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基于无线通信的心电监测系统的研究与设计

作　者: 冯康乐
导　师: 宋晓梅
学　校: 西安工程大学
专　业: 控制工程
关键词: 心电监测 ADS1298 LPC1768 无线通信 PC LabVIEW
分类号: TH772.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

社会生活节奏越来越快，为了获得较好的社会地位，很多人长期在高强度的压力下工作和生活，再加上日常生活存在饮食不规律、睡眠不足、缺乏运动等不良生活习惯，这些因素累加起来很容易导致心脏病的发生。目前，心脏病已经成为威胁人类健康的重要疾病，对心脏病的预防和治疗也显得十分重要。检查心脏病最直接的手段是做心电监测，而常规的心电监测都是在医院里进行的，需要病人静躺在床上，而且监测时间很短。心脏病的种类有很多，有些阵发性心脏病在做心电监测时也可能表现正常。因此，本文提出了一种穿戴式实时心电监测系统，该心电监测系统把监测设备嵌入到衣服上，穿上这种衣服就可以做实时心电监测，不仅监测时间长而且使用者可以自由活动，采集到的心电数据通过蓝牙发送到周围的PC，在PC上处理后显示。该系统适合于需要长期监护的老人、训练中的运动员和其他需要心电监护的人群。心电监测系统的信号采集部分使用的是TI公司最新推出的生物电测量模拟前端芯片ADS1298，它内部集成的有可编程增益放大器、24位A/D转换器以及窗函数滤波器，具有很高的共模抑制比和转换精度，可通过SPI接口对其内部寄存器进行配置，配置成功之后它再通过SPI接口发送数据到处理器。处理器采用的是基于ARM Cortex-M3内核的32位的LPC1768，它功耗低、外设接口丰富，最高工作频率可以达到100MHz，完全能够满足心电信号处理的实时性要求。处理器把采集到的信号先存储到SD卡然后再发送到PC上显示。无线传输使用的是蓝牙协议，蓝牙传输具有功耗低、对人体辐射小的优点，适合于近距离无线通信。PC应用软件采用的是LabVIEW图形化语言编写的，在LabVIEW环境下编写了图形控制的显示界面，能够实现心电信号的接收、还原、滤波和显示功能。本课题初步完成了系统的硬件设计和软件编写，并对系统的主要模块进行了测试。本文在完成了PC应用程序的设计之后，通过测试板调用MIT-BIH数据库中的心电数据，数据通过蓝牙发送给PC，运行PC应用程序后观察到虚拟示波器上显示出模拟的心电波形，从而实现了PC应用软件的基本功能。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
    1.2.1 国外研究现状  9
    1.2.2 国内研究现状  9-10
  1.3 本文研究内容与结构  10-12
2 心电学基础和蓝牙通信技术  12-18
  2.1 心电信号产生机理  12-13
  2.2 心电信号特点  13-14
  2.3 心电信号的测量  14-15
  2.4 蓝牙通信技术概述  15-17
  2.5 本章小结  17-18
3 心电监测系统的硬件设计  18-36
  3.1 系统硬件设计原则和总体框图  18-19
    3.1.1 系统硬件设计原则  18
    3.1.2 系统总体框图  18-19
  3.2 电极的选择  19-20
  3.3 保护电路的设计  20-21
    3.3.1 限幅原理  20
    3.3.2 低通滤波  20-21
  3.4 心电采集模块  21-26
    3.4.1 常见的运算放大电路  21-23
    3.4.2 ADS1298 结构和功能  23-25
    3.4.3 模拟前端电路设计  25-26
  3.5 处理器模块  26-30
  3.6 SD 卡存储  30-32
    3.6.1 硬件结构  30
    3.6.2 接口电路  30-31
    3.6.3 工作原理  31-32
  3.7 蓝牙模块  32
  3.8 电源模块设计  32-35
  3.9 PCB 设计  35
  3.10 本章小结  35-36
4 心电监测系统的软件设计  36-50
  4.1 系统软件设计原则与编程方法  36-37
    4.1.1 系统软件设计原则  36
    4.1.2 系统软件编程方法  36-37
  4.2 软件设计的开发环境  37
  4.3 数据采集软件设计  37-41
    4.3.1 ADS1298 软件设计  39-40
    4.3.2 SPI 串行通信  40-41
  4.4 SD 卡存储软件设计  41-44
    4.4.1 SD 卡初始化  41-43
    4.4.2 SD 卡读写  43-44
  4.5 无线传输软件设计  44-48
    4.5.1 串行异步通信  44
    4.5.2 数据发送  44-46
    4.5.3 数据传输的测试  46-48
  4.6 本章小结  48-50
5 PC 应用程序的设计与实现  50-62
  5.1 以 Windows 为平台的应用程序开发要求  50-51
    5.1.1 PC 应用程序的开发环境及开发语言选择  50
    5.1.2 应用程序的功能及设计要求  50-51
  5.2 LabVIEW 简介  51-53
    5.2.1 虚拟仪器的概念  51-52
    5.2.2 创建 VI 程序过程  52-53
  5.3 应用程序设计  53-57
    5.3.1 应用程序的主要功能  53
    5.3.2 通信参数设置  53
    5.3.3 心电数据的读取  53-56
    5.3.4 数据的处理  56-57
    5.3.5 显示界面  57
  5.4 系统测试  57-60
  5.5 本章小结  60-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-66
附录  66-84
攻读学位期间发表的学术论文目录  84-87
致谢  87

基于无线通信的心电监测系统的研究与设计

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