【正文】 位論文 生物醫(yī)學(xué)信號特性分析 8 A / D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 字 信 號 處理D / A 轉(zhuǎn) 換X a （ t ）X ( n ) Y ( n )Y a （ t ） 圖 數(shù) 字信號處理框圖 模擬信號 Xa(t)先通過采樣保持器和 A/D 變換器變?yōu)閿?shù)字信號 X(n)，數(shù)字信號處理器將數(shù)字信號序列按要求進(jìn)行處理和加工，使之變?yōu)榱硪粩?shù)字信號序列 Y(n)，如果需要輸出數(shù)字時，則整個處理過程便告結(jié)束，如果需要輸出模擬量，則需要用 D/A 變換器將 Y(n)變換成模擬輸出信號 Ya(t)。有源濾波器實質(zhì)上是有源選頻電路，它的功能是允許指定頻段的信號通過，而將其余頻段的信號加以抑制或使其急劇衰減。 生物信號如從電的性質(zhì)來講，可以分成電信號和非電信號，如心、 肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號 [7]。 生物醫(yī)學(xué)信號由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號所沒有的特點。 美國聯(lián)航正投入試驗運行的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，提供了全方位的生命信號檢測，包括心臟、血壓、呼吸等。例如：“心臟 BP 機(jī)”也是利用固定電話實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸； 中衛(wèi)萊康科技發(fā)展（北京）有限公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人介紹說，遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護(hù)技術(shù)主要由信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等幾部分構(gòu)成。系統(tǒng)縮短了醫(yī)生與病人之間的 距離，醫(yī)生還可以參考傳回的數(shù)據(jù)為患者提供及時的醫(yī)療服務(wù)。 雖然有線傳輸在遠(yuǎn)距離傳送時不必增加功率，成本較低，可方便地利用現(xiàn)有的電話通訊線路傳送信號及指導(dǎo)測量，但是如果遠(yuǎn)程醫(yī)療采用有線傳輸技術(shù)會限制被測對象活動，給用戶帶來極大的不便。 Data stored can store users’ physical information, and doctors can diagnose the disease。體溫采集部分采用 NTC 型熱敏電阻作為傳感器，并在硬件和軟件方面進(jìn)行非線性補償；心電采集部分采用了金屬板電極作為傳感器，并對采集到的心電信號做放大和濾波等處理，并設(shè)計了數(shù)字濾波器對心電信號進(jìn)一步濾波，從而得到了高可靠性的心電波形；主控電路主要包括實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲、液晶顯示、低電量報警和通信接口等。主控電路的單片機(jī)采用了 MSP430 系列中 的 MSP430C1351；系統(tǒng)設(shè)置了液晶顯示模塊，能提供給用戶實時的心電波形和體溫；數(shù)據(jù)存儲功能可以存儲用戶的各項生理信息，以供醫(yī)護(hù)人員診斷做參考；系統(tǒng)終端可通過 COM 口和 USB 口與監(jiān)護(hù)中心計算機(jī)進(jìn)行通信。 the system can municate with the puters in the monitor center by the COM port and USB port. Bluetooth munication module is used in the munications between Acquisition terminal and GPRS module. This paper also introduces the software method of data processing. In temperature signal processing, it introduces the method of linear interpolation。而且，隨著現(xiàn)在生活節(jié)奏的加快以及生活方式的改變，采用有線傳輸技術(shù)的方案已不能滿足人們的需要。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以監(jiān)護(hù)的范圍不止局限在醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)，它可監(jiān)護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的任何地方。信息采集技術(shù)是在傳統(tǒng)醫(yī)療器械的基礎(chǔ)上根據(jù)移動特性修改的，已相當(dāng)成熟。在飛行過程中，可通過移動通訊系統(tǒng)及時得到全球各地的醫(yī)療支持 ；希臘還有一種安裝于救護(hù)車的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過 GSM 網(wǎng)與醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中 心取得聯(lián)系，可隨時監(jiān)測患者生理參數(shù)，及時獲得醫(yī)生指導(dǎo)，爭取搶救時間，這一系統(tǒng)已在希臘、瑞典、意大利、塞浦路斯投入使用；日本北海道大學(xué)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 4 的一個遠(yuǎn)程醫(yī)療小組研究了多種移動通信方式的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可用于飛機(jī)、輪船、救護(hù)車等移動條件下的病人監(jiān)護(hù)； 喬治亞州教育醫(yī)學(xué)系統(tǒng)（ CSAMS）是目前世界上規(guī)模最大、覆蓋面最廣的遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)，可進(jìn)行有線、無線和衛(wèi)星通信活動，遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)是其中的一部分。①信號弱，例如從母體腹部取到的胎兒心電信號 10~50uV。 心電信號屬生物醫(yī)學(xué)信號，具有如下特點：信 號具有近場檢測的特點，離開人體表微小的距離，就基本上檢測不到信號；心電信號通常比較微弱，幅值范圍 一般 為 ～ 5mV；屬低頻信號， 主要頻率范圍為 ～ 100Hz；干擾特別強 ， 干擾既來自生物體內(nèi)，如肌電干擾、呼吸干擾等；也來自生山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生物醫(yī)學(xué)信號特性分析 6 物體外，如工頻干擾、信號拾取時因不良接地等引入的其他外來串?dāng)_等；干擾信號與心電信號本身頻帶重疊 (如工頻干擾等 )。各種生物醫(yī)學(xué)信號的低噪聲放大，都是首先嚴(yán)格限定在信號所包含的頻譜范圍之內(nèi)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 移動醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 9 3 移動醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 單片機(jī) MSP430C1351 MSP430 單片機(jī)特點 MSP430 系列 單片機(jī) 是 美國德州儀器（ TI）推出 的一種 16位超低功耗的混合信號處理器 (Mixed Signal Processor)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 移動醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 10 單片機(jī) MSP430C1351 MSP430C1351 是 MSP430 系列單片機(jī)中 ROM 型、 64 腳的單片機(jī)。一方面 ST7920 繼承了 HD44780 顯示字符的優(yōu)點， ST7920 還增加了中文字庫、圖形顯示 RAM、 3 線式串 行接口電路、 2 倍升壓電路，從而使ST7920 可以直接顯示中文字符、圖形和字符的混合顯示，還可以與單片機(jī)方面簡單的 3 線式串行連接，另外使用內(nèi)部自帶的 2 倍升壓電路，減少了外部的 LCD 電源需求，減小了外部電路元件的數(shù)量和所占 PCB 的面積，從而節(jié)約了成本和空間。 顯示控制的步驟 1．字符 RAM（ DDRAM） 顯示資料 RAM 提供 64 2 個位元組的空間，最多可以控制 2 行 7 個半漢字的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示資料 RAM 時，可以分別顯示 CGROM、 HCGROM與 CGRAM 的字型； ST7920A 可以顯示三種字型，分別是半寬的 HCGROM 字型、 CGRAM 字型及中文 CGROM 字型，三種字型的選擇，由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇，在 0000H— 0006H 的編碼中將自動的結(jié)合下一個位元組，組成兩個位元組的 編碼達(dá)成中文字型的編碼（ A140— D75F），各種字型詳細(xì)編碼如下： 1）顯示半寬字型：將 8位元資料寫入 DDRAM 中，范圍為 02H— 7FH 的編碼； 2）顯示 CGRAM 字型：將 16 位元資料寫入 DDRAM 中，總共有 0000H， 0002H，0004H， 0006H 四個編碼； 3）顯示中文字形：將 16 位元資料寫入 DDRAM ，范圍為 A1A1H— F7FEH的編碼。 熱電特性 熱敏電阻在其自身溫度變化 1℃時，電阻值的相對變化量稱為 熱敏電阻的溫度系數(shù)，其值為：21 dRT BRT dT T? ? ? ? () 由式（ ）可以看出， NTC 熱敏電阻的溫度系數(shù)是負(fù)值，且與溫度變化有關(guān)。實際電路中，為了滿足通過 RT 電流大小的需要，常要再并聯(lián)上一個電阻分流，其大小由通過的電流大小決定，此電阻與 TR 的值相差很大，基本不影響 TR 與溫度的線性關(guān)系。 雙 T 電路實 際上 是兩個星形接法阻抗電路的并聯(lián)。所以，從組成上看，是一個二階壓控電壓源型有源帶阻濾波電路。所以， Auf 愈接近 2， | ( )|Ajw 愈大，帶阻濾波電路的選頻特性愈好，阻帶愈窄。 若令 s= ?j ， f0 = 12 RC?，則電壓放大倍數(shù) .2 .0 0.1 ( 3 )()uupA u pAf fjAf f?? ? ?， 若令 1||3 upQ A? ?，則 f =f0 時，有 |||| ..|.3||.| A upQA upA upA u ??? ， 即 Q=||||..AAupu 可見， Q 是 f=f0 時的電壓放大倍數(shù)與通帶放大倍數(shù)數(shù)值之比。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μ V），所以， OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 寬的電源電壓范圍177。此外它還集成了許多特性包括 SoftConTM、 GoodLinkTM、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 移動醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 27 可編程時鐘輸出、低頻晶振和終止寄存器集合。片內(nèi)上電復(fù)位電路，該管腳可固定接 VCC 21 GL_N GoodLink LED指示器（低有效） 2 23 XTAL XTAL2 晶振連接端。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 移動醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 29 I N T _ NA 0D A T A ( 0 7 )W R _ NR D _ NC S _ NA L E/ I N TP 3 . 3P o r t 0/ W R/ R DX T A L 1C L K o u tP D I U S B D 1 28 0 C 5 1 圖 PDIUSBD12與 C51并行連接 在該例中， ALE 接為低電平，表示一個獨立的地址和數(shù)據(jù)總線配置。 體 溫 信 號心 電 信 號調(diào)理電路A /D轉(zhuǎn)換單片機(jī)藍(lán) 牙 模 塊藍(lán) 牙 模 塊G P R S網(wǎng) 絡(luò)G P R S 模 塊液 晶 顯 示通 信 接 口 圖 移動單元模塊框圖 體溫采集系統(tǒng)設(shè)計 體溫是反映患者病情的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確的測量體溫對病情的診斷、治療和護(hù)理至關(guān)重要 [20]。 電 極 提 取 心 電信 號前 置 放 大A / D 轉(zhuǎn) 換高 通 濾 波主 放 大 器電 平 提 升低 通 濾 波5 0 H Z 陷 波 圖 心電放大電路框圖 移動單元主控系統(tǒng)設(shè)計 移動單元主控系統(tǒng)框圖如圖 所示，其主要包含以下幾個功能模塊： （ 1）單片機(jī)基本系統(tǒng)：即單片機(jī)與地址鎖存器、數(shù)據(jù)存儲器、振蕩電路、復(fù)位電路等構(gòu)成一個最小的系統(tǒng)； （ 2）時鐘電路 :用于記錄存儲的心電信號片段所對應(yīng)的時間； （ 3）液晶顯示電路：利用液晶顯示器顯示體溫及心電波形； （ 4）通信接口電路：單片機(jī)與 PC 機(jī)之間既可 通過 MAX232 與 COM 口通信，也可通過 PDIUSBD12 與 USB 口進(jìn)行通信。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 采集終端的硬件實現(xiàn) 33 5 采集終端的硬件實現(xiàn) 本 系統(tǒng)的采集終端主要包括體溫采信號集及處理、心電信號采集及處理、單片機(jī)主控電路、液晶顯示電路及通信接口電路。（本論文中設(shè)置測溫范圍為： 28℃ ~42℃。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)是雙極導(dǎo)聯(lián)的一種，它只能描記兩電極間的電位差。 儀 用 放 大 器右 腿 驅(qū) 動電 壓 跟 隨 器右 手左 手接 低 通 高 通濾 波 電 路右 腿交 流共 模干擾 圖 前置放大電路框圖 （ 1）電壓跟隨器。 電路圖如圖 所示。只要放大器 A的開環(huán)增益足夠大，即使有較大的位移電流流人人體，人體的電位也能基本保持在零電位 。這即是低頻噪山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 采集終端的硬件實現(xiàn) 38 聲干擾，所以需用高通濾波器（ HPF）濾除干擾。又 fL 與 fH的值已知，所以可?。旱屯V波器中， R=18K? C= 82nF ； 高通濾波器中， R=510K? C=10uF。 仿真圖 1 低通濾波電路幅頻特性 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 采集終端的硬件實現(xiàn) 40 仿真圖 2 高通濾波電路幅頻特性 主放大電路 主放大電路主要是以提高增益為目的，本設(shè)計采用同相比例運算電路，電路圖如圖 所示 [19]。若把高通截止頻率定為 2Hz，將使心電信號的波形出現(xiàn)較大的失真。 本設(shè)計采用高精度運算放大器 OP07。