本文關(guān)鍵詞：基于單片機(jī)的心沖擊信號(hào)采集與處理方法的研究

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【摘要】：人心臟的收縮與泵血會(huì)引起人體同步的振動(dòng),這種振動(dòng)會(huì)引起與人接觸的外部物體發(fā)生同樣的振動(dòng),用一些傳感器檢測(cè)這種振動(dòng)信號(hào)就獲取了心沖擊圖信號(hào)(Ballistocardiogram,BCG信號(hào)),對(duì)這種微弱振動(dòng)變化的測(cè)量一直就是研究的難點(diǎn)�，F(xiàn)在有很多傳感器可以對(duì)BCG信號(hào)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(jià)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(jià)格低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安全無(wú)污染,靈敏度高的優(yōu)良特性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體微弱生理信號(hào)(BCG信號(hào))的非接觸式測(cè)量。本文基于這種傳感器設(shè)計(jì)出了一套人體生理體征信號(hào)(BCG信號(hào))的采集與處理系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了心沖擊信號(hào)的硬件采集電路。這個(gè)硬件電路包含五個(gè)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(hào)幅度滿足單片機(jī)的ADC輸入要求。通過(guò)本文設(shè)計(jì)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(duì)人體微弱的生理信號(hào)(BCG信號(hào))進(jìn)行檢測(cè)與采集。本文編寫(xiě)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(guò)快速傅立葉變換在頻域中確定。本文通過(guò)STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集到的信號(hào)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(jì)的基于eTouch壓電薄膜的人體生理體征信號(hào)(BCG信號(hào))的采集與處理系統(tǒng)具有可行性,同時(shí)這套系統(tǒng)具有安全便捷,靈敏度高,價(jià)格低廉,可靠性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)。
【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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)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?jī)?nèi)容13-14
• 第2章 心沖擊信號(hào)（BCG信號(hào)）與壓電薄膜14-21
• 2.1 心沖擊圖信號(hào)（BCG信號(hào)）14-16
• 2.1.1 心沖擊圖信號(hào)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(hào)硬件采集開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)21-36
• 3.1 系統(tǒng)硬件方案的整體設(shè)計(jì)21-22
• 3.1.1 系統(tǒng)硬件采集設(shè)計(jì)的要求和思路21
• 3.1.2 系統(tǒng)硬件采集設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)要求27
• 3.4.2 主放大電路的設(shè)計(jì)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(jì)方案28-29
• 3.6 電平提升與穩(wěn)壓電路29-30
• 3.7 信號(hào)硬件采集電路調(diào)試結(jié)果30-32
• 3.8 制板時(shí)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)】

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本文編號(hào)：906077