健康状况的信息。
同时,本系统还可通过多种接口将信息传送至PC,并可以通过3G网络将信息发送至手机等移动式设备。
本产品扩展性强、便携、易用,在个人保健等方面有较好的发展前景。
二、研究内容在参阅大量相关文献的基础上,研制一款便携式的智能健康监护仪。
该智能健康监护仪能对患者进行实时监护,包括对心电、心音、脉搏、体温等生理信号的采集、显示、分析处理、网络传输等。
该监护仪能通过因特网实时的将数据传输到监护中心,以实现远程实时监护,监护中心端软件实现包括对各病人生理信号数据的接收、显示、管理、分析处理等。
本项目研究包括心电、血压、脉搏、体温、呼吸、脑电等生命指征信号提取、识别及传输方法;研制人体生命指征信号检测处理模块;开发基于远程医疗信息交互系统。
本项目采用3G技术,设计一种创新型的网络式监护装置,是一种创新型的智能健康监护仪。
智能健康监护仪由专用传感器构成,传感器对所需要监测的人体生理指标比如血压、脉搏、体温、心电、心音等数据进行采集。
通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心,由专业医疗人员对数据进行统计观察,提供必要的信息反馈和咨询服务,实现智能健康监护。
此款智能健康监护仪具有外观精致,小巧玲珑,便于携带,操作方便、简单,检测准确,性价比高等特点。
它使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间,在获得较准确的测量指标的同时,免除人们在家庭与医院之间奔波的劳苦。
基于STM32的脉搏心率检测仪的信号处理算法研究近年来,随着人们对健康意识的增强,心率监测设备日益受到关注。
基于STM32的脉搏心率检测仪作为一种便携式心率监测工具,在实际生活中得到了广泛应用。
本文旨在研究基于STM32的脉搏心率检测仪的信号处理算法,以实现准确、可靠的心率监测。
首先,我们需要明确脉搏心率监测的原理。
脉搏心率检测是通过检测人体动脉中的脉搏波形来计算心率。
具体而言,通过传感器收集到的心电信号经过预处理,滤波、特征提取和心率计算等步骤,最终得到心率值。
预处理是信号处理的首要步骤,它主要包括信号放大、滤波和去除噪声等过程。
在STM32中,可以通过模拟输入通道和ADC模块进行信号放大和转换。
对于心电信号而言,考虑到频率范围较窄且存在较多的干扰,一般会采用带通滤波器对信号进行滤波以去除高频噪声和低频干扰。
接下来是特征提取阶段,主要目的是提取脉搏波的特征参数以用于心率计算。
脉搏波形通常包含收缩期和舒张期两个主要阶段,通过检测波形中的峰值和谷值,并计算时间间隔,可以得到脉搏波形的周期和幅值等参数。
最后是心率计算,通过特征提取得到的参数,可以利用简单的数学模型或者更复杂的算法来计算心率值。
常见的方法包括计数法、峰值检测法和互相关法等。
对于基于STM32的脉搏心率检测仪而言,为了实时性和计算效率,可以选择简化的计数法来进行心率计算。
需要注意的是,为了提高算法的准确性和稳定性,我们可以结合传感器校准、自适应滤波和噪声抑制等技术。
传感器校准可以通过校正系数对信号进行修正,以减少因硬件差异而引入的误差。
自适应滤波可以根据实时采集到的信号动态调整滤波参数,以适应不同频率特征的信号。
噪声抑制技术可以通过统计分析和信号处理方法减少噪声对心率计算的影响。
除了上述基本的信号处理算法,还可以考虑使用机器学习算法来进一步提高心率监测的准确性。
通过大量的数据训练模型,可以建立更复杂的模型来识别和分析心电信号。
常见的机器学习方法包括支持向量机、人工神经网络和决策树等。
用ARM7对多参数监护仪 中心电信号处理的研究
胡秀材邹任玲 (上海理工大学医疗器械学院(原上海医疗器械专科学校),上海200093) 〔文章编号)1002一2376 (2004) 10 - 00()卜03(中图分类号〕TH772十.2〔文献标识码)A 〔摘要〕介绍一种利用ARM7嵌入式处理器,通过Hitool for ARM开发环境下的C语言程序设计,对心电参数模块进行串口控制和通讯的详细方法,对数据处理后进行显示,并能通过键盘控制进行存储和网络发送。 〔关键词)心电信号;串口通信;ARM7
嵌人式系统已经广泛应用于各种通讯、电信、交通、军事、工业自动化、医疗等行业,尤其在国外医疗行业的应用已经比较成熟。在国内,对38家医院的调查中,有嵌人式医疗器械设备973件,产品型号498个,仪器类型包含临床应用的影像、监护、治疗、检验等方面川。 嵌人式系统具有低功耗、体积小,集成度高、生命周期较长等特点,能够把通用CPU中许多由卡板完成的任务集成在芯片内部,从而使利用嵌入式智能平台设计的仪器趋于小型化,它还可以通过串行、红外、无线等多种连接方式实现多种通信。 多参数监护仪是医院的常规设备之一,广泛用于ICU, CCU、病房、手术室。从多参数监护仪的发展来看,除了新的传感检测技术不断运用推广之外,对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。而嵌入式系统应用于多参数监护仪中的各种检测参数的处理,具有软件代码小,存储容量大,高度自动化,响应速度快,体积小,数据采集准确,便于网络传输的特点,特别适合于要求实时和多任务的系统控制,是多参数监护仪进一步智能化、专业化、小型化、低功耗的发展新方向。 本文详细介绍一种利用ARM7嵌人式处理器,通过PC机运行的Hitool for ARM开发环境下的C语言程序设计,对心电参数模块进行串口控制和通讯的详细方法,并在LCD上显示心率及心电波形等参数,同时通过键盘控制进行存储和网络发送。1硬件设计1.1系统硬件总体设计 七通道心电检测模块(Ime一Conrad ECG 700)本
收稿a斯:2004一07一23
身带有一个串口,通过该串口的数据在以ARM7为内核的S3C44BOX开发板上进行处理。该输人信号从串口1送到ARM7中央处理器,通过多任务调度,进行实时数据处理,并在LCD上实时显示心电信号的图形和数值,还可以由开发板的外部键盘控制,进行存储和网络发送,并对导联脱落设置报警。其硬件系统组成框图如图1所示。
圈I系统的硬件组成棍圈1.2心电模块与S3C44BOX开发板串行接口设计
硬件接口采用标准RS-232C异步串行接口,该串口将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位)地传送。数据的各不同位可以分时使用同一传输通道,因此在实际异步串行通信中,串口v0可以减少信号连线,本设计选用发送(TXD)、接收(RXD)和地线的三线方式,其他的握手信号直接悬空。 要实现心电模块与S3C44BOX开发板之间的串口通信,必须使两者采用相同的数据传输方式,它们通信的数据格式如下:波特率为19200妙,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验位(通信协议具体可见心电模块手册)。
医疗装备2004第10期
万方数据2软件设计2.1系统软件总体设计 利用PC机运行的Nitool for ARM开发环境下调试程序:首先运行系统、Memory及v0端口的初始化程序(我们命名为44binit.S, 44b]ib.C),然后跳转到主程序(名为科btest. C ),接着调用串口读人程序(名为Uart. C ),读人数据,并对数据进行处理后,再调用显示程序(名为44bled. C );这样,各种数据就实时地采集进来,并在LCD上显示心率及心电波形等。同时采用外部中断方式,调用键盘控制程序(名为44bkeyb.C)进行识别所按下的键,根据键盘的控制执行相应的任务。例如:按存储键进行数据存储,按翻页键可以调出相应的存储数据并进行显示;按发送键进行网络传输等。程序主要用C语言编写,将调试结束后的应用程序写人S3C44BOX开发板上的Flash中,系统加电以后,首先运行Flash 0地址的引导程序,引导程序完成CPU的初始化,然后,将应用程序从Flash复制到SDRAM中,从SDRAM中开始运行。2.2串口的处理2.2.1 S3C44BOX开发板的串行口寄存器设置 S3C44BOX开发板自带两个独立的异步串行1/0端口,各带有16字节的FIFO(先入先出寄存器),最大波特率115.2Kbps,波特率的大小可编程。在1/0端口初始化程序(44blib. C )中,定义Uart-Init函数,根据S3C44BOX芯片手册,主要配置了以下串行口寄存器: (1) UART线性控制寄存器ULCONn,本设计采用标准模式,故位6设为“0"采用无校验位方式,故位5一3设为"(=;采用1位停止位,故位2设为‘℃,’;采用8位数据位,故位1和0设为“11"0本设计采用UARTI为接收串口,因此,ULCONI =
00. (2) UART控制寄存器UCONn,本设计采用电平接收方式,故位8设为“1;;对读写状态中错误类型能产生中断,故位6设为“1";采用接收/发送的类型为顺序查询方式,故位3一0设为“0101"。因此,UCON1=0x245. (3) UART先进先出控制寄存器UFCONn,本设计在接收时选用先进先出方式,故位0设为“1"。因此,UFCONI=0x1。 (4) UART波特率寄存器UBRDIVn,该寄存器为十六位,在4OMHz的情况下,当波特率取19200时,按照公式UBRDfVn二(round-off) (MCLK/ (bps x 2
16))一1(其中MCLK是系统频率)计算出 UBRDIVn=(int) (40000000/(19200 x 16)+ 0.5)一1二130一1=129 = 0x81.2.2.2串口接收及处理程序
串口程序主要用于数据的读人和处理。心电模块发送数据时为上电模式,S3C44BOX开发板不断地接收从心电模块发送的数据,接收数据的方式有很多种,考虑到键盘和网络都使用到外部中断,必须使用中断服务程序,按照软件设计中“高内聚、低祸合”的原则,在这次设计的串口读人程序中采用了顺序查询方式,以使主程序尽量减少中断服务程序,以达到增加运行速度、实时效果更好的目的。 数据接收过程为:调用Uart-Getch()函数读人N个字符,以数组的方式放置在SDRAM中,然后进行数据处理,串口程序流程如图2所示。数据处理过程为:找出数据头253, 254分别定为起始数据,按照心电模块发送数据规则,将读人的呼吸率和心率值(1 min发送一次)送LCD以数字方式显示;接着找出数据头251定为起始数据,并将读人的decgl, decg2,dec户,以时间为自变量,分别放在LCD上的不同位
UAWTl接收数据清空寄存器中的数据 UART1读人数据
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图2串口程序流程圈置以显示心电波形。在这次数据处理程序设计中,考
虑了传送与接收过程中可能出现的数据出错现象,将可能出错的数据滤去,我们设计一幅屏保图片,一旦出现上述情况,即显示该图片,同时若出现导联脱落的情况,就连到-IIS,进行报警。 在PC机上Hitool for ARM开发环境下,数据从串口读人的界面。在44b lib. C程序中部分源代码如下:void Uart-Init(){……rUFCON 1=Oxl;//FIFO enabled
rULCON 1=00;rUCON 1=0x245;Medical Equipment Vol. 17, No. 10
万方数据离心机速度不稳的故障排除杨尚游(中南大学湘雅医学院,湖南长沙410078)
故障现象:离心机是医院和科研机构必不可少的(4)电机转子与整流子之间有碳粉或碳刷本身不重要设备之一,它的好坏直接影响到被离心物的离心良等。质量。本人在检修一台速度不稳的离心机时,发现无本着先易后难的修理原则,首先测量可调电阻,论是高速还是低速都不稳定。阻值随调节而有规律的变化,证明电位器是好的。再 故障检修:该离心机是一台直流式调速电机,其测量可控硅也未发现问题。在测量四只整流二极管速度的快慢是通过可调电阻改变可控硅的导通角度,时,发现有一只时好时坏,由于该二极管是大电流金再由可控硅控制整流后到达电机两端的电压,以达到封管。一端上螺丝紧固在电路板上,另一头用线焊接控制速度的目的。电机转速不稳,从原理上分析,以到电路板上。从电路板上拆下时,发现正负极有松动下四种情况都有可能。现象,再一边测量一边摇动,证实该二极管时好时 (1)可调电阻,因可调电阻安装在控制面板上,坏。由于该管型号无法看清,就把同规格的管子装使用频率非常高,时间长了,出现接触不良的情况很上,通电开机转速很快,认为刚装的管子击穿,拆下普通。测量完好无损。测量其他三只二极管也正常。但就在 (2)可控硅出现问题的也不少,通常是击穿短比较测量时,发现两种型号的二极管正负极性完全相路,开路,不能触发或内部接触不良等。反(即上螺丝的一端有正极性的,也有负极性的)〕 (3)四个整流二极管中的某一只有问题。所以在安装时一定要注意最好用同型号的,同规格的—一一元件。当换上同规格同型号的元件时,通电试机,一收稿日期:2004-07一06切恢复正常。
心017-MITIO,望加华白望已池望孙知望“望.亏卜电叭地望协‘望a}望.x望.w赞的q'}望a6货x+jF}望a刃}}p.}望种jP}望'e望范‘望的赞确望加望望dc望a}赞}亦叭妇 }认c,协冶如3望洲望训梦的达电咖细望的 4TIKI叭rUBRDIV 1for ( i==0;}
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(rUTR5TAT1&0x1));//Receive data
rURXH 1;
3结束语 本文介绍了用ARM7对心电参数的信号的处理方法,并应用于实际测量,所得测试结果准确、可靠。
若再增加无创血压检测模块和血氧检测模块,由于这些模块上也集成了标准串口,只需添加一块通讯切换卡,对程序稍加改动即可连续对人体进行血压、血氧等各种监护参数的测量、存储和网络发送,可方便地‘组成一台网络小型智能监护仪。由于该系统开发简单,成本低;存储数据量大,处理数据速度快,能同时实现实时多任务的操作,有很广阔的市场前景。〔参考文献〕川纪京平.38家医院计算机网和嵌人式医疗仪器管理调查 [J].中华医院管理杂志.1999, 10[2]胡修林等.嵌人式系统中FPGA的被动串行配置方式 [J].单片机与嵌人式系统应用【J] .2004, 3[4〕马忠梅等.AT91系列ARM核微控制器结构与开发〔M]. 北京航空航天大学出版社.2003 The application of ARM7 in ECG monitor module of Multi一parameter Monitor Instrument HU Xiu一fang ZOU Ren一ling (University of Shanghai for science and technology college of medical Instumentation Shanghai 200093,China) Abstract: This paper introduces the C language program design for ECG monitor module serial一port conununication with ARM7 in, Hitool forARM.'lhen data can he displayed in the LCD and storaged in the memory and sent through network. Key words: ECG; serial一port conununicatian; ARM7 f疗装备2004第10期3