基于ZigBee无线网络的心电检测系统的研究

发布时间：2020-10-28 00:07

　　 心脏病是一种突发性、死亡率高的疾病,目前已成为危害人类生命安全的主要疾病之一。心电信号检测是诊断心血管疾病的最直接的方法,目前临床上通常采用的心电检测方式主要有：常规的静态心电图检测和Hol ter仪检测。进行常规心电图检测时,患者需要静卧在病床上,由于采用有线线缆传输数据,这种检测方式不仅限制患者的活动,而且只能获取患者短时间内的心电信息。Hol ter仪可在患者正常活动情况下持续24小时获得心电信息,但是该仪器获取的心电数据需存于记录器中,不能实时显示心电信号。针对以上心电检测仪的不足,本文通过综合应用ZigBee技术和LabVIEW开发平台,设计制作了一种基于ZigBee无线传感网络的心电检测系统,从而实现了对心脏病患者在日常活动中长时间、实时的心电监测。该心电检测系统主要由三部分组成,分别是：心电信号预处理硬件电路、ZigBee无线网络及上位机。首先,根据心电信号的特点搭建分立式的心电预处理硬件电路,利用所设计的电路对采用双极胸导联方式提取的体表心电信号进行预处理,设计的硬件电路主要包括放大电路、滤波电路、电压抬升电路、右腿驱动电路,并在PCB板上制作了实现以上各部分功能的电路,该预处理电路可获取具有明显特征波群的心电信号。基于TI公司的CC2530芯片,设计了CC2530核心板和底板,构建出ZigBee通信模块。通过对ZigBee节点的程序设计,获得了可自动组网及无线通信的协调器节点、路由节点和终端节点,实现了心电信号的无线传输。最后运用LabVIEW设计了基于USB串口的上位机应用软件,实现了心电信号的实时监测、心电数据存储、心电数据后续滤波处理以及心率计算等功能。本文设计的心电检测系统经过调试和测试运行,结果表明：可长时间、实时采集心电信号并进行显示,心率平均误检率为1.98%,使用两个路由器后无线通信距离可达150米以上。系统能够稳定运行、并且具有可扩展移植性能,基本达到了设计的预期目标,具有一定的临床参考价值。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TH776;R540.4
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 心电检测技术的国内外发展现状
        1.2.1 心电检测仪器的发展及其相关研究成果
        1.2.2 ZigBee技术在医疗领域的应用现状
    1.3 论文研究的主要内容及章节安排
第二章 心电检测系统的相关技术
    2.1 心电信号的基本理论
        2.1.1 心电信号产生的原理
        2.1.2 心电图测量方式
        2.1.3 心电信号的特征
    2.2 无线传感器网络概述
        2.2.1 无线传感器网络介绍
        2.2.2 ZigBee技术介绍
    2.3 本章小结
第三章 系统的总体设计
    3.1 系统的总体结构设计
    3.2 系统的设计要求
    3.3 心电预处理电路的设计要求
    3.4 本章小结
第四章 心电检测系统的硬件组成
    4.1 检测电极与导联方式
    4.2 心电信号预处理电路设计
        4.2.1 预处理电路芯片的选择
        4.2.2 前级放大及右腿驱动电路
        4.2.3 滤波电路设计
        4.2.4 电源模块电路
    4.3 ZigBee无线传输模块
        4.3.1 CC2530核心板
        4.3.2 终端节点/路由器底板
        4.3.3 协调器节点底板
    4.4 本章小结
第五章 系统软件设计
    5.1 ZigBee协议栈介绍及其工作流程
    5.2 协调器节点程序
    5.3 路由器节点程序
    5.4 终端节点程序
    5.5 基于LabVIEW的应用软件设计
        5.5.1 虚拟仪器技术概述
        5.5.2 串口通信与数据存储模块
        5.5.3 心率计算模块
        5.5.4 数据读取模块
        5.5.5 小波降噪和数字陷波模块
        5.5.6 显示界面设计
    5.6 本章小结
第六章 系统实验与实验结果分析
    6.1 心电信号预处理电路调试
    6.2 ZigBee无线通信调试
    6.3 基于LabVIEW的应用软件调试
        6.3.1 实时检测功能调试
        6.3.2 心电信号的后续处理
        6.3.3 心率计算的准确性调试
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究成果总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及其它科研成果
附录一 心电预处理电路原理图
附录二 CC2530模块原理图

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本文编号：2859273