基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现

发布时间：2017-03-19 07:08

  本文关键词：基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前我国心血管病发病率及相关危险因素均有增长趋势,而心电图是其诊断的重要依据。但是,常规心电图设备具有体积笨重、价格昂贵和不便于携带的局限性,患者不可能长期待在医院,所以研发便携式心电监护产品就显得更加重要。 本课题完成了基于STM32微处理器的心电采集及分析处理系统的方案设计、硬件和软件设计与实现,心电信号采集电路是其关键部分,主要完成信号的正确提取。心电处理电路主要完成信号的A/D转换、滤波、存储、通信及显示等功能。 系统属于典型的生物医学信号采集处理系统,处理的对象是强噪声背景下的微弱心电信号,噪声和干扰的存在对前端采集电路提出了更高的要求。根据心电信号的特点,选用精密仪表放大器为主要元件设计了前置放大电路。为更好的降低干扰的影响,设计了右腿驱动电路、高通和低通滤波电路,成功提取了心电信息。心电处理电路通过A/D转换把模拟信号转换成数字信号送至微处理器做进一步处理,该部分电路主要包括STM32处理器电路、SD卡存储、串口通信、LCD接口电路等,选用ST公司的低成本、低功耗的Cortex-M3核处理器STM32F103VC作为控制核心。 软件部分主要完成心电信号的采集、滤波、显示、存储和数据上传等功能,开发工具是IAR Embedded Workbench for ARM,采用C语言来编程。主程序通过调用各种子程序模块完成特定的功能。子程序包括系统外设初始化、信号采集、数字滤波、波形绘制、数据分析与存储、串口通信子程序等,并利用SD卡建立了文件系统。本系统首先利用MATLAB开发工具从MIT-BIH标准心电数据库读出一些心电数据进行滤波算法验证,最终采用简单整系数滤波器的设计方法,有效地抑制了噪声和干扰。另外本系统还可以通过RS232串行口与上位机通信,利用上位机强大的数据处理与分析功能对上传的数据信息作进一步的处理。上位机管理软件采用VC++ 6.0软件开发平台,利用MFC设计了一个实用的心电信号采集系统,该界面实现了数据采集、处理、存储、分析和显示等功能。 本课题较好地完成了预期的设想,设计与实现了系统的硬件电路,完成了系统软件的编写和调试,制作了样机一台。测试结果证明,达到了设计要求。
【关键词】：心电图仪 心电信号 信号采集 信号处理 SD卡 STM32
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH772
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-13
• 1.3 论文研究内容13-15
• 1.3.1 主要工作13-14
• 1.3.2 技术难点分析14
• 1.3.3 论文结构安排14-15
• 第2章 人体心电信号的医学基础15-19
• 2.1 心电信号的产生机理15
• 2.2 心电信号的特征15-17
• 2.2.1 时域特征15-16
• 2.2.2 频谱特征16-17
• 2.3 心电信号的干扰分析17-19
• 2.3.1 生理上的干扰17
• 2.3.2 技术上的干扰17-19
• 第3章 心电图仪系统硬件设计19-36
• 3.1 总体设计的基本原则19
• 3.2 微处理器的选型19-20
• 3.3 系统方案设计20
• 3.4 信号采集电路设计20-27
• 3.4.1 电极和导联体系的选择21-22
• 3.4.2 前置放大电路设计22-24
• 3.4.3 滤波电路设计24-25
• 3.4.4 主放大和抬升电路设计25-26
• 3.4.5 电源模块设计26-27
• 3.5 信号处理电路设计27-35
• 3.5.1 处理电路方案27
• 3.5.2 微处理器STM32 的优势27-29
• 3.5.3 处理器电路29-30
• 3.5.4 LCD 显示模块设计30-33
• 3.5.5 SD 卡接口电路设计33-34
• 3.5.6 UART 与按键电路设计34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 数字处理算法研究36-40
• 4.1 FIR 滤波36-37
• 4.2 软件滤波器设计方法37
• 4.3 数字陷波器设计37-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第5章 心电图仪系统软件设计40-68
• 5.1 软件开发平台40-41
• 5.2 软件系统整体设计41-44
• 5.2.1 软件系统模块化分析41-42
• 5.2.2 STM32 软件系统设计流程42-43
• 5.2.3 软件总体框架43-44
• 5.3 软件系统各模块设计44-64
• 5.3.1 系统初始化程序44-47
• 5.3.2 信号采集程序设计47
• 5.3.3 数字滤波程序实现47-48
• 5.3.4 液晶驱动程序设计48-51
• 5.3.5 波形显示程序51
• 5.3.6 波形检测与分析程序51-54
• 5.3.7 SD 卡驱动程序54-58
• 5.3.8 FAT16 文件系统58-61
• 5.3.9 按键及触摸程序设计61-64
• 5.4 上位机软件设计64-67
• 5.4.1 串口通信程序64-65
• 5.4.2 心电信号显示程序65-66
• 5.4.3 信息管理程序66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 系统调试结果及误差分析68-74
• 6.1 采集电路硬件调试68-69
• 6.1.1 INA118 性能及带通滤波电路测试68-69
• 6.1.2 采集电路调试结果分析69
• 6.2 处理电路软硬件联合调试69-71
• 6.2.1 LCD 的软硬件调试69-70
• 6.2.2 串口通信电路调试70-71
• 6.3 波形识别算法测试71
• 6.4 整体测试71-73
• 6.5 结果分析73-74
• 第7章 总结与展望74-76
• 7.1 本文总结74-75
• 7.2 工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 附录79-80
• 详细摘要80-86

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐娟娟;;STM32F103的汽车远程防盗系统设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2012年11期

2 胡锦霖;曾上游;王亮;戴伟;;基于STM32处理器的数字PDA系统设计[J];现代电子技术;2012年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 史艳娥;基于超声的故障诊断系统的设计[D];燕山大学;2012年

2 李苗苗;基于小波去噪的微型脉搏波监测仪[D];广东工业大学;2012年

3 徐娟娟;基于GSM的汽车远程防盗系统设计[D];曲阜师范大学;2012年

4 赵正卿;嵌入式血液凝固检测系统的设计[D];武汉理工大学;2012年

5 杨宇奇;动态地气采样装置研制[D];成都理工大学;2012年

6 刘致滨;透析液pH值和电导率测量仪的设计与试验[D];南方医科大学;2012年

7 杨冉;嵌入式心电数据采集系统的研究与设计[D];河南科技大学;2012年

8 曹鑫;无线传感器网络节点定位在STM32W上的实现[D];西安工业大学;2013年

9 张少华;基于STM32和FPGA双处理器架构的心电监护系统设计[D];兰州大学;2013年

10 李建敏;基于物联网的青城山游客管理系统研究[D];成都理工大学;2013年

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本文编号：255696