【正文】 ，信號(hào)低頻在 1Hz 的時(shí)候開始衰減， 的時(shí)候衰減為原幅度 1/3。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 31 圖 18 整體測(cè)試波形 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 32 結(jié)束語(yǔ) 本 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的是便攜式的小型化的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，首先 調(diào)查了市場(chǎng)上的心電圖儀產(chǎn)品，并分析了 它們存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，并借鑒了它們的優(yōu)勢(shì) 部分 應(yīng)用到該系統(tǒng)中，研究 了他們整體的設(shè)計(jì)方法，查閱了心電圖儀器的相關(guān)電路設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的方案，并探討其實(shí)現(xiàn)的可行性?？梢钥紤]采用小波變換來(lái)處理，而關(guān)于波形檢測(cè)的理論和實(shí)踐在本領(lǐng)域還是有很多難度，目前就有很多的專家學(xué)者在研究此類問(wèn)題。我們相信，在未來(lái)幾年里，家庭化、便攜式的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備必將越來(lái)越普及。要想對(duì)心電信號(hào)做更進(jìn)一步的分析，必須把更多的心電信 息采集出來(lái)，而本設(shè)計(jì)的前端電路丟失了一些細(xì)節(jié)信息。但 波形也顯而易見的與標(biāo)準(zhǔn)的心電圖有一些差距， 這與傳感器的精度、位置及硬件電路的設(shè)計(jì)有關(guān)，也與數(shù)字濾波器的算 法有一定的關(guān)系，還需進(jìn)一步加以改善。 符合心電儀器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。使用 JLink 工具的優(yōu)點(diǎn)是：入門簡(jiǎn)單、可以全面的觀察程序中的參數(shù)和微處理器中各個(gè)寄存器的值和狀態(tài)，特別適合軟硬件聯(lián)調(diào)階段。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題解決的辦法是在兩點(diǎn)之間用直線連接起來(lái)，這樣就需要把當(dāng)前點(diǎn)的上一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)記住，用兩個(gè)變量保存設(shè)為 prxzb、 pryzb。這樣處理不但 簡(jiǎn)化了對(duì)液晶的操作，只需指定讀寫數(shù)據(jù)的 指針就可完成操作，而且提高了訪問(wèn)速度，避免了用端口模擬時(shí)序訪問(wèn)液晶產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象。本系統(tǒng)用 C 語(yǔ)言編寫了相對(duì)應(yīng)的濾波 算法程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集的心電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。 其他模塊的應(yīng)用也類似于此，這樣就屏蔽了寄存器配置細(xì)節(jié)，加快了開發(fā)速度。 //獨(dú)立模式 = DISABLE。 STM32 固件庫(kù)是一個(gè)固件包，它不僅包括了程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和覆蓋所有外設(shè)特性的宏單元。存儲(chǔ)功能完成數(shù)據(jù)的保存。主要完成心電信號(hào)的采集、信號(hào)濾波、 RTC 模塊、液晶顯示和串口通信等。 使用 Keil 來(lái)開發(fā)嵌入式軟件，開發(fā)周期和其他的平臺(tái)軟件開發(fā)周期是差不多的，大致有以下幾個(gè)步驟： 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 21 1. 創(chuàng)建一個(gè)工程，選擇一塊目標(biāo)芯片，并且做一些必要的工程配置。 uVision3 IDE 是一款集編輯，編譯和項(xiàng)目管理于一身的基于 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 20 窗口的軟件開發(fā)環(huán)境。 圖 10 正負(fù) 5V 電源電路 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 19 的電壓采用 AMS1117 產(chǎn)生，其最大的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，而且性價(jià)比高，輸入電壓 5V~12V，直接輸出 。高通濾波器由 U C Rdip11 組成，其截至頻率為 f=，低通濾波器由 U Cdip Rsop4 組成，截至頻率為 f=110Hz。因此本設(shè)計(jì)選用有源低通濾波器。 右腿不直接接地而是接到輔助運(yùn)算放大器的輸出。一般要求要達(dá)到 80db 以上。因此要選擇一款合適的差分運(yùn)放芯片。液晶主要有兩類： STN 型和 TFT 型，后者較之前者顯示效果更佳，但耗電能方面也高于前者。主要從以下幾個(gè)參數(shù)做出選擇： (1) 顏色要豐富。 (2) 晶振電路：這里選用兩個(gè)晶振，首先 8M 無(wú)源晶振，晶振兩端分別通過(guò) 22pF 的電容接地，另一個(gè) 的晶 振使用的 15pF 的電容接地電路簡(jiǎn)單，并能很容易的就能使晶振起振。 STM32 固件庫(kù)提供易用的函數(shù)可以使用戶方便地訪問(wèn) STM32 的 各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，并使用它們的所有特性。但在某些情況下，需要遠(yuǎn)程設(shè)置或修改配置參數(shù)。 STM32 微控制器有如下優(yōu)點(diǎn)： 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 9 (1) STM32 內(nèi)部有高達(dá) 128K 字節(jié)的內(nèi)置閃存存儲(chǔ)器，用于存放程序和數(shù)據(jù)。因此在選擇 MCU 的時(shí)候，希望 MCU 內(nèi)部集成功能單元越多越好，這樣就能簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。 由于便攜式心電圖儀有很強(qiáng)的可移動(dòng)性，便于使用者攜帶，同時(shí)也要求功能完善，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行處理。本心電圖儀集信號(hào)的采集、處理、傳輸三大功能于一體。系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)及電路系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃槿蟛糠郑盒碾姴杉娐?，主要完成心電信?hào)的提??；帶通濾波及主放大電路，用于調(diào)理采集到的信號(hào)，使之符合處理要求； STM32 處理電路，完成心電信號(hào)的顯示和 分析功能。因此還有必要采用軟件濾波的方法，這就對(duì)處理器的速度和軟件的優(yōu)化提出了更高的要求 [7]。如目前出現(xiàn)的基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)就是這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)的體現(xiàn)。 綜觀當(dāng)前心電檢測(cè)儀器發(fā)展趨勢(shì)，主要向以下幾個(gè)方向發(fā)展： （ 1）系統(tǒng)化 隨著醫(yī)院計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)化、信息存儲(chǔ)介質(zhì) 和 IC 卡等的應(yīng)用及 Inter 的全球化而產(chǎn)生的。這種方法簡(jiǎn)單直觀，并采用 P、 Q、 R、 S、 T 等字母標(biāo)出心電圖上的各波，這種標(biāo)記方法一致沿用至今。 為了能夠在更多場(chǎng)合更方便的診斷， 各種各樣的便攜式心電圖設(shè)備 應(yīng)運(yùn)而生 ，常規(guī)心電圖 儀由于笨重只能在病人 靜臥 的情況下記錄的心電活動(dòng)，歷時(shí)時(shí)間短， 獲取 的 信息 量很少 ，所以在 有限時(shí)間內(nèi)有些非正常的情況被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。不過(guò)受限于身體各部分組織不同、距心臟的距離不同，會(huì)造成體表的不同部位的電位有所不同。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 目 錄 1 引言 ???????????????????? ? 1 心電圖儀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 ????????? ? 1 便攜式心 電圖儀的發(fā)展?fàn)顩r ????? ????? ? 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ???????????????? ? 4 主要功能 ?????????????????? ? 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ???????????????? ? 5 3 便攜式心電圖儀的硬件設(shè)計(jì) ??????????? 6 最小核心系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?????????????? 7 處理器的選擇 ???????????????? 7 最小核心系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) ??????????? 8 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì) ????????? ????? 12 顯示界面設(shè)計(jì) ???????????????? 12 按鍵設(shè)計(jì) ?????????????????? 14 前置放大電路以及右腿驅(qū)動(dòng)電路 ????????? 15 濾波電路以及陷波電路的設(shè)計(jì) ?????????? 16 電源電路的設(shè)計(jì) ???????????????? 18 4 便攜式心電圖儀的軟件設(shè)計(jì) ??????????? 19 軟件開發(fā)平臺(tái) ????????????????? 19 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) ??????????????? 21 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 軟件總體分析 ??????????????? 21 STM32 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 ?????????? 21 軟件總體流程圖 ?????????????? 23 信號(hào)采集程序設(shè)計(jì) ?????????????? 23 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì) ?????????????? 25 液晶程序設(shè)計(jì) ???????????????? 26 5 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果及誤差分析 ??????????? 27 調(diào)試手段 ?????????????????? 27 測(cè)量調(diào)試以及分析 ???????? ?????? 28 采集電路的測(cè)試 ?????????????? 28 濾波算法測(cè)試 ??????????????? 29 整體測(cè)試和結(jié)果分析 ???????????? 30 結(jié)束語(yǔ) ???????????????????? ? 32 參考文獻(xiàn) ???????????????????? 34 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 1 1 引言 隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的逐步提高，我國(guó)人口老齡化程度越來(lái)越嚴(yán)重，與此伴隨的心臟病一類的疾病的 發(fā)病率也不斷攀升，人們的身體健康產(chǎn)生了巨大的威脅。在心臟肌肉每次收縮之前，都會(huì)產(chǎn)生一股微小的生物電流，加上人體的體液能夠?qū)щ姡@些微小電流可以通過(guò)體液的傳遞就會(huì)反映到人體的表面皮膚上。 這樣也可 以避免那些行動(dòng)不便的病人， 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程傳送的方式，提 交到專業(yè)機(jī)構(gòu)或指定的醫(yī)院驚醒專業(yè)診斷和分析 。同時(shí)，他又制定心電圖的影線在縱坐標(biāo)上波動(dòng) 1cm，代表 1mV 的電位差，在 橫坐標(biāo)上移動(dòng) 1cm 為 秒的標(biāo)準(zhǔn)。目前各大醫(yī)療器械廠商都投入巨資開發(fā)性能更強(qiáng)、功能更加完善的心電設(shè)備，比如歐姆龍、北京超思、亞新、均在該領(lǐng)域的研究與生產(chǎn)上有所突破。 （ 5）遠(yuǎn)程化 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 4 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，為遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)提供了可能，將心電數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸，在遠(yuǎn)端對(duì)心電數(shù)據(jù)加以分析處理并提出診斷結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。同時(shí)便攜式設(shè)備必須是低功耗設(shè)備這限制了多數(shù)的微處理器，鋰電池供電對(duì)信號(hào)僅僅用硬件濾波還不能達(dá)到分析信號(hào)的要求，硬件濾波的一個(gè)缺點(diǎn)是，要想獲得更好的濾波效果， 必須設(shè)計(jì)更高的階數(shù)，而這無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的體積。系統(tǒng)控制芯片采用 STM32， TFTLCD 的觸摸功能加上少量按鍵可以建立良好的人機(jī)交互環(huán)境 ，可以通過(guò) LCD 實(shí)時(shí)顯示和回放，數(shù)據(jù)通過(guò)USB 可靠地傳輸?shù)?PC 機(jī)，以便對(duì)心電數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析。 3 便攜式心電圖儀的硬件 設(shè)計(jì) 便攜式心電圖儀要求具有可移動(dòng)性和再開發(fā)性，不僅便于攜帶、功能盡可能的完善能夠?qū)崟r(shí)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行處理，而且要求隨著發(fā)展可以進(jìn)一步升級(jí)滿足人們更多 的需求。