【正文】 人體心電信號檢測電路的設(shè)計 Design of Human ECG Detection Circuit 2021 屆 電氣與電子工程 學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué) 號 20212701 學(xué)生姓名 賈一超 指導(dǎo)教師 王小平 完成日期 2021 年 6 月 10 日 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計成績單 學(xué)生姓名 賈一超 學(xué)號 20212701 班級 電 11014 專業(yè) 電氣工程及其自動化 畢業(yè)設(shè)計題目 人體心電信號檢測電路的設(shè)計 指導(dǎo)教師姓名 王小平 指導(dǎo)教師職稱 教 授 評 定 成 績 指導(dǎo)教師 得分 評閱人 得分 答辯小組組長 得分 成績： 院長簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 人體心電信號檢測電路的設(shè)計 學(xué)生姓名 賈一超 學(xué)號 20212701 班級 電 11014 專業(yè) 電氣工程及其自動化 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣與電 子工程學(xué)院 導(dǎo)師 姓名 王 小平 導(dǎo)師 職稱 教授 一、主要內(nèi)容 通過 Multisim 仿真軟件設(shè)計心電信號調(diào)理電路 ， 通過 Protues設(shè)計數(shù)碼管顯示電路 ， 顯示心率 。 二、基本要求 掌握 Multisim、 Protues 仿真軟件 掌握 模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù) 基本知識 設(shè)計 心電信號調(diào)理電路，并顯示心率 設(shè)計說明書字數(shù)： 1 萬字以上 外文翻譯：漢字 3000 字以上 三、主要的參考文獻 童詩白，華成英 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]．北京：高等教育出版社 ， 2021 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]．北 京：高等教育出版社 ， 2021 四、進度計劃 第 1 周 —第 4 周 搜集資料，明確設(shè)計思路和方法，撰寫開題報告。 第 5 周 —第 8 周 進行相關(guān)設(shè)計，方案比較，系統(tǒng)設(shè)計，中期報告。 第 9 周 —第 12 周 撰寫論文 第 13 周 —第 15 周 修改論文，提請初審，準(zhǔn)備答辯。 教研室主任簽字 時 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 人體心電信號檢測電路的設(shè)計 學(xué)生姓名 賈一超 學(xué)號 20212701 班級 電 11014 專業(yè) 電氣工程及其自動化 一、研究背景 心臟是人體血液循環(huán)的動力泵，心臟 搏動是生命存在的重要標(biāo)志，心臟搏動的節(jié)律也是人體生理狀態(tài)的重要標(biāo)志之一。心電信號是心臟電活動的一種客觀表示方式，它從不同方面和層次上反映了心臟的工作狀態(tài)。研究心電信號對心臟疾病的臨床診斷和治療具有非常重要的實用價值。 心電信號源于人體的一種低頻率的微弱信號，信號的采集和分析一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一個研究熱點，其本身也是一項復(fù)雜的工程。涉及到降低噪聲和抗干擾技術(shù)，信號分析和處理技術(shù)等不同領(lǐng)域。自 1903年心電圖引入醫(yī)學(xué)以來，無論是在生物醫(yī)學(xué)方面，還是在工程學(xué)方面，心電信號的記錄、處理與診斷技術(shù)均得到了飛速的 發(fā)展，并積累了相當(dāng)豐富的資料。當(dāng)前，心電信號的檢測、處理仍然是生物醫(yī)學(xué)工程界的重要研究對象之一。 二、國內(nèi)外現(xiàn)狀 如今，電子技術(shù)與信息技術(shù)不斷深入發(fā)展，研究成果在醫(yī)療系統(tǒng)中深入應(yīng)用。歐美等國家率先提出心電檢測設(shè)備小型化，家用化和遠程監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)想。目前市場上常見的有便攜式心電監(jiān)護儀和心電遠程監(jiān)護系統(tǒng)。便攜式心電圖儀的設(shè)計主要向智能化、系統(tǒng)化和集成化方向發(fā)展，心電遠程監(jiān)護系統(tǒng)則沿著網(wǎng)絡(luò)化和無線移動監(jiān)護兩個方向發(fā)展。我國在這方面的研究晚于西方國家，其特點是起步晚，起點高。 三、所要進行的主要工作 本課題主要工作 是針對人體心電信號微弱、低頻、易受干擾、不穩(wěn)定等特點，結(jié)合設(shè)計要求，設(shè)計電路包括三個部分，即心電信號拾取部分，心電信號調(diào)理部分和單片機處理部分。其中心電信號調(diào)理部分分為信號的放大，濾波和整形。 四、預(yù)期達到的結(jié)果 通過示波器顯示心電信號的波形。 此外將心電信號經(jīng)過單片機處理 能夠?qū)崿F(xiàn)對心率的顯示。 指導(dǎo)教師簽字 時 間 年 月 日 摘要 心血管類疾病已經(jīng)成為危害人類健康的主要疾病之一，其發(fā)作具有突發(fā)性，難以預(yù)測性，致殘致死高度危險性等特點。目前來說依靠人體心電信號是發(fā)現(xiàn)心血管類 疾病的主要手段。因此，心電信息連續(xù)、準(zhǔn)確、實時的采集，可以為心血管類疾病的臨床診斷提供重要依據(jù)。 本文首先分析體表心電信號的特征。人體心電信號十分微弱，心電信號的頻率范圍為 ~ 250Hz ，幅度約為 10uV ~ 5mV ，此外心電信號中通常還混雜其他生物電信號，以及 50Hz 工頻干擾引起的共模信號。心電儀器的重要功能之一是去除心電檢測過程的干擾和噪聲，心電信號的放大質(zhì)量影響對人體心臟疾病的診斷。 本文針對心電信號的特點，在此基礎(chǔ)上提出了心電信號采集系統(tǒng)的總體方案。本系統(tǒng)前端使用差動放大電路進行心電信號高質(zhì)量提取。系統(tǒng)中間部分為信號調(diào)理電路，實現(xiàn)了信號的濾波、降噪、整形，并且利用 Multisim 軟件對硬件電路仿真，仿真結(jié)果表明電路的放大濾波特性滿足課題要求。系統(tǒng)的末端是以 51 單片機為主控芯片，實現(xiàn)了心率的計數(shù)與顯示。 關(guān)鍵詞 ： 心電信號 ； 調(diào)理電路 ； 51 單片機 ； 心率 Abstract Fit of cardiovascular diseases expresses outburst, difficult to predictive, high risk of death and disability and cardiovascular diseases have bee one of the major diseases that threaten human health. But the discovery means of cardiovascular diseases mainly depends on electro cardiac signal (ECG signal) now. Therefore, acquisition of ECG information continuously, accurately and real time can provide a significant basis for the clinical diagnosis of cardiovascular diseases. This paper first analyses the properties of ECG signal. The ECG signal is the weak signal. The amplitude of the ECG signal is from10uV to 5mV ,The frequency changes to 250Hz .The ECG signal is inundated with 50 electric frequency signal. The amplifying quality of ECG signal directly influences the function of the instrument and the diagnosis of the heart diseases． The full attention is paid to the properties of ECG signal and an ECG signal amplifying circuit is designed in this paper. A differential amplifier circuit is designed in the front end to extract highquality ECG. The signal conditioning circuit is designed in the middle part of the system to filtering, noise reduction and shaping and use Multisim to simulator relevant circuit, the result of Simulator shows that the function of amplifying circuit and filter are very well and it can acplish the task of the ECG signal amplifying well. At the end of the system , 51 microcontroller as the main chip to count and display the heart rate. Key words: ECG signal； Signal treatment； 51 microcontroller； Heart rate 目錄 第 1 章 緒論 ......................................................................................................................... 1 心電信號采集的發(fā)展歷史 ...................................................................................... 1 心電信號采集的現(xiàn)狀 .............................................................................................. 2 課題研究的意義 ...................................................................................................... 3 第 2 章 研究基礎(chǔ) ................................................................................................................. 4 人體心電信號 .......................................................................................................... 4 心電信號的產(chǎn)生 ............................................................................................ 4 體表心電圖 .................................................................................................... 5 心電信號的特征 ............................................................................................ 6 心電信號的噪聲來源 .............................................................................................. 6 心電導(dǎo)聯(lián) .................................................................................................................. 6 第 3 章 心電信號檢測電路硬件設(shè)計 ................................................................................. 8 心電信號檢測電路的設(shè)計要求 ............................................................................. 8 心電信號檢測電路總體框架 ................................................................................. 8 檢測電路設(shè)計 ..............................................................