脉搏信号采集系统的FPGA设计与实现

发布时间：2020-09-23 08:20

　　脉诊作为中医四诊之一,是一种重要的疾病诊断方法,然而在诊脉的过程中容易受到中医师个人经验和对脉学理论的理解等主观因素的影响,因此脉诊的客观化研究具有重大的意义。本课题设计了一款基于FPGA(Field Programmable Gate Arrary)的便携式脉搏信号采集系统,可以客观、准确的对脉搏波进行采集和存储。本文的主要工作有:(1)设计了脉搏信号采集系统的整体框架和系统功能。本系统以FPGA为核心芯片,具备脉搏信号的实时显示功能,并且支持RS-232通信接口和U盘读写。(2)设计了脉搏信号的预处理电路,用于对采集的原始脉搏信号放大和滤波。(3)完成了脉搏信号采集系统硬件平台的设计与制作,主要有FPGA的电源电路、配置电路、SDRAM接口电路、串口电路以及USB接口电路。(4)完成了模数转换器控制器和UART通信模块的FPGA逻辑设计,并使用Modelsim对设计进行了功能仿真。(5)完成了系统中LCD、CH376和触摸屏的驱动程序设计,以及脉搏信号的实时显示和存储的应用程序设计。通过测试表明,本课题设计脉搏信号采集系统能够较客观的采集人体脉搏信号,并实现了对采集脉搏信号进行实时显示和存储功能。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318;TN911.7
【部分图文】：

脉搏信号,采集系统,纸带,杠杆

1.2 脉搏信号采集系统的研究现状脉搏信号采集系统的研究在国外起步较早，早期的脉搏信号采集系统起源于十九世纪血压计的研发，且全部为压力脉搏信号采集系统。最早的脉搏信号采集系统是 1847年 Carl Ludwig 设计的基于 U 型水银计的脉搏信号记录仪，该脉搏信号记录仪将导管插入到人体动脉中，通过外界水银高度的变化测量出血压的变化。早期的脉搏信号采集系统全部是有创的，第一部无创脉搏信号采集系统是 Vierordt 在 1855 年设计的基于杠杆原理的脉搏信号采集系统，该系统在使用时将桡动脉贴合到杠杆的一端，杠杆的另一端与纸带相连，脉搏搏动时会使得杠杆与纸带相连的一端有规律的上下移动，从而将脉搏信号描记在纸带上，该系统如图 1.1 所示[6]。早期的脉搏信号采集系统全部以力学原理为指导，以机械设计为主，脉搏信号的记录方式也以描记到纸带上为主，导致误差较大，并不能准确的采集到人体脉搏信号。随着传感器技术和计算机技术的发展，脉搏信号采集系统的研发朝着自动化和数字化方向发展。多种类型的传感器在脉搏信号采集系统中的应用也提高了信号采集的准确性，如芬兰的 Sorvoja 研发的基于压电薄膜的采集系统[7]，Kaniusas 等使用磁致伸缩材料研发的压力脉搏信号采集系统[8]。

脉搏信号采集系统的FPGA设计与实现

NiosII处理

传感器,脉搏信号

信号采集系统主要技术指标为：供电电源：+5V。传感器主要指标：电源电压：5-6V，压力量程：-50-+300mmHg000uV/mmHg；精度：0.5%。转换器主要指标：分辨率：10 位二进制；转换时间：2μs；非线性范围：2.7～5.5V。指标：支持 RS-232 通信，支持 U 盘存储。搏传感器的选型传感器主要有压力传感器、超声传感器以及光电传感器。压力传师切脉最为相似，压力脉搏信号采集系统能够更好的模拟中医师类脉搏信号采集系统中使用最多的是压力传感器。本设计中选用肥华科电子技术研究所研制开发的 HK-2000B，该传感器是基于化脉搏传感器,如图 3.2所示。HK-2000B是一种软接触式的无创伤无创心血管功能检测、中医脉象诊断。传感器内部集成了感温元力敏元件，具有较高的灵敏度和抗干扰性能力，同时还有过载能

【参考文献】