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基于ARM9嵌入式系统的自动体外电除颤器设计及实现

作　者: 周志远
导　师: 肖君军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 心室纤颤自动体外电除颤器反激式电源近似熵
分类号: R541.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

心脏骤停,又称心源性猝死(Sudden Cardiac Death,SCD),是威胁人类健康的一大杀手。引起SCD最主要的原因就是心室纤颤(简称“室颤”),表现为最严重的心律失常之一。电击除颤是救治SCD公认的权威方法。本文在对国内外相关除颤产品研究现状进行认真调研的基础上,设计出一种小型智能化自动体外电除颤器(AED)的模型,并着重介绍了本次设计的整个开发过程,特别是对各功能模块进行了详细的讨论。论文首先介绍了自动体外电除颤器的工作原理及分类,并提出整体设计方案。其工作原理可概括如下:先检测人体胸阻抗,如果在正常范围内,则采集人体心电信号,然后结合算法分析是否发生室颤;如果发生室颤,则对电容进行高压充电,最后通过放电电击人体。随后,本文分功能模块对设计方案进行了论述。在硬件部分,在主芯片S3C2440微处理器的控制下,分成了三个大的模块,分别是心电采集模块,胸阻抗检测模块,和基于反激式电源的高压充电模块。详细的阐述了各个模块的设计过程及关键技术的解决方案,特别在胸阻抗检测模块和高压充电模块中对器件和参数的选择提出了高效的方法,并对其进行了实际验证。在软件部分,本文详细阐述了微处理器控制外围电路所必须的驱动程序,并开发出了相应的应用程序;提出了一种简单易用的检测室颤的算法,即近似熵算法,并用VC++6.0实现;此外,还设计了基于QT Designer的用户图形界面GUI程序,来控制部分外设。经过作者反复实验和测试,证实各个模块运行良好,各项技术指标也基本达到要求,具体表现为:(1)心电采集模块能很好的从人体体表采集到噪声小的心电信号;(2)高压充电模块在15秒钟内可以将高压电容充到1300V以上;(3)胸阻抗检测模块通过压控电流源可以得到稳定的电流信号来通过人体测量阻抗;(4)软件部分也与硬件能很好的配合,用户图形界面的设计使整个系统显得更加智能化和人性化。经过进一步改进和完善,此系统有望成为小型智能化自动体外电除颤器规模化产品的雏形。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 本课题研究的目的及意义  8-10
  1.3 国内外相关技术发展现状  10-12
    1.3.1 对VF的认识及研究过程  10-11
    1.3.2 除颤器的发展史  11-12
  1.4 课题研究的主要内容  12-13
  1.5 课题内容的安排  13-14
第2章 AED原理及系统整体架构设计  14-22
  2.1 心电图（ECG）及心室纤颤等概念的阐述  14-17
  2.2 除颤设备的工作原理  17-18
  2.3 心脏除颤设备的分类  18
  2.4 系统的整体构架设计  18-19
  2.5 处理器选型  19-21
    2.5.1 本次设计采用的处理器简介  19-20
    2.5.2 系统外设电路  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第3章系统硬件模块设计  22-42
  3.1 心电采集模块  22-31
    3.1.1 心电信号的基本特征  22
    3.1.2 心电采集的干扰源  22-23
    3.1.3 心电采集模块的设计  23-31
  3.2 体电阻检测  31-36
    3.2.1 体电阻检测的概念  31-32
    3.2.2 体电阻检测的硬件设计  32-36
  3.3 高压充电模块的设计  36-41
    3.3.1 反激式充电电路的原理  36-37
    3.3.2 器件选型  37-39
    3.3.3 电压反馈电路及双相波放电电路  39-40
    3.3.4 高压充电电路系统实物图  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章系统的软件设计  42-51
  4.1 室颤检测算法  42-46
    4.1.1 室颤检测算法的发展  42-43
    4.1.2 近似熵算法  43-45
    4.1.3 近似熵算法的C语言实现及结果  45-46
  4.2 操作系统的选取  46-47
  4.3 软件设计  47-50
    4.3.1 设备驱动程序及应用程序  47-49
    4.3.2 基于QT2 Designer的GUI程序设计  49-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
攻读学位期间发表的学术论文  56-58
致谢  58

基于ARM9嵌入式系统的自动体外电除颤器设计及实现

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