便携式多参数生物信号测量系统设计与实现

发布时间：2017-10-10 14:23

  本文关键词：便携式多参数生物信号测量系统设计与实现

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【摘要】：生物电阻抗(Bio-Electrical Impedance, BEI)、脑电(Electroencephalogram,EEG)信号以及心电(Electrocardiogram, ECG)信号是生物重要的三种电信号,能够为监测受试者的健康状况提供参考。目前生物健康参数传统的测量方式大多是利用医院大型仪器测得,虽然精度较高,但操作复杂、专业性强、测量成本高的缺点阻碍了这些仪器的进一步推广和普及,因此有必要设计便携式生物信号测量系统。本文在前人成果的基础上,对便携式多参数生物信号测量系统进行了设计、制作和测试,主要完成以下工作：1、对关于生物电阻抗、脑电信号及心电信号的系统设计和应用的国内外发展现状做出了较为详细的介绍和分析,在此基础上提出了便携式多参数生物信号测量系统的硬件框架。2、分析了相关元器件的优缺点,确定了便携式多参数生物信号测量系统中的核心芯片(模块)和平台,其中电阻抗测量模块、心电信号测量模块、脑电信号测量模块分别采用的核心芯片为AD5933、BMD101、TGAM模块,无线蓝牙收发模块采用芯片BLK-MD-BC04-B,总控平台采用嵌入式数据处理平台STM32。3、设计了主要功能模块的硬件电路并分析工作原理,设计了电路图并制作了PCB印刷板,最后进行了系统集成。4、设计了测量系统的软件。分析了主要功能模块的软件流程及核心代码。5、在实现了测量系统的软硬件集成基础上,对系统进行了测试。包括阻抗测量模块的激励信号、阻抗测量模块、心电信号测量模块输出结果及比较分析、脑电信号测量模块输出等。实验结果表明,激励信号由50KHz步进到100KHz的各扫描频点上,实际输出频率与目标频率的误差最大不超过2.9%,最小可达1.8%；在对2R-1C模型的复阻抗测量中,阻抗测得的幅度最大相对误差不超过1.20%,相位相对误差最大不超过2.00%；心率信号测得的平均心率最大差值不超过2次；脑电信号能正常采集到专注度、放松度、原始脑波等信号参数,并有较稳定输出。测试结果表明,所设计的系统是可行的,能满足设计要求。
【关键词】：便携式 生物电阻抗 脑电信号 心电信号 嵌入式STM32
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.23;R318
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 生物电参数测量技术国内外发展现状11-16
• 1.2.1 国外发展现状11-13
• 1.2.2 国内发展现状13-16
• 1.3 课题主要研究内容及论文结构安排16-18
• 1.3.1 本文主要研究内容16
• 1.3.2 本文章节安排与介绍16-18
• 第二章 便携式多参数生物信号测量系统设计18-29
• 2.1 生物信号测量系统分析18-19
• 2.2 便携式多参数生物信号测量系统方案选择19-21
• 2.3 基于AD5933芯片的电阻抗测量电路21-25
• 2.4 基于BMD101芯片的心电信号测量电路25-26
• 2.5 基于TGAM模块的脑电信号采集测量电路26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 便携式多参数生物信号测量系统软件设计与实现29-43
• 3.1 测量系统软件总体结构29-30
• 3.2 软件开发环境30-32
• 3.2.1 软件开发环境KeilMDK的配置30-31
• 3.2.2 软件下载平台MCUISP的参数设置31-32
• 3.3 基于AD5933的生物电阻抗激励信号生成软件的设计32-37
• 3.3.1 信号产生软件设计32-35
• 3.3.2 激励信号参数的写入35-37
• 3.4 基于TGAM1_R2.4A脑电信号测量的软件设计37-39
• 3.5 基于BMD101的心电信号测量的软件设计39-41
• 3.6 无线蓝牙收发及信号显示软件设计41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第四章 实验结果及分析43-52
• 4.1 系统性能测试平台介绍43-45
• 4.2 系统主要模块性能测试实验45-51
• 4.2.1 复阻抗测量激励信号电路性能测试45-46
• 4.2.2 复阻抗测量结果测试46-47
• 4.2.3 心电信号测量模块性能对比测试47-49
• 4.2.4 脑电信号测量模块性能测试49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 5.1 全文工作总结52
• 5.2 本文工作展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间已发表、录用论文及参与科研项目情况59

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本文编号：1006858