便携式心电检测系统的设计

发布时间：2017-08-20 02:20

  本文关键词：便携式心电检测系统的设计

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【摘要】：随着经济全球化的快速发展,人们的生活水平不断得到提升。生活上的压力让人们越来越重视自身的健康问题。心脏类疾病作为一种生活中较为常见的系统疾病,更受到了人们的普遍关注。目前心脏类疾病的检测方法有很多如：心电图、超声心动图、X-线等方式。其中心电图检测以其简单、方便、价格低廉等原因成为医院普遍采用的检测方法,其检测结果主要以医生的经验为主。本文设计了一款便携式心电检测系统,它可以实时采集人体的心电信号,再对采集到的心电信号进行特定的处理后,将心电信号是否正常的检测结果反馈给测试者,从而实现心电信号快速检测的目的。本系统主要由硬件和软件两个部分组成,其系统的具体结构与特点如下：(1)系统前端硬件电路的设计：心电信号是一种微弱信号,在采集过程中很容易受到各种噪声的干扰。前端硬件电路设计的主要作用是对微弱的心电信号进行放大和滤除心电信号中的各种干扰。放大电路的设计主要采用AD620与OPA227实现对心电信号1000倍左右的放大。滤波电路的设计主要以工频陷波电路的设计为主；工频干扰对心电信号的影响最大,为了更好的滤除心电信号中的50 Hz工频干扰,本系统采用了F42N50滤波芯片来设计陷波器,其滤波效果明显优于双T、Fliege陷波器,通过具体的电路测试并达到了较好的50Hz陷波效果。为了保证人体的安全,前端硬件电路与人体连接的每一个电路中都串联了一大电阻以减少流经人体的电流。(2)微处理器模块的设计：为了减少系统功耗、方便系统的数据传输,本系统采用了超低功耗、支持USB2.0功能模块的MSP430F5529作为系统的微处理器。微处理器的主要作用为实现信号的A/D转换、信号的实时处理以及设备的USB通信。(3)无线蓝牙模块的设计：为了实现系统便携的特点,以HC-05蓝牙模块为基础结合微处理器UART功能模块的编程,实现了无线蓝牙模块的整体设计。蓝牙模块的设计增加了系统与外部设备之间数据传输方式,实现了系统与手机以及PC机(带蓝牙功能)之间的无线数据传输。(4)信号的特征提取与分类：为了实现对采集心电信号的检测,本文初步探讨了利用双谱估计与拓扑结构作为特征提取方法的有效性。通过利用提取的心电特征向量和KNN单类分类器实现了正常与非正常心电信号的正确检测。(5)系统测试：为了验证系统各部分设计的正确性,对系统硬件与软件的各个部分进行了一定的功能测试,其中软件部分主要使用了MATALB和LabVIEW混合编程的方式来搭建系统的测试平台。通过对系统整体的功能测试,系统能够较好的实现心电信号的采集、数据处理、数据传输以及判定心电信号是否正常等全部功能。本系统初步构建了心电异常检测系统的框架,为心电异常检测设备的研发提供了一定的设计思路。对该系统硬件与软件的进一步完善,将会有利于该类设备的研发与应用。
【关键词】：心脏类疾病 心电信号 检测 特征提取与分类
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R540.4;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 心脏类疾病的检测方法10-11
• 1.2 心电信号基础11-13
• 1.2.1 心电信号产生的原理11-12
• 1.2.2 心电信号的特征12-13
• 1.3 心电检测系统国内外发展现状13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 2 系统前端硬件设计16-33
• 2.1 系统前端电路设计基础16-21
• 2.1.1 心电导联简介16-18
• 2.1.2 心电信号采集过程的主要干扰18-20
• 2.1.3 前端硬件设计总框图20-21
• 2.2 心电导联盒的制作21
• 2.3 前端放大电路的设计21-23
• 2.4 导线屏蔽驱动电路的设计23
• 2.5 右腿驱动电路的设计23-24
• 2.6 导联脱落检测电路的设计24-25
• 2.7 工频陷波电路的设计25-30
• 2.8 低通滤波器的设计30-31
• 2.9 反向放大电路的设计31-32
• 2.10 电源模块的设计32-33
• 3 微处理器模块的设计33-46
• 3.1 微处理器的硬件设计33-37
• 3.1.1 最小系统的设计33-36
• 3.1.2 USB模块的设计36-37
• 3.2 微处理器的软件设计37-43
• 3.2.1 A/D模块的设计37-39
• 3.2.2 FIR滤波器的设计39-43
• 3.3 系统接口部分的设计43-46
• 3.3.1 通用串行接口(UART模块)的设计43
• 3.3.2 通用串行总线(USB接口)的设计43-46
• 4 蓝牙模块的设计46-50
• 4.1 蓝牙模块的硬件设计46-47
• 4.2 蓝牙模块软件设计47-50
• 4.2.1 蓝牙模块与手机通信47-49
• 4.2.2 蓝牙模块与PC机通信49-50
• 5 心电信号的特征提取与分类50-61
• 5.1 心电信号的QRS检测50-53
• 5.2 双谱估计实现特征提取53-58
• 5.2.1 双谱估计53-57
• 5.2.2 主成分分析(PCA)57-58
• 5.3 心电信号的拓扑结构58-60
• 5.4 KNN(K-Nearest Neighbor)分类器60
• 5.5 十折交叉验证(10-fold cross validation)60-61
• 6 系统测试61-66
• 6.1 系统测试简介61
• 6.2 硬件电路的测试61-64
• 6.2.1 系统前端电路测试61-63
• 6.2.2 微处理器的测试63-64
• 6.3 系统软件测试64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王辉;;《临床心电图学》第四版[J];基础医学与临床;2013年07期

2 胡大一;冠心病诊断与治疗研究进展[J];中华心血管病杂志;2003年11期

3 高建步;李玉东;杨守忠;;双源CT血管成像与核素心肌显像对老年冠心病的诊断价值[J];中国老年学杂志;2011年13期

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本文编号：704160