智能网络心电仪的研究与设计

发布时间：2020-10-10 19:46

　　 论文以山东省科学院创新工程专项基金资助项目为背景展开。心脏病突发性强的特点决定了对心脏监护的重要性,心电图作为诊断心脏病的重要依据和方式,在心脏监护中扮演了重要的角色。为更好的对接现有云健康大数据平台,提高健康数据的准确性和稳定性,依托目前的科技发展水平和智能终端的普及,在现有心电监护设备的基础上,研究和设计一款十二导联智能网络化心电仪具有不言而喻的重要性。论文的主要研究和设计内容如下:1.详细研究了心电信号的形成及特点,并基于MATLAB仿真的形式,利用MIT-BIH Arrhythmia ECG数据对当前主要的滤波和降噪算法进行实验测试,提出了利用无线脉冲响应滤波、有限脉冲响应(FIR)滤波、小波变换算法和主成分分析法相结合的方式,进行心电仪在心电信号处理过程中具体滤波和降噪算法技术方案的设计。2.论文给出了本心电仪系统的具体硬件设计,利用低功耗、体积小和便于开发扩展的TI系列微控制器TM4C123GH6PM作为系统的主控制模块,同时利用集成心电采集前端ADS1298代替传统的基于分立元件和分立电路设计的心电图机,使得系统的功耗和体积大幅度减小。3.论文详细研究和设计了系统的软件,包括嵌入式终端软件和移动端应用程序。随着智能移动设备的普及,本心电仪利用移动智能终端进行最终心电图的展示,极大的方便了用户的操作使用,同时作为智能云健康检测仪的子模块,系统可以无痕对接现有的检测仪终端以及云数据平台,使用方便。4.最后基于心电模拟器和实际人体进行测试,包括运动干扰下的波形显示情况,获得了满意的滤波和降噪效果,通过对比正常心电信号和经由本系统采集展示的心电信号,可以看出误差在允许的范围内,验证了系统的设计。另外,本心电仪系统的输入频率范围在0.05Hz到150Hz之间,输入阻抗高达100MΩ,CMRR为110dB,50Hz工频干扰抑制比达到30dB,噪声仅为3μV,这些指标符合医药标准对于心电监护设备输入阻抗高、CMRR高、漂移抑制和噪声低等的要求,很好的对接了现有健康平台,也就是说,整个系统的设计达到了预期的研究和设计要求,具有较高的实际使用价值和应用意义。
【学位单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH789
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 心电仪研究背景
    1.4 论文的主要工作
        1.4.1 心电仪设计目标
        1.4.2 本论文主要工作
第2章 心电仪系统整体设计
    2.1 心电仪设计原则和指标
    2.2 心电电极与导联设计
    2.3 心电信号的采集与处理
        2.3.1 心电信号的形成及特点
        2.3.2 心电信号的干扰
        2.3.3 滤波和去噪算法
            2.3.3.1 滤除工频干扰
            2.3.3.2 滤除基线漂移
    2.4 心电信号的传输与绘制
        2.4.1 数据传输技术
        2.4.2 蓝牙连接的实现
        2.4.3 心电动态实时绘图技术
    2.5 心电仪系统的创新点
    2.6 本章小结
第3章 心电仪硬件系统设计
    3.1 硬件系统整体设计
    3.2 集成采集前端
        3.2.1 前置调理电路
            3.2.1.1 前置EMI滤波器
            3.2.1.2 前置放大电路
        3.2.2 导联脱落检测电路
        3.2.3 右腿驱动电路
        3.2.4 高低通滤波电路
    3.3 主控制器模块
    3.4 电源模块
        3.4.1 电源电路设计
        3.4.2 充电电路设计
    3.5 蓝牙模块
    3.6 其他电路设计
        3.6.1 工作状态指示电路
        3.6.2 复位电路
        3.6.3 JTAG接口电路
        3.6.4 隔离电路
        3.6.5 串口电路
    3.7 心电导联原理设计
    3.8 印刷电路板设计
    3.9 本章小结
第4章 心电仪软件系统设计
    4.1 集成开发环境介绍
        4.1.1 嵌入式软件开发环境
        4.1.2 Android软件开发环境
    4.2 软件系统整体设计
    4.3 嵌入式软件设计
        4.3.1 软件整体设计
        4.3.2 心电信号获取和SPI通信
        4.3.3 导联脱落检测
        4.3.4 起搏脉冲检测
        4.3.5 IIR数字滤波
        4.3.6 FIR三层数字滤波
        4.3.7 小波变换算法滤除基线漂移
        4.3.8 QRS检测算法
            4.3.8.1 QRS波群特征点提取
            4.3.8.2 心率的计算
        4.3.9 UART串口与蓝牙交互
    4.4 Android终端软件设计
        4.4.1 软件整体设计
        4.4.2 心电数据管理云平台
            4.4.2.1 云平台介绍
            4.4.2.2 数据库设计
        4.4.3 系统的注册和登录
        4.4.4 心电数据的可视化
            4.4.4.1 心电图片生成算法
            4.4.4.2 心电图生成的实现
            4.4.4.3 心电数据的更新
            4.4.4.4 心电图Android绘制
        4.4.5 心电数据的存储
        4.4.6 历史数据的查看
    4.5 本章小结
第5章 心电仪系统实现、测试与分析
    5.1 电源信号测试
    5.2 心电仪的实现与测试
        5.2.1 心电硬件系统实现
        5.2.2 心电模拟器信号测试
        5.2.3 实际人体心电图测试
            5.2.3.1 心电图静态测试
            5.2.3.2 心电图运动干扰测试
        5.2.4 心电仪Android应用程序实现与展示
            5.2.4.1 心电仪系统注册和登录
            5.2.4.2 心电仪测量页面
            5.2.4.3 心电仪历史数据查看
            5.2.4.4 心电仪图片的保存
            5.2.4.5 心电仪系统参数设置
    5.3 心电仪系统的结果与分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 心电仪设计总结
    6.2 心电仪研究展望
参考文献
致谢
在学期间主要科研成果
    一、发表学术论文
    二、其它科研成果

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本文编号：2835506