本文關(guān)鍵詞：基于單片機(jī)的心沖擊信號采集與處理方法的研究

  更多相關(guān)文章： 壓電薄膜 數(shù)字濾波器 STM32單片機(jī) 心率 呼吸率

【摘要】：人心臟的收縮與泵血會引起人體同步的振動,這種振動會引起與人接觸的外部物體發(fā)生同樣的振動,用一些傳感器檢測這種振動信號就獲取了心沖擊圖信號(Ballistocardiogram,BCG信號),對這種微弱振動變化的測量一直就是研究的難點(diǎn)�，F(xiàn)在有很多傳感器可以對BCG信號進(jìn)行采集,如壓電陶瓷或者電極貼片傳感器等,但這些器件在一定程度上受到限制,比如價格高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,舒適度差等。本文采用eTouch壓電薄膜(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)作為傳感器,這是一種高新分子材料所制成的,具有壓電特性高,價格低廉,結(jié)構(gòu)簡單,安全無污染,靈敏度高的優(yōu)良特性,可以實(shí)現(xiàn)對人體微弱生理信號(BCG信號)的非接觸式測量。本文基于這種傳感器設(shè)計出了一套人體生理體征信號(BCG信號)的采集與處理系統(tǒng)。本文設(shè)計了心沖擊信號的硬件采集電路。這個硬件電路包含五個部分,分別是前置電荷放大電路,濾波電路和主電壓放大電路,消除工頻干擾的陷波電路,和電平提升與穩(wěn)壓電路。前置放大電路主要將壓電薄膜產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)化為電壓,濾波電路主要濾除高頻噪聲和直流干擾,濾波范圍在0.15-30 Hz,主放大電路放大倍數(shù)控制在120多倍,陷波電路主要去除工頻干擾,電平提升與穩(wěn)壓電路主要使輸出的信號幅度滿足單片機(jī)的ADC輸入要求。通過本文設(shè)計的硬件采集電路,可以實(shí)現(xiàn)人在坐和躺兩種狀態(tài)下,都可以很好的實(shí)現(xiàn)對人體微弱的生理信號(BCG信號)進(jìn)行檢測與采集。本文編寫了提取心率,呼吸率等相關(guān)的算法。心跳和呼吸波的分離采用了截止頻率為0.48 Hz的低通數(shù)字濾波器進(jìn)行連續(xù)三次循環(huán)濾波的方法,而心率和呼吸率值的提取則通過快速傅立葉變換在頻域中確定。本文通過STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對采集到的信號實(shí)行處理與顯示。實(shí)現(xiàn)的功能包括心率算法,呼吸率算法的實(shí)現(xiàn)與顯示。研究的結(jié)果表明,本文設(shè)計的基于eTouch壓電薄膜的人體生理體征信號(BCG信號)的采集與處理系統(tǒng)具有可行性,同時這套系統(tǒng)具有安全便捷,靈敏度高,價格低廉,可靠性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：壓電薄膜 數(shù)字濾波器 STM32單片機(jī) 心率 呼吸率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R540.4;TP274.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本課題的創(chuàng)新及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)12-13
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容13-14
• 第2章 心沖擊信號（BCG信號）與壓電薄膜14-21
• 2.1 心沖擊圖信號（BCG信號）14-16
• 2.1.1 心沖擊圖信號的特點(diǎn)15-16
• 2.2 壓電薄膜傳感器的介紹16-20
• 2.2.1 壓電效應(yīng)18-19
• 2.2.2 壓電薄膜的工作原理19-20
• 2.3 eTouch壓電薄膜的優(yōu)點(diǎn)20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 信號硬件采集開發(fā)設(shè)計21-36
• 3.1 系統(tǒng)硬件方案的整體設(shè)計21-22
• 3.1.1 系統(tǒng)硬件采集設(shè)計的要求和思路21
• 3.1.2 系統(tǒng)硬件采集設(shè)計21-22
• 3.2 前置放大電路22-24
• 3.2.1 前置放大電路的選型與要求22-23
• 3.2.2 前置放大電路設(shè)計方案23-24
• 3.3 濾波電路24-27
• 3.3.1 濾波放大電路的設(shè)計要求24-27
• 3.3.2 濾波放大電路27
• 3.4 主放大電路27-28
• 3.4.1 主放大電路的設(shè)計要求27
• 3.4.2 主放大電路的設(shè)計方案27-28
• 3.5 陷波電路28-29
• 3.5.1 陷波電路的作用28
• 3.5.2 陷波電路的設(shè)計方案28-29
• 3.6 電平提升與穩(wěn)壓電路29-30
• 3.7 信號硬件采集電路調(diào)試結(jié)果30-32
• 3.8 制板時需要的注意事宜32-35
• 3.9 本章小結(jié)35-36
• 第4章 生理信息的提取36-52
• 4.1 引言36
• 4.2 STM32硬件系統(tǒng)配置36-41
• 4.3 坐姿狀態(tài)下生理信息的提取41-43
• 4.3.1 坐姿狀態(tài)下心率算法41-42
• 4.3.2 坐姿狀態(tài)下的結(jié)果分析42-43
• 4.4 平躺狀態(tài)下生理信息的提取43-51
• 4.4.1 平躺狀態(tài)下心率和呼吸率算法43-45
• 4.4.2 平躺狀態(tài)下的結(jié)果分析45-51
• 4.5 預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)51-52
• 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 致謝60

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張晶;曹欣榮;唐勁天;徐桂芝;;壓電薄膜式心沖擊圖信號采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J];生命科學(xué)儀器;2013年05期

2 馬志新;;基于改進(jìn)閾值小波變換的BCG信號處理[J];計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用;2013年15期

3 王春武;王旭;龍哲;張柯欣;;基于心沖擊信號的心率提取算法[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年08期

4 常曉燕;吳荔瓊;姜洪;曲志剛;翁向群;陳劉婷;程遵斌;;睡眠呼吸暫停綜合征與心電穩(wěn)定性的關(guān)系研究[J];心血管康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2011年05期

5 武利順;王敬佩;;聚偏氟乙烯的晶型及其影響因素[J];化工新型材料;2008年03期

6 舒方法;石俊;;基于PVDF壓電薄膜的脈搏測量系統(tǒng)研究[J];壓電與聲光;2008年01期

7 王代華,周德高,劉建勝,黃尚廉;PVDF壓電薄膜振動傳感器及其信號處理系統(tǒng)[J];壓電與聲光;1999年02期

8 嚴(yán)干新;Andre G.Kleber;Wayne E.Cascio;;心肌細(xì)胞間的電耦聯(lián)[J];生理科學(xué)進(jìn)展;1989年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 金晶晶;心沖擊圖信號的無感覺檢測與分析方法研究[D];東北大學(xué)　;2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 齊曉慧;基于壓電薄膜的可穿戴呼吸脈搏監(jiān)測系統(tǒng)[D];吉林大學(xué);2015年

2 苗旭;便攜式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 鄭慧君;微動敏感床墊式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)生理參數(shù)提取[D];山東大學(xué);2010年

4 楊冬;基于非接觸生命參數(shù)檢測系統(tǒng)的信號處理技術(shù)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2005年

，

本文編號：906077