【正文】 生物測 量與監(jiān)護技術(shù)及儀器 ,例如，適合家庭或個人使用的心電、血壓、血糖及其他生理、生化參數(shù)的檢測與記錄技術(shù) ,以及將這些技術(shù)應用于多媒體技術(shù)和高速信息公路相結(jié)合的遠程醫(yī)療保健系統(tǒng)等。人體心電信號的主要頻率范圍為 ~100Hz，幅度約為 0~4mV，信號十分微弱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或 撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 涉密論文按學校規(guī)定處理 。由于心電信號中通?；祀s有其它生物電信號，加之體外以 50Hz 工頻干擾為主的電磁場的干擾，使得心電噪聲背景較強，測量條件比 較復雜。 因此 ,人們希望有一種醫(yī)療儀器 ,能夠在家里隨時隨地進行心電圖信號的測量 ,并且把心電圖信號記錄下來 ,做大概的判斷 ,在方便的時候到醫(yī)院讓醫(yī)生作進一步的診斷。對慢性病患者來說 , 如果長期住在醫(yī)院里接受監(jiān)護和治療 ,不僅花費高而且給醫(yī)院容量帶來壓力，所這種以便攜式心電圖儀 【 2】 正是滿足以上趨勢和需要而設(shè)計研制的。同年，他又制定了標準測量單位，即心電圖的影線在縱坐 3 標上波 1cm，代表 1mv 的電位差，在橫坐標上移動 1cm 為 秒?？傊麑π碾妶D的創(chuàng)立及發(fā)展有著不可磨滅的貢獻，被尊稱為“心電圖之父”， 1924 年 Eintho ven 教授獲得了諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。國外 80年代已在臨床廣泛應用，國內(nèi)發(fā)展比較晚，近幾年才開始迅猛發(fā)展，該儀器由以前的磁帶式記錄發(fā)展為固態(tài)式記錄、閃光卡記錄，由單導、雙導發(fā)展為 12 導聯(lián)全記錄。 心電圖儀的 發(fā)展趨 勢 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機、微電子、機械電子在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應用，極大的促進了心電設(shè)備的發(fā)展。同時，能減輕病人的心里緊張程度，實現(xiàn)心電檢測的方便性。 總之，科技不斷進步，人們的需求也在變化，設(shè)計符合市場需求 的產(chǎn)品是企業(yè)生存的根本，利用高科技帶來的技術(shù)革命去更新醫(yī)療器械更是一個巨大的市場機會，我們相信，在未來幾年里，家庭化的監(jiān)護設(shè)備必將越來越普及。然而，心電圖并非檢查心臟功能狀態(tài)必不可少的指標。其體積較小，攜帶方便，便于出門在外使用；操作簡單，功能齊全、價格便宜、功耗低 ,性價比高 ,適于在廣大普通用戶和家庭中推廣應用。但放大后的電信號仍然參雜著電磁干擾和高頻信號干擾，要進行濾波處理。系統(tǒng)通過按鍵電路，來控制 LCD顯示的內(nèi)容。從而造成體表不同點之間的電位差不同，通過采集這些電位差就可以繪制出心電圖來。 心電信號的特征 生物醫(yī)學信號都具有信號強度較弱、背景噪聲較強、頻率范圍一般較低、隨機性強等特點 【 5】 。信號的幅度很小，一般為 10181。V，很容易受到干擾的影響，極易被淹沒。 (4)不穩(wěn)定性：人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，各個器官之間相互協(xié)調(diào)相互影響，又與外部直接接觸，密切聯(lián)系，所以，無論來之于內(nèi)部的 還是外部的影響，都能引起 ECG 的變化，導致心電信號的不穩(wěn)定。所以，在對 ECG 的檢測中，要綜合考慮，既要考慮它的隨機性，更要重視它的規(guī)律性。經(jīng)放大處理后的心電信號通過 ATmega128集成的 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 ,并寫入FLASH存儲器中。 , 正好落在 ATmega128的 ADC模擬輸入信號范圍 【 8】 。 方案二：采用以 MSP430F149 為核心，采用 INA128 芯片作為前置放大，運用多級運放電路來提取信號。 方案三：以 為 ATmega128 中心、采用性能優(yōu)良的 AD620 管作為前置放大，既可以提高放大倍數(shù)，也可以提高共模抵制比、電路結(jié)構(gòu)簡單。整個系統(tǒng)有以下幾個部分組成： 采集電路：有前置放大電路、帶通濾波電路、主放大電路和電平抬升電路組成，心電信號由電極獲取后送入心電采集電路，經(jīng)處理后得到符合要求的心電信息。 （ 4）顯示電路：實時顯示出心電波形和心電相關(guān)信息。數(shù)據(jù)處理部分包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 ATmega128 處理器模塊電路、存儲器模塊電路、鍵盤模塊、 LCD 接口電路、串口通信、電源管理模塊和上位機管理軟件等。單片機應具有低電壓、低功耗的特點 ,一般 8位單片機能夠滿足要求。 (3)對于整個系統(tǒng)的設(shè)計希望盡可能簡化：一個系統(tǒng)中所使用的元器件越多、電路結(jié)構(gòu)越復雜，則系統(tǒng)的出問題的概率越大，可靠性與穩(wěn)定性越差?；谝陨弦蛩?，本設(shè)計采用了 ATMEL公司的 ATmega128作為系統(tǒng)的核心處理器，該處理器可在 ，并具有多達 4K的內(nèi)部 RAM以及 AD、 SPI等資源，非常適合于本系統(tǒng)的開發(fā)。 (5)片內(nèi)集成多種頻率的 RC 振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動 特性，可以輸出和吸收大電流。 (10)RESET；復位輸入引腳。 (11)XTAL1，反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路 的輸入。 (14)AREF； REF 為 ADC 的模擬基準輸入引腳。 信號采集電路設(shè)計 有前面討論可知 ,心電信號是一種低頻率的微弱雙極性信號，極 易受到干擾而導致信號失真，必須設(shè)計合理的調(diào)理電路，盡可能的去除干擾以提取有用的信息，為后面的處理電路提供可供采集和分析的信號源。因此要選擇一款合適的差分運放芯片?？梢栽O(shè)計高通、低通濾波器來壓縮頻帶 ,濾除該頻帶以外的干擾信號。一般要求要達到 80db 以上。另外，溫漂會引入直流電壓增益從而給心電信號帶來干擾。 為防止前置放大器工作于飽區(qū)和或截止區(qū)，其增益不能過大。后級放大 電路采用二級同相放大電路，如圖 33所示。根據(jù)心電信號的頻率特性，濾波電路有三部分組成：隔直電路、二階低通濾波電路和 50Hz陷波器電路。則濾波器的傳遞函數(shù)為： 21 1 1 1 3() 1() ( ) 1 2 ( )outin CUsGs U s s R C s R C?? ?? (1) 令 s=jw， R11C3=1/w0，則 (1)變?yōu)椋? 201() 1 ( )G jw ww? ? (2) 根據(jù) (2)式可得幅頻響應表達式為： 222001()21 ( ) ( )G jww? ???????? (3) 根據(jù) (3)式， 2() 2G jw ? ， w=w0,則特征頻率為：1 1 31 1052Hf H zRC??? 。反饋量由 R17和 R18的分壓來決定。 本論文采用模擬雙 T陷波。電路如下圖所示：根據(jù)理論值： c 為 1uF， R2=160，R1=16k,R5=R6=2k,R4=4k；在調(diào)試的過程中，根據(jù)理論值進行測試，陷波頻率偏離原設(shè)計頻率較遠在 75Hz，在電容不變的情況下，經(jīng)過多次對電阻調(diào)試，最后選中 R2=180，剛好將 50Hz 的中心頻率陷掉，范圍在 48~53Hz 之間。從而達到電 平抬升的目的。 心電采集電路需要土 5V 電源， ATmega128 工作電壓為 ，負電壓可以采用ICL7660S 來產(chǎn)生，它是電荷泵方式的電壓反轉(zhuǎn)器，外圍只需外接兩只低損耗電容，無需電感，降 低了損耗、面積及電磁干擾。電路如下所示。SST39VF080的存儲空間最大可達 2MB； 芯片的供電范圍為 ～ ,與所選微控制器的相符；工作電流為 15mA,未選中時耗電僅 4μ A,也是典型的低功耗設(shè)備 ,適于在本系統(tǒng)中應用；圖 39中 SST39VF080的 CE引腳為片選端 ,OE為讀操作控制端 ,WE為寫操作控制端 , 均為低電平有效。本心電圖儀器設(shè)置了三個鍵 ,以完成心電信號的儲存和回放功能。 圖 3－ 10 鍵盤硬件電路 LCD顯示電路 LCD與 MSP430F149的接口硬件 [6]如圖 311所示。完成硬件電路設(shè)計和電路板制作后，再進行整體調(diào)試。簡化程序如下： =115200。程序流程框圖如 42 所示： N Y Y Y 圖 42 信號采集流程圖 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在 ADC_RegularConvertedValue 變量里，轉(zhuǎn)換狀態(tài)用全局變量dmaflag 來標記， dmaflag＝ 0代表轉(zhuǎn)換未結(jié)束， dmaflag＝ 1代表轉(zhuǎn)換結(jié)束。amp； (1i))==0x00) { LCD_WriteRAM(BackColor)； } Else { LCD_WriteRAM (TextColor)； } } 定時器 時間到 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 等待 dmaflag=1 中斷返回 DMA 中斷？ 22 Xaddress++； LCD_SetCursor(Xaddress,Ypos)； } } 函數(shù) LCD_Drawword(u8 Xpos,u16Ypos,uc8 *c)的前兩個參數(shù)是要寫漢字的坐標，第三個參數(shù)是漢字的字庫，這樣就可以在液晶指定的位置寫入漢字。 按鍵掃描程序需要解決按鍵長按的情況，在程序里面設(shè)置一個變量 sel_prev 來記錄按鍵的上次狀態(tài)，只有按鍵上次狀態(tài)時抬 起，當前狀態(tài)時按下時才判斷為真實的按鍵，每一次按鍵值讀取后，要清除返回的按鍵值，按鍵掃描的程序代碼如下： u8 keyscan (void) { pkey_sel=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_0)。 if((pkey_sel==0)amp。仔細 23 分析了心電信號的產(chǎn)生及特點，根據(jù)心電信號的特點，了解了一般微弱信號的檢測機理。掌握了 ATmega128 微處理器的調(diào)試環(huán)境、編程方法及各個外設(shè)的具體應用，增強了嵌入式編程的能力。目前各大醫(yī)療器械廠商不斷推出新式的醫(yī)療設(shè)備，而便攜式、家庭化的無疑更具有競爭力，也符合人們目前的消費需求與理念。測試（第 2版） [M].華中科技大學出版社 ,20xx(7) [8]李存志 .簡易心電圖儀的設(shè)計 [J].科技資訊 ,20xx (28):7. 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