便携式心电采集系统设计(附件)
世界卫生组织的研究表明心脑血管引起的死亡在全球范围看来仍然排在首位。心电图机可以即时检测心脏兴奋的电位活动状况。但是一般的心电图机体积和质量都较大，且价格不菲，操作较复杂。本文设计了一种便于携带、基于无线蓝牙技术的，能持续对病人心电信号进行检测和记录的个人医疗硬件系统，还能够为临床检查和评估提供可使用的参考资料。本文主要研究了心电采集电路的设计，将心电信号采集后，通过缓冲、滤波、放大、模数转换后传输到基于ARM内核的STM3F100C8T6处理器上，经过MCU进行数据处理后，通过蓝牙芯片发送数据。该数据能被其他手机接收并通过软件对数据进行收集并显示出波形，可以方便的随时随地方便的进行心电的测量。关键词心电检测，蓝牙技术，ARM处理器，便携式
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的目的和意义 1
1.3国内外研究现状分析 2
1.3.1我国研究现状分析 2
1.3.2国外研究现状分析 3
2心电信号检测原理 4
2.1心电波形产生原理 4
2.2心电导联体系和发展历程介绍 6
2.3心电测量系统的设计难点 7
3系统方案比较与确定 7
3.1设计要求与原则 7
3.2模拟前端方案选择 8
3.3主控方案选择 8
3.4案件方案选择 9
3.5系统方案确定 9
4系统硬件设计 10
4.1MCU电路设计 10
4.1.1STM3F100C8T6特性 10
4.1.2主控模块电源电路 11
4.1.3主控模块晶振电路设计 12
4.1.4主控模块复位电路设计 12
4.2蓝牙模块介绍 13
4.2.1蓝牙模块介绍 13
4.2.2蓝牙与MCU连接 14
4.3心电检测电路设计 14
5系统软件设计 15
5.1开发软件介绍 15
5.2主程序设计 16
5.3按键检测程序设计 18
5.4采集系统数据处理程序 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.5手机APP软件设计 22
5.5.1软件开发的工具和环境 22
5.5.2 Eclipse简介 22
5.5.3安装JDK和SDK 22
5.5.4软件主界面演示 22
6系统调试 23
6.1数据调试 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1绪论
1.1引言
世界卫生组织研究表明：2012年心血管疾病是造成人类因疾病死亡的头号原因[1]，心脑血管引起的死亡在全球范围看来仍然排在前列，意味着每年由于心血管疾病而导致死亡的人数比其他疾病引起的死亡人数都高。这几年来心血管类疾病所造成的死亡人数虽然有所下降，但是心脏病作为一种常见疾病，而且发作时造成患者死亡概率很高，且病情急迫，所以心脏疾病患者需定期检测心脏电位变化，以确保疾病处于可控水平。在现代医学中，心电图机是诊断心脏类疾病的首选仪器，它可以检测心脏兴奋时的电位活动状况，虽然它使用方便，且检测结果可靠，对人体一般无创伤性损害，但是一般的心电图机体积和质量都较大，且价格不菲，每次检查都需要患者亲自前往医院，这对患者检查带来了不少经济负担和耗费时间。
现如今，电子技术发展迅速。计算机技术和电子技术逐渐和临床上的医学问题相结合，为心电信号的检测和处理提供了方便的强有力的工具[2]。而这种新的发明无疑可以帮助患者更好的了解自己的身体状况，因为是采用无线蓝牙技术，就可以对患者进行不间断的心脏电活动状态的检测，同时可以在后期的诊断和治疗提供更有参考价值的资料，这对于心脏疾病的预防和尽早发现都有很大的帮助。可以大大的降低由心脏功能异常而引起的死亡率。同时该系统不需要心脏病患者呆在医院，检测过程随时都可以进行，患者可以在家中进行日常的生活工作，具有随时检测即使出结果的优点。未来的设计还可以通过网络将心电检测资料从个人传输到医疗中心、社区等，患者就诊时无需拿着一堆的资料到处奔波，这不仅在方便了生活的同时对患者心脏病的预防和临床检查有很大的参考价值。
1.2研究的目的和意义
通常，人体的心跳频率大概为每分钟五十至七十次，心跳频率理论上为1 Hz上下。所以，在测量时应选取较高的采样率才能保证心电图采集的质记录的数据传输到计算机上进行数据处理，缺点是其体积一般较大、质量重、不具备便携性。近年来出现的蓝牙技术[3]，可以较好地解决数据传输问题，将传统的有线传输转化为无线传输，为产品提供良好的便携性。同时，蓝牙的传输效率可以达到每信道721 kb/s[4]，符合一般的心电检测信号数据的通信要求，弥补过去因采集传输模块的信道数量少，和处理机的数据交换速度慢，采集系统体积庞大、价格昂贵等缺点。而近年来，可穿戴设备数量逐年增长，个人医疗设备也将向小型化、智能化发展[5]。医疗设备变得越来越智能有利于个人小型医疗设备的普及，并且使得设备的使用方法更为简便，有利于老年人和儿童用户的使用。另外，现如今移动互联网的普及和网络传输速度不断提高，个人智能医疗设备可以通过网络接入到未来的云医疗系统中，个人医疗数据能够上传到服务器，这将大大促进医疗资源的共享范围，对心脏类疾病的治疗提供更好的记录的数据传输到计算机上进行数据处理，缺点是其体积一般较大，但是，较高的采样频率所带来的缺点是会产生过多的数据，而且蓝牙的速度达不到传输大量数据的要求。
所以，本设计设置了采样率为250 Hz。由于模数转换芯片为7通道，系统采样所产生的数据每秒大概279字节，在数据的传输过程中还需加上蓝牙通信中的信息，所以系统所产生的总数据为每秒450字节。要满足本设计要求，首先蓝牙的协议应能为此提供足够的支持。由于本系统采用了蓝牙电缆替代协议，这个协议能够提供波特率为38400 Hz的通信，能够符合数据传输所需要的要求。
本文设计了一种便于携带、基于无线蓝牙技术的便于对病人心电信号进行检测的个人医疗硬件系统，可以不间断地对患者心脏电活动状态进行记录，还能够为临床检查和评估提供可使用的参考资料。本文主要研究了心电采集电路的计，将心电信号采集后，通过缓冲、滤波、放大、模数转换后传输到基于ARM内核的STM3F100C8T6处理器上，经过MCU进行数据处理后，通过蓝牙芯片发送数据。该数据能被其他手机接收并通过软件对数据进行收集并显示出波形，可以方便的随时随地方便的进行心电的测量。
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的目的和意义 1
1.3国内外研究现状分析 2
1.3.1我国研究现状分析 2
1.3.2国外研究现状分析 3
2心电信号检测原理 4
2.1心电波形产生原理 4
2.2心电导联体系和发展历程介绍 6
2.3心电测量系统的设计难点 7
3系统方案比较与确定 7
3.1设计要求与原则 7
3.2模拟前端方案选择 8
3.3主控方案选择 8
3.4案件方案选择 9
3.5系统方案确定 9
4系统硬件设计 10
4.1MCU电路设计 10
4.1.1STM3F100C8T6特性 10
4.1.2主控模块电源电路 11
4.1.3主控模块晶振电路设计 12
4.1.4主控模块复位电路设计 12
4.2蓝牙模块介绍 13
4.2.1蓝牙模块介绍 13
4.2.2蓝牙与MCU连接 14
4.3心电检测电路设计 14
5系统软件设计 15
5.1开发软件介绍 15
5.2主程序设计 16
5.3按键检测程序设计 18
5.4采集系统数据处理程序 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.5手机APP软件设计 22
5.5.1软件开发的工具和环境 22
5.5.2 Eclipse简介 22
5.5.3安装JDK和SDK 22
5.5.4软件主界面演示 22
6系统调试 23
6.1数据调试 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1绪论
1.1引言
世界卫生组织研究表明：2012年心血管疾病是造成人类因疾病死亡的头号原因[1]，心脑血管引起的死亡在全球范围看来仍然排在前列，意味着每年由于心血管疾病而导致死亡的人数比其他疾病引起的死亡人数都高。这几年来心血管类疾病所造成的死亡人数虽然有所下降，但是心脏病作为一种常见疾病，而且发作时造成患者死亡概率很高，且病情急迫，所以心脏疾病患者需定期检测心脏电位变化，以确保疾病处于可控水平。在现代医学中，心电图机是诊断心脏类疾病的首选仪器，它可以检测心脏兴奋时的电位活动状况，虽然它使用方便，且检测结果可靠，对人体一般无创伤性损害，但是一般的心电图机体积和质量都较大，且价格不菲，每次检查都需要患者亲自前往医院，这对患者检查带来了不少经济负担和耗费时间。
现如今，电子技术发展迅速。计算机技术和电子技术逐渐和临床上的医学问题相结合，为心电信号的检测和处理提供了方便的强有力的工具[2]。而这种新的发明无疑可以帮助患者更好的了解自己的身体状况，因为是采用无线蓝牙技术，就可以对患者进行不间断的心脏电活动状态的检测，同时可以在后期的诊断和治疗提供更有参考价值的资料，这对于心脏疾病的预防和尽早发现都有很大的帮助。可以大大的降低由心脏功能异常而引起的死亡率。同时该系统不需要心脏病患者呆在医院，检测过程随时都可以进行，患者可以在家中进行日常的生活工作，具有随时检测即使出结果的优点。未来的设计还可以通过网络将心电检测资料从个人传输到医疗中心、社区等，患者就诊时无需拿着一堆的资料到处奔波，这不仅在方便了生活的同时对患者心脏病的预防和临床检查有很大的参考价值。
1.2研究的目的和意义
通常，人体的心跳频率大概为每分钟五十至七十次，心跳频率理论上为1 Hz上下。所以，在测量时应选取较高的采样率才能保证心电图采集的质记录的数据传输到计算机上进行数据处理，缺点是其体积一般较大、质量重、不具备便携性。近年来出现的蓝牙技术[3]，可以较好地解决数据传输问题，将传统的有线传输转化为无线传输，为产品提供良好的便携性。同时，蓝牙的传输效率可以达到每信道721 kb/s[4]，符合一般的心电检测信号数据的通信要求，弥补过去因采集传输模块的信道数量少，和处理机的数据交换速度慢，采集系统体积庞大、价格昂贵等缺点。而近年来，可穿戴设备数量逐年增长，个人医疗设备也将向小型化、智能化发展[5]。医疗设备变得越来越智能有利于个人小型医疗设备的普及，并且使得设备的使用方法更为简便，有利于老年人和儿童用户的使用。另外，现如今移动互联网的普及和网络传输速度不断提高，个人智能医疗设备可以通过网络接入到未来的云医疗系统中，个人医疗数据能够上传到服务器，这将大大促进医疗资源的共享范围，对心脏类疾病的治疗提供更好的记录的数据传输到计算机上进行数据处理，缺点是其体积一般较大，但是，较高的采样频率所带来的缺点是会产生过多的数据，而且蓝牙的速度达不到传输大量数据的要求。
所以，本设计设置了采样率为250 Hz。由于模数转换芯片为7通道，系统采样所产生的数据每秒大概279字节，在数据的传输过程中还需加上蓝牙通信中的信息，所以系统所产生的总数据为每秒450字节。要满足本设计要求，首先蓝牙的协议应能为此提供足够的支持。由于本系统采用了蓝牙电缆替代协议，这个协议能够提供波特率为38400 Hz的通信，能够符合数据传输所需要的要求。
本文设计了一种便于携带、基于无线蓝牙技术的便于对病人心电信号进行检测的个人医疗硬件系统，可以不间断地对患者心脏电活动状态进行记录，还能够为临床检查和评估提供可使用的参考资料。本文主要研究了心电采集电路的计，将心电信号采集后，通过缓冲、滤波、放大、模数转换后传输到基于ARM内核的STM3F100C8T6处理器上，经过MCU进行数据处理后，通过蓝牙芯片发送数据。该数据能被其他手机接收并通过软件对数据进行收集并显示出波形，可以方便的随时随地方便的进行心电的测量。
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