多生理参数采集系统的硬件电路设计

发布时间：2017-08-07 07:00

  本文关键词：多生理参数采集系统的硬件电路设计

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【摘要】：生理参数是进行医学临床诊断和健康监护的重要参考依据。对人体生理参数的采集和处理是生物医学领域的热门研究课题之一。为了方便人们对人体生理和病理状况的研究和全面分析，采集到的生理参数类型需要尽量多样化，所以现代医疗电子产品的设计要求能够实现多路生理参数的采集。 针对上述需求，本文设计实现了一种基于STM32和ADS1294的多生理参数采集系统。该系统采用了模块化设计，以基于Cortex-M3内核的高性能处理器STM32为硬件平台处理核心，以TI公司的24位高精度模数转换芯片ADS129x系列芯片ADS1294R和ADS1294为关键模数转换芯片，配合各路生理参数采集电路，在此基础上实现心电信号、呼吸信号、无创血压、血氧信号等多路生理参数的采集。 本文的研究工作概述如下： (1)在分析多生理参数采集系统的需求和被采集的心电信号、呼吸信号、无创血压、血氧信号等多路生理参数的特征的基础上，选取了STM32作为多生理参数采集系统的主控芯片，ADS1294作为系统的A/D转换芯片，设计了基于STM32和ADS1294的多生理参数采集系统的总体方案。 (2)在Altium Designer Winter09开发环境下，，完成了多生理参数采集系统各组成模块的硬件电路设计，包括心电信号采集模块、呼吸信号采集模块、无创血压信号采集模块、血氧信号采集模块、电源模块及通信接口电路的设计等；并采用Mutisim12对设计的各模块硬件电路进行仿真分析，完成了各硬件电路的功能验证。 (3)在研究分析电磁兼容性的理论基础上，为了增强多生理参数采集系统的抗干扰能力，尽量减少各种电磁干扰的影响，完成了多生理参数采集系统的板级电磁兼容性设计，包括8层板叠层设计、数模分区和功能分区的布局设计及电路布线的设计，使电路的设计达到预期的目的，即达到电磁兼容性。 (4)完成了系统测试方案的设计，利用人体生理参数模拟仪模拟人体的生理参数对系统各功能模块进行了测试，包括电信号采集模块、呼吸信号模块、无创血压信号模块和血氧信号采集模块等；通过对各模块测试结果的分析，验证了本文设计的多生理参数采集系统的功能，从而实现了多路生理参数的采集。
【关键词】：生理参数 信号采集 STM32 ADS1294 电磁兼容性
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.6;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究背景及意义10-11
• 1.3 多生理参数采集的相关领域研究现状11-17
• 1.3.1 心电信号采集11-13
• 1.3.2 无创血压采集13-14
• 1.3.3 血氧饱和度14-15
• 1.3.4 呼吸信号采集15-17
• 1.4 系统设计中的难点分析17-19
• 1.5 课题的研究内容和结构安排19-20
• 第2章 多生理参数采集系统需求分析与总体设计20-24
• 2.1 系统需求分析20-21
• 2.2 主控芯片及 A/D 器件选择方案21-22
• 2.2.1 MCU 的选择方案21
• 2.2.2 A/D 的选择方案21-22
• 2.3 多生理参数采集系统总体方案设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 多生理参数采集系统的硬件设计24-45
• 3.1 心电信号采集模块24-28
• 3.1.1 心电模块方案设计24-25
• 3.1.2 预处理电路设计与仿真25-26
• 3.1.3 心电信号采集电路设计26-27
• 3.1.4 右腿驱动和屏蔽驱动电路设计与仿真27-28
• 3.2 呼吸信号模块28-31
• 3.2.1 呼吸模块方案设计28-30
• 3.2.2 呼吸模块电路设计与仿真30-31
• 3.3 无创血压信号模块31-37
• 3.3.1 血压模块结构设计31-32
• 3.3.2 压力传感器电路设计与仿真32-33
• 3.3.3 过压保护电路设计与仿真33-35
• 3.3.4 气泵气阀驱动电路设计与仿真35-37
• 3.4 血氧信号采集模块37-41
• 3.4.1 血氧模块结构设计37-38
• 3.4.2 LED 驱动电路设计与仿真38-40
• 3.4.3 滤波放大电路设计与仿真40-41
• 3.5 ARM 外围电路设计41-44
• 3.5.1 电源电路41-43
• 3.5.2 USB 接口电路43-44
• 3.5.3 RS232 接口电路44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 电路板级电磁兼容性设计45-49
• 4.1 电磁干扰模型分析45-46
• 4.2 电路板级电磁兼容性设计46-48
• 4.2.1 电路叠层设计46-47
• 4.2.2 电路布局设计47
• 4.2.3 电路布线设计47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 系统测试及实验结果分析49-54
• 5.1 系统测试方案设计49-50
• 5.2 心电及呼吸模块测试与分析50-51
• 5.3 无创血压模块测试与分析51-53
• 5.4 血氧模块测试与分析53
• 5.5 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-56
• 6.1 论文工作总结54-55
• 6.2 未来工作展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 攻读学位期间参加科研情况60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 崔洋;彭吉;李佩s

本文编号：633285