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便携式心电监测仪的设计

作 者: 余永纪
导 师: 张亚君
学 校: 杭州电子科技大学
专 业: 电路与系统
关键词: 心电信号 存储 分析 心律失常 QRS波检测
分类号: TP29-AI
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 398次
引 用: 1次
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内容摘要


心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病之一,心电图(ECG)是临床诊断心脏疾病的重要依据。常规的心电图机具有心电检测、分析等功能,但是价格不菲,而且体积较大,主要是在医院等大型医疗场所才有,而且在时间有限的时间内,记录心律失常发生的概率相对较低。后来市场上出现的便携式心电监护系统虽然能够连续记录和存储心脏活动的数据,但是一般没有心电信息分析的功能,从而降低了该监护类产品的实用价值。针对这些心电检测系统的弊端,本课题设计了一种既具有存储记录心电数据功能,又能进行常见心律失常分析的便携式心电监测仪系统。本系统根据人体心电信号的特征,设计出性能优良的心电信号采集系统,经过滤波电路和放大电路处理之后的心电信号具有较高的信噪比。采用大容量SD卡为存储媒介,可实现连续长时间的实时监测,系统中嵌入FAT文件系统,将心电数据以TXT文件的形式存储,使数据文件具有较强的可读性和移植性。监护仪以基于ARM Cortex-M3内核的32位单片机LM3S1138微处理器为平台进行数据的实时处理,该处理器内部的指令和数据总线是相互独立分开的,指令和数据可以从存储器中同时读取,多个操作可以并行执行,而且能在较高频率下运行工作,因此,具有强大的运算能力,满足了监测仪快速、实时处理大量数据的要求。QRS波检测算法是整个数据分析处理的核心,实时、准确、可靠是算法的基本要求,本系统设计的算法具有良好的实时性,且经过MIT-BIH心电数据库检测准确率达99%以上。所设计的监测仪带有液晶显示器,能实时显示所检测的心电波形和数据分析结果,为用户提供友好的界面,通过键盘可以实现人机交互,操作简单。样机研制完成后,对系统性能参数进行了测试,该便携式监测仪能长期连续稳定工作,存储容量大,实时性强,安全可靠,系统通用性好,移植、扩展方便,同时具有功耗低,体积小,便于随身携带等特点。经过实际人体测试,本心电监护仪操作简单,工作稳定,检测准确率高,并能对心电信号进行实时记录和监测,在有心律失常时实现准确报警。各个方面都达到了理想效果,适合家庭医疗保健使用,对心血管疾病的实时监护具有重要的意义。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究的现状及发展趋势  11-12
  1.3 本文的主要内容  12-14
    1.3.1 研究的主要内容  12-13
    1.3.2 本文的纲要  13-14
第2章 心电信号原理及系统总体结构设计  14-18
  2.1 心电信号原理  14-16
    2.1.1 心电图基础  14-15
    2.1.2 心电信号的特征  15-16
  2.2 系统总体结构设计  16-18
    2.2.1 系统设计原则  16
    2.2.2 系统整体结构  16-18
第3章 系统硬件设计  18-35
  3.1 心电采集模块电路的设计  18-22
    3.1.1 前置放大电路的设计  18-20
    3.1.2 滤波电路与后级放大电路的设计  20-21
    3.1.3 电平提升电路的设计  21-22
    3.1.4 导联脱落报警电路  22
  3.2 CPU 及其外围电路的设计  22-25
    3.2.1 CPU 的选型  22-24
    3.2.2 最小系统及外围电路的设计  24-25
  3.3 人机交互模块电路的设计  25-29
    3.3.1 报警与按键电路的设计  26
    3.3.2 液晶显示接口电路  26-28
    3.3.3 万年历时钟电路  28-29
  3.4 SD 卡存储电路的设计  29-32
    3.4.1 SD 卡概述  30-31
    3.4.2 SD 卡外围接口电路的设计  31-32
  3.5 电源电路的设计  32-35
第4章 系统软件设计  35-59
  4.1 监测主程序设计  35-36
  4.2 ADC 模块  36-37
  4.3 人机交互模块设计  37-44
    4.3.1 界面设计  37-39
    4.3.2 心电波形显示  39-40
    4.3.3 PCF8563 时钟程序  40-44
  4.4 数据分析处理软件设计  44-53
    4.4.1 数据预处理  44-48
    4.4.2 QRS 波检测  48-52
    4.4.3 心律失常分析  52-53
  4.5 数据管理软件  53-59
    4.5.1 SD 卡程序设计  54-55
    4.5.2 文件系统设计  55-57
    4.5.3 数据文件管理的实现  57-59
第5章 系统性能测试及验证  59-64
  5.1 系统硬件主要性能参数测试  59
  5.2 检测算法软件测试  59-62
    5.2.1 MIT-BIH 数据库的识读  59-61
    5.2.2 MIT-BIH 数据库对算法的测试  61-62
  5.3 系统整体性能及实用性测试  62-64
第6章 结论与展望  64-66
  6.1 结论  64
  6.2 展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70-71
详细摘要  71-74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化技术在各方面的应用
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