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一种单导联心电检测前端设计摘要随着人们对健康的重视，智能化医疗设备作为一种辅助检测工具，有助于对老人、小孩、军人等各类人群的生理参数进行实时检测和分析。
本单导联心电检测前端设计通过结合单导心电及WIFI传输技术，将采集的心电信号和心率信号实时传输到云平台或手机APP，供医生及时查看和辅助诊断，从而进一步实现心血管疾病预防和诊断的家庭化、便携化，降低医疗诊断、治疗和监护的成本。
其设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出心率，对患者进行高质量的实时心脏监护，未来还可以通过心电大数据的深度学习来实现智能诊断功能。
关键词：心电检测、单导联、无线传输、心脏监护、可穿戴设备、实时检测中图分类号：TN806引言受新冠疫情的启发，为了便于医生快速获取患者的心电、心率信息，也方便人们家用检测，本项目通过单导心电和WIFI传输技术，采用FFT滤波、中值滤波去除基线，得到准确可靠的心电波形数据，并将心电信号实时传输到云平台或手机APP，供医生即刻查看和辅助诊断，对患者进行高质量的实时心脏监护，从而降低疾病突发风险，提高病情管控效率。
本设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出准确的心率，同时保存心电数据文件，可以对心电检测历史进行回放以及后期的诊断处理。
1系统硬件设计一种单导联心电检测前端包括心电采集模块、WIFI模块、电源模块、单片机处理模块。
心电采集模块用到的芯片为ADS1292，和单片机之间采用SPI进行通信。
WIFI模块和单片机之间采用串口通信。
整体硬件设计图如图1所示。
图1 整体硬件框图1.1心电采集模块设计本系统采用TI公司生产的用于生物电势测量的模拟前端ADS1292，该芯片低功耗，具有24位双通道采集，32引脚，TQFP封装。
ADS1292每通道功率仅335W,内置有右腿驱动放大器、持续断线检测和测试信号，并且拥有非常灵活的断电以及待机模式。
采用Atmega64L的心率监测系统中MCU设计
一种基于Atmel公司AVR系列单片机Atmega64L，用于心率监测系统中MCU的设计。
简述了单片机的特性，以及外围接口电路和软件设计。
该系统应用于单兵训练强度的心率监测系统，提高了系统的实时性和运算能力。
1 引言
根据运动心率可准确划分运动强度等级，通过单片机对监测心率按照划分等级的智能判断，可以实时监测训练强度，进行显示报警，从而掌握科学的训练强度。
通过对便携式心率监测系统的特点研究分析，针对如何提高系统实时性、可靠性和抗干扰能力的问题，我们要求对该系统微控制处理模块（MCU）进行了基于Atmega64L的设计。
2 单片机Atmega64L
Atmega64L是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。
由于其先进指令集以及单时钟周期指令执行时间，数据吞吐率高达
1MIPS/MHz，有6种睡眠模式，功耗较低，适合于便携式产品应用。
本技术提供了一种基于心率变异率分析的检测方法，包括以下步骤：步骤a，收集待测者在连续7天内同一时间段的心跳数据；步骤b，根据步骤a测得的心跳数据建立个人常模数据；步骤c，根据步骤b所得的常模数据建立训练计划；步骤d，记录训练时的心跳数据；步骤e，对比步骤d所得的心跳数据与常模数据，得到反馈数据；步骤f，输出步骤e中所得的反馈数据。
本技术还提供了一种基于心率变异率分析的检测装置，包括心率收集模块、计算模块、计划建立模块、记录模块、比较模块、输出模块。
本技术在可以在诸如手机等手持设备上进行全面的心率变异率的相关指标分析，并且用于身心健康状态的分析和管理，便于用户随时随地使用。
技术要求1.一种基于心率变异率分析的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a，收集待测者在连续7天内同一时间段的心跳数据；步骤b，根据步骤a测得的心跳数据建立个人常模数据；步骤c，根据步骤b所得的常模数据建立训练计划；步骤d，记录训练时的心跳数据；步骤e，对比步骤d所得的心跳数据与常模数据，得到反馈数据；步骤f，输出步骤e中所得的反馈数据。
2.如权利要求1所述的一种基于心率变异率分析的检测方法，其特征在于，所述步骤a中的心跳收集方法具体为:a1,每隔一定时间拍摄一副待测者手指上位于动脉附近的皮肤图片，连续拍摄5分钟；a2，对上述图片进行预处理；a3，计算经预处理后的照片上特定区域的红色成份值，并计算平均值，然后计算出脉率。
3.如权利要求2所述的一种基于心率变异率分析的检测方法，其特征在于，所述步骤a2的预处理方法具体为：a21，对图片进行降噪处理；a22，对降噪后的图片进行均衡处理；a23，截取特定区域的图像；a24，对上述特定区域的图像进行增强处理。
4.如权利要求1所述的一种基于心率变异率分析的检测方法，其特征在于，所述个人常模数据具体包括，平均心率，其计算式为，最大心率；总体标准差，其计算式为，差值均方的平方根，其计算式为，TP值和LF/HF值。
![毕业设计(论文)-基于matlab的心率检测系统[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/36e860f216fc700aba68fcc6.png)
毕业设计（论文）题目：基于matlab的心率检测系统学院：信息工程学院专业名称：电子信息工程班级学号：学生姓名：指导教师：二O16 年06 月基于matlab的心率检测摘要：1984年，美国MathWorks公司正式推出了商业数学软件matlab。
这是一款用于算法的研发、数据的可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。
在国际学术中，matlab已经公认为方便、准确、可靠的科学计算标准软件。
在研发部门，matlab更被认作高效研究、开发的首要软件。
如今，matlab更是已经渗透到我们生活的各行各业。
这次对心率的检测也用到了强大的matlab。
由于matlab包含了众多的函数，我们可以利用这些函数来处理心电信号的显示、滤波及RQS波的检测等。
本次设计中运用到了GUI，这样可以很方便直观的显示我们需要的波形及更快捷的对波形进行一系列的操作。
对心电数据的显示可以用matlab中的textread函数。
在滤波中更是可以用到众多的滤波函数如buttord函数、butter函数及blackman函数等。
在这次毕设中，对心电信号的滤波采用的是带通滤波器加上hamming窗滤波器，这样可以有效的减少噪声的干扰。
对RQS波的检测采用的是动态阈值法。
这种方法在实际运用中成功率很高，并且算法思路清晰简明。
对于心率的检测，在用动态阈值法找到R波后，就可以同过编程来计算心率。
关键词：matlab、心率检测、RQS波检测、滤波指导老师签名：Heart rate detection based on matlabStudent name : Zhong Wei Qiao Class: 12041440Supervisor: Yang Su HuaAbstract: In 1984, the United States MathWorks company officially launched the commercial mathematical software is a high technology computing language and interactive environment for the development of algorithms,data visualization, data analysis and numerical the international has been recognized as a convenient, accurate and reliable scientific computing standard R & D is recognized as an effective research and development of the first ,matlab is already penetrated into all walks of life in our lives.The detection of heart rate also used a powerful matlab in this matlab contains a large number of functions,we can use these functions to deal with the ECG signal display, filter and RQS wave design is applied to the GUI,this can be very convenient and intuitive display we need the waveform and more efficient to carry out a series of operation of the display of ECG data can be used in textread matlab the filter is to use a large number of filter functions such as buttord function, Blackman function and butter function and so this complete set, the ECG signal filtering using a band-pass filter and Hamming window filter, which can effectively reduce the noise dynamic threshold method is used to detect the RQS method in practical application success rate is very high, and the algorithm is clear and heart rate detection, after using the dynamic threshold method to find the R wave, you can use the program to calculate the heart rate.Keyword：matlab,heart rate detection ,RQS wave detection ,filterSignature of Supervisor:目录1 前言课题的背景及意义 (3)国内外研究概况及发展趋势 (3)研究的内容及实验方案 (4)2 心电信号及其特征心电信号的产生 (8)心电信号的特点 (9)心电信号频域特点 (9)心电信号时域特点 (10)3 心电信号的预处理心电信号预处理的意义 (11)滤波方案的设计与分析 (13)低通配合窗函数滤波 (14)带通配合窗函数滤波 (14)最终方案的选择 (16)4 心电信号RQS波的复检RQS波的检测方案与分析 (19)方案选择与处理 (21)5 心电信号的心率检测心率计算 (23)6 系统软件设计GUI结构设计 (24)模块实现 (26)7总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)第一章前言当前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。
第一章 绪 论 1.1 心率计的研究背景 随着时间的推移，我们已经步入了21世纪。我们见证了经济、科技、医疗等等飞速的发展。伴随着社会的进步，使我们的生活水平被不断被的提高，高强度的脑力以及体力的工作让健康成为了我们大家所关注的焦点。人体器官中心脏是比较重要的，心脏的功能就是为血液流动提供充足动力，将血液传输到人体的各个器官中，同时也被称为人体中血液循环的动力泵。如果心脏发生问题会直接影响人的生命安全，各种类型的心率失常是引起心脏相关疾病死亡的首要因素，此系统疾病已经成为损害人类健康和生命的一大杀手。 2013年3月17日，国外医学研究机构《美国心脏协会》发布《中国成人的心血管健康情况调查报告》（Status of Cardiovascular Health in Chinese Adults），依据9万余名成年公民的心血管检测数据加以研究。这一研究主要使用美国心脏协会标准，主要划分为身体健康与行为健康。行为健康主要包括:不抽烟、体重标准、体育锻炼强度适当、饮食科学。身体健康主要包括:不抽烟、血压达到正常水平、血脂符合要求、血糖处于正常状态。研究结果表明，我国身体健康指标满足的人约为百分之十三，行为健康指标满足的人约为百分之七，两者均均满足的人约为百分之二。研究人员将上述健康指标划分为理想、中等、低等，但心血管健康状态不良的人数占比四分之三，中等心血管健康的人占比四分之一，理想状态的人几乎没有。研究报告显示，我国成年人理想心血管健康比例非常低，应针对全体公民和心血管病高危因素两方面努力实施有效的应对策略，以促进中国人心血管健康（Journal of the American College of Cardiology,2015,65(10):1013-1025）[1]。
2015年1月5日，全球医学杂志《柳叶刀》（Lancet）研究颁布《二零一三年全球疾病负担报告》，这一研究报告对一九九零年至二零一三年期间多个国家的死亡情况作出统计，主要由华盛顿大学健康指标评估机构（IHME）带领研究人员完成相关调查工作。研究结果表明，中国目前死亡率较高的疾病包括:冠心病、肺病、脑卒中，上述疾病导致的死亡人数约为二零一三年期间所有死亡人数的46%。依据世界卫生组织调查数据得出结论，心血管疾病主要是血管疾病与心脏疾病所导致，主要包括:心衰竭、高血压、脑卒中、冠心病等，上述疾病是我国死亡率较高的疾病，心血管疾病占比较大[2]。 由上述两篇研究报告可以清楚的发现，大多数人所患疾病都是由于心脏出现了问题所导致的。这使我们更加注意到了对于心脏保护的重要性。不仅仅是老年人，青少年以及成年人更应该关注对于心脏的保养以及监测。 1.2 课题设计的目的及意义 因为人们注意到了保护心脏的重要性，所以研究了一种可以检测心率的装置。这里我们需要了解到几个名词的具体含义。 心跳（heart beat）：心脏的跳动。 心率（heart rate）：正常人安静状态下每分钟心跳的次数。 脉搏（pulse）：人体表可触摸到的动脉搏动。 在非专业的方面来讲，心跳和心率是一样的。正常人心率和脉搏是一致的，脉搏是80次，心率也就是80次/分钟。因为心脏每跳动一下，血液向外推出，在动脉内就像波浪一样，一下一下向前推进，也就可以感觉到跳动。当我们理解到了这几个名词所代表的含义，从而引出了我们本次课题的目的。 心率不但是人体心脏功能评判的标准，同时也是人体运动强度评判的生理指标，要求人们实时掌握自己心率的变化情况。因此，心率计就很快的出现了，并随着科技、医疗的进步得到了很快的发展。但是在如今的医院中，我们依然能看到很多医生仍然采用人工听诊器的方式来对于心率的测定。 为了方便心率的采集，本课题所研究的心率计具有体积小、测量准确、成本低等特点，非常适合家庭医疗保健。还可以把一段时间所采集到心率的数据上传到智能设备上，以便更好的观察心率数据的整体情况。总体来说，它可以更有效的检测到人体心率的具体情况，为家庭医疗保健提供了很好的帮助。
1.3 心率计设计的主要内容 本论文设计了一种基于51单片机并利用光电传感器及硬件检测电路的心率计，并通过嵌入式系统设计，实现对人体心率的准确测量。并讨论心率变异性以及开展心率数据在睡眠领域的相关探索研究。 主要内容如下： （1）51单片机心率检测仪的设计方案； （2）光电传感器的设计方案； （3）硬件电路及软件的设计； （4）硬件电路实验、软件实验和系统调试。 第二章 基于51单片机心率计检测仪设计方案 2.1 基于51单片机心率检测仪设计方案 系统总体设计由51系列单片机的STC89C52单片机、光电传感器、LED4位数码管、蜂鸣器、按键、运算放大等共同组成。系统主要设置四个按钮，从而完成上下限心率次数的设置，如果次数超过限定范围的话，单片机驱动蜂鸣器就会发出信号，心率检测时要求人们将手放到光电传感器中，人体脉搏处于跳动状态，血液的透光度存在差异，因此，接收器获取的信号强度并不稳定，将人的心率信号传输回来，运算能够不断放大信号强度，将整形后的数据连接到单片机IO口中。单片机通过外部中断来计算脉搏跳动次数，将成年人每分钟脉搏跳动的次数换算出来，在电子设备中显示出来。
2.2 传感器的设计方案 使用光电传感器能够实时检测人体脉搏信号，能够将人体手指组织划分为骨骼、肌肉、皮肤等非血液组织与血液组织，非血液组织中光的吸收量是固定不变的，但血液中静脉血管跳动的频率较弱，基本可以忽略不计，所以光穿透过手指组织后发生的变化主要是动脉血充盈所导致，如果恒定波长光源被设定的话，检测穿透过手指组织的光，能够检测到人体心率的频率与速度[3]。 因为光电传感设备与压电传感器相比较，光电传感器的应用更加普遍，所以大多数人选择使用光电传感器来检测人体心率的频率与速度。
2.2.1 传感器的介绍 本设计所用的光电传感器采用的是反射式红外光电传感器ST188。反射式光电传感设备能够将接收器与发射器设定到相同的装置中，在系统中安装反光设备，通过反射物理原理能够管控光电传感器。检测地表光线程度与颜色的变化，从而完成附近物体的检测工作。ST188系列光电传感器主要包括以下几个特征: （1）采取高发射功率红外光电二极管与高灵敏度的光电晶体管共同构成； （2）检测范围能够适当调节，调节范围在4至13毫米期间。 （3）使用非接触式检测方法。 应用范围如下： （1）IC卡电度表脉冲数据采样； （2）集中抄表系统数据采样； （3）传真机纸张完成检测； （4）同ST288A系列判断电路结合，能够判断检测目标的运动方向、行程检测、正反转速测量。 ST188反射式红外线光电传感器的极限参数如表2-1所示。
表2-1 极限参数（Ta=25℃） 项目 符号 数值 单位 输 入 正向电流 I 50 mA 反项电压 V 6 V 耗散功率 P 75 mW 输 出 集-射电压 Vceo 25 V 射-集电压 Veco 6 V 集电极功率消耗 Pc 50 mW 工作温度 Topr －20~＋65 ℃ 储存温度 Tstg －30~＋75 ℃
ST188反射式红外线光电传感器的引脚图如图2-1、2-2所示，内部电路图如图2-3所示。 图2-1 ST188引脚图 图2-2 ST188引脚图 图2-3 ST188内部电路图 由图2-3所示，A-K相当于二极管，E-C相当于三极管的发射极和集电极。
2.2.2 传感器的电路图设计 ST188反射式红外光线光电传感器是使用光电传感器检测人体手指组织中血液流动状况，将脉心率的频率转换为信号，传感器工作原理电路图如2-4所示:
图2-4 ST188原理电路图 第三章 主控模块设计及信号采集电路的设计方案 3.1 主控模块设计方案 主控模块的设计在系统中占据重要作用，应得到检测按钮的支持，并采用数码管显示相关内容，本论文设计的心率计检测装置采用的是51系列的单片机。
3.1.1 51单片机的选择及介绍 51单片机是对所有兼容lntel8031指令系统的单片机的总称。51系列单片机刚开始由Intel公司研发，但Intel公司将主要的设计方案转售给其他电子生产企业，例如， SST与Philip 等企业。所以，目前市场中出售以51系列为主的单片机[4]。以下是51系列单片机的主要特征： （1）内部硬件软件具备完善的按位操作系统，同时也被称为处理器。 （2）对单片机中部分特殊功能存储器作数据处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算。 （3）乘法和除法指令，给编程带来了很大的便利。 本课题采用的是51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。STC89C52是STC（国产宏晶）单片机其中的一个品牌，是STC公司研发的高性能、低能耗CMOS8位微控制器，采用8K字节系统能够完成Flash存储器编程设计。STC89C52单片机具有40个引脚，32位I/O口线，4个外部中断，1个全双工异步串行口，3个16位定时/计数器。STC89C52内置4KB EEPROM，MAX810复位电路。STC89C52单片机的实物图见图3-1所示。
图3-1 STC89C52单片机实物图 STC89C52单片机的基础结构图如图3-1所示。 图3-2 STC89C52单片机基础结构图 3.1.2 STC89C52单片机的主要特性 STC89C52RC系列单片机作为国产企业宏晶科技研发的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，具有以下特征: （1）8051 系列增强型单片机，6 时钟/机器周期与12 时钟/机器周期能够随意选择，传输指令能够兼容传统 8051； （2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）、3.8V～2.0V（3V单片机）； （3）单片机工作频率为:0至40MHz，但8051系列单片机范围在0至80MHz期间，实际工作频率能够突破48MHz； （4）拥有8K字节程序存储空间； （5）片上集成512字节数据存储空间； （6）可直接使用串口下载； （7）4个八位并行I／O 接口P0至P3，连接端口能够用作输入，同时也可以用作输出； （8）两个定时器或计数器，定时器或计数器能够设置为计数形式，从而完成外部事件计数，同时也可以设置为定时方式，依据计数或定时结果完成计算机控制； （9）全双工UART，也就是通用异步接收发送器的串行主要以I／O 口为主，能够实现单片机之间或单机和微机的串行通信； （10）片内振荡器与时钟产生电路，但石英晶体与微调电容应采用外部连接，振荡频率最高可达到12MHz；
