論文以山東省科學院創(chuàng)新工程專項基金資助項目為背景展開。心臟病突發(fā)性強的特點決定了對心臟監(jiān)護的重要性,心電圖作為診斷心臟病的重要依據(jù)和方式,在心臟監(jiān)護中扮演了重要的角色。為更好的對接現(xiàn)有云健康大數(shù)據(jù)平臺,提高健康數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性,依托目前的科技發(fā)展水平和智能終端的普及,在現(xiàn)有心電監(jiān)護設備的基礎上,研究和設計一款十二導聯(lián)智能網(wǎng)絡化心電儀具有不言而喻的重要性。論文的主要研究和設計內(nèi)容如下:1.詳細研究了心電信號的形成及特點,并基于MATLAB仿真的形式,利用MIT-BIH Arrhythmia ECG數(shù)據(jù)對當前主要的濾波和降噪算法進行實驗測試,提出了利用無線脈沖響應濾波、有限脈沖響應(FIR)濾波、小波變換算法和主成分分析法相結合的方式,進行心電儀在心電信號處理過程中具體濾波和降噪算法技術方案的設計。2.論文給出了本心電儀系統(tǒng)的具體硬件設計,利用低功耗、體積小和便于開發(fā)擴展的TI系列微控制器TM4C123GH6PM作為系統(tǒng)的主控制模塊,同時利用集成心電采集前端ADS1298代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于分立元件和分立電路設計的心電圖機,使得系統(tǒng)的功耗和體積大幅度減小。3.論文詳細研究和設計了系統(tǒng)的軟件,包括嵌入式終端軟件和移動端應用程序。隨著智能移動設備的普及,本心電儀利用移動智能終端進行最終心電圖的展示,極大的方便了用戶的操作使用,同時作為智能云健康檢測儀的子模塊,系統(tǒng)可以無痕對接現(xiàn)有的檢測儀終端以及云數(shù)據(jù)平臺,使用方便。4.最后基于心電模擬器和實際人體進行測試,包括運動干擾下的波形顯示情況,獲得了滿意的濾波和降噪效果,通過對比正常心電信號和經(jīng)由本系統(tǒng)采集展示的心電信號,可以看出誤差在允許的范圍內(nèi),驗證了系統(tǒng)的設計。另外,本心電儀系統(tǒng)的輸入頻率范圍在0.05Hz到150Hz之間,輸入阻抗高達100MΩ,CMRR為110dB,50Hz工頻干擾抑制比達到30dB,噪聲僅為3μV,這些指標符合醫(yī)藥標準對于心電監(jiān)護設備輸入阻抗高、CMRR高、漂移抑制和噪聲低等的要求,很好的對接了現(xiàn)有健康平臺,也就是說,整個系統(tǒng)的設計達到了預期的研究和設計要求,具有較高的實際使用價值和應用意義。
【學位單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH789
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 心電儀研究背景
    1.4 論文的主要工作
        1.4.1 心電儀設計目標
        1.4.2 本論文主要工作
第2章 心電儀系統(tǒng)整體設計
    2.1 心電儀設計原則和指標
    2.2 心電電極與導聯(lián)設計
    2.3 心電信號的采集與處理
        2.3.1 心電信號的形成及特點
        2.3.2 心電信號的干擾
        2.3.3 濾波和去噪算法
            2.3.3.1 濾除工頻干擾
            2.3.3.2 濾除基線漂移
    2.4 心電信號的傳輸與繪制
        2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸技術
        2.4.2 藍牙連接的實現(xiàn)
        2.4.3 心電動態(tài)實時繪圖技術
    2.5 心電儀系統(tǒng)的創(chuàng)新點
    2.6 本章小結
第3章 心電儀硬件系統(tǒng)設計
    3.1 硬件系統(tǒng)整體設計
    3.2 集成采集前端
        3.2.1 前置調(diào)理電路
            3.2.1.1 前置EMI濾波器
            3.2.1.2 前置放大電路
        3.2.2 導聯(lián)脫落檢測電路
        3.2.3 右腿驅動電路
        3.2.4 高低通濾波電路
    3.3 主控制器模塊
    3.4 電源模塊
        3.4.1 電源電路設計
        3.4.2 充電電路設計
    3.5 藍牙模塊
    3.6 其他電路設計
        3.6.1 工作狀態(tài)指示電路
        3.6.2 復位電路
        3.6.3 JTAG接口電路
        3.6.4 隔離電路
        3.6.5 串口電路
    3.7 心電導聯(lián)原理設計
    3.8 印刷電路板設計
    3.9 本章小結
第4章 心電儀軟件系統(tǒng)設計
    4.1 集成開發(fā)環(huán)境介紹
        4.1.1 嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境
        4.1.2 Android軟件開發(fā)環(huán)境
    4.2 軟件系統(tǒng)整體設計
    4.3 嵌入式軟件設計
        4.3.1 軟件整體設計
        4.3.2 心電信號獲取和SPI通信
        4.3.3 導聯(lián)脫落檢測
        4.3.4 起搏脈沖檢測
        4.3.5 IIR數(shù)字濾波
        4.3.6 FIR三層數(shù)字濾波
        4.3.7 小波變換算法濾除基線漂移
        4.3.8 QRS檢測算法
            4.3.8.1 QRS波群特征點提取
            4.3.8.2 心率的計算
        4.3.9 UART串口與藍牙交互
    4.4 Android終端軟件設計
        4.4.1 軟件整體設計
        4.4.2 心電數(shù)據(jù)管理云平臺
            4.4.2.1 云平臺介紹
            4.4.2.2 數(shù)據(jù)庫設計
        4.4.3 系統(tǒng)的注冊和登錄
        4.4.4 心電數(shù)據(jù)的可視化
            4.4.4.1 心電圖片生成算法
            4.4.4.2 心電圖生成的實現(xiàn)
            4.4.4.3 心電數(shù)據(jù)的更新
            4.4.4.4 心電圖Android繪制
        4.4.5 心電數(shù)據(jù)的存儲
        4.4.6 歷史數(shù)據(jù)的查看
    4.5 本章小結
第5章 心電儀系統(tǒng)實現(xiàn)、測試與分析
    5.1 電源信號測試
    5.2 心電儀的實現(xiàn)與測試
        5.2.1 心電硬件系統(tǒng)實現(xiàn)
        5.2.2 心電模擬器信號測試
        5.2.3 實際人體心電圖測試
            5.2.3.1 心電圖靜態(tài)測試
            5.2.3.2 心電圖運動干擾測試
        5.2.4 心電儀Android應用程序實現(xiàn)與展示
            5.2.4.1 心電儀系統(tǒng)注冊和登錄
            5.2.4.2 心電儀測量頁面
            5.2.4.3 心電儀歷史數(shù)據(jù)查看
            5.2.4.4 心電儀圖片的保存
            5.2.4.5 心電儀系統(tǒng)參數(shù)設置
    5.3 心電儀系統(tǒng)的結果與分析
    5.4 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 心電儀設計總結
    6.2 心電儀研究展望
參考文獻
致謝
在學期間主要科研成果
    一、發(fā)表學術論文
    二、其它科研成果

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本文編號：2835506