基于STM32的便携式心电图仪设计

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本帖最后由 xinxincaijq 于 2013-10-14 15:09 编辑

一、 项目概述

随着社会的进步、经济的发展以及人们生活水平的逐步提高，我国人口老龄化程度越来越严重，与此伴随的心脏病一类的疾病的发病率也不断攀升，人们的身体健康产生了巨大的威胁。相关数据表明，我国因心脑血管疾病死亡的人数将近占总死亡人数的一半[1]。根据相关部门的调查显示，我国每年大约有近一半的死亡病例为冠心病，而且死亡率还在逐年递增。每年约有16万名患者接受支架植入手术，手术施行每年的增长率超过了五分之一。在我国因心脑血管疾病每年耗费达3000亿元，由于受测试手段的局限，预防率、治疗率及控制率依然很低。预防率是有效防治心脑血管疾病的关键因素，而且有效的方便的心电监测仪器是完成这一任务的有力工具。

二、 项目系统框架图

1. 硬件系统框架图

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2. 软件系统框架图

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三、 工作原理介绍

心电信号由电极获取，送人心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC进行AD转换。为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，数据通过USB可靠地传输到PC机，以便对心电数据做进一步的分析。系统主要硬件结构及电路系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取；带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求；STM32处理电路，完成心电信号的显示和分析功能。

整个系统有以下几个部分组成：

（1）采集电路：主要有前置放大电路、带通滤波电路和主放大电路组成，心电信号由电极获取后送入心电采集电路，经处理后得到符合要求的心电信息。

（2）处理电路：主要完成对心电数据的滤波、陷波、放大、分析、显示和传输控制。

（3）按键电路：完成良好的人机交互。

（4）显示电路：实时显示出心电波形和心电相关信息。

（5）上位机设计：在PC机上处理和显示心电波形。

（6）电源电路：设计稳定可靠的电源电路，为整个系统提供电源，降低系统功耗。

四、 项目实现要点、难点分析

由于心电信号的微弱性，我们对心电信号的提取具有一定难度。另外受到50Hz 及其倍频干扰和极化电压的影响，对前置放大器和信号滤波电路的设计提出了更高的要求。因此在设计前端硬件电路时，要根据信号的特征，选择最佳的器件。同时便携式设备必须是低功耗设备这限制了多数的微处理器，锂电池供电对信号仅仅用硬件滤波还不能达到分析信号的要求，硬件滤波的一个缺点是，要想获得更好的滤波效果，必须设计更高的阶数，而这无疑会增加系统的体积。因此还有必要采用软件滤波的方法，这就对处理器的速度和软件的优化提出了更高的要求。采取软件滤波即设计数字滤波器，数字滤波器有多种，这样就必须寻找一种行之有效的滤波算法。

五、 项目设计预计效果

常规心电监护设备体积笨重、价格昂贵和不便于携带，但是随着社会生活水平的提高，医疗器械家庭化开始逐渐进入我们的日常生活，家庭化的心电图仪器功能没有专业的大型的医疗设备齐全，但是它具有具有体积小、操作简单的优点，同时可以在一定程度上满足了人们的基本应用。我们可以用它在家庭或则其他地方很方便的进行心电图信号的测量，并根据进一步的处理，做基本的诊断，也可以把这些数据提交到专业机构做进一步的详尽的诊断。这样也可以避免那些行动不便的病人，利用互联网技术，把数据通过远程传送的方式，提交到专业机构或指定的医院惊醒专业诊断和分析。

为了能够在更多场合更方便的诊断，各种各样的便携式心电图设备应运而生，常规心电图仪由于笨重只能在病人静卧的情况下记录的心电活动，历时时间短，获取的信息量很少，所以在有限时间内有些非正常的情况被发现的概率也是很低的。而便携式监护装置可以在随时随地的进行实时监护，并把数据存储起来。这样不仅可以节省时间，还可以得到实时的监护，所以研发便携式心电监护产品具有重要意义。本文主要研究的便携式心电图仪，即将普通心电图设备小型化、家庭化，具有低价位、体积小、便于携带和使用方便等特点。