【正文】 進(jìn)一步的工作和建議在系統(tǒng)的運(yùn)行中，雖能滿足系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求，由于本人時(shí)間及精力 有限難免會(huì)存在不足，對(duì)未來(lái)研究方向做出幾點(diǎn)展望：由 于 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 較 為 復(fù)雜 ， 所 涉 及 到 的 知 識(shí) 面 比 較 廣 ， 不 易 于 實(shí) 現(xiàn)，為了節(jié)約時(shí)間，后期可以在移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)心電信號(hào)處理軟件，可以更進(jìn) 一步提高 硬件 的 智 能 化 和 小 型 化 ， 提 高 系 統(tǒng) 的 便 攜 性 ；解決 藍(lán) 牙 的 丟 包 問(wèn) 題，藍(lán)牙的不定時(shí)丟包可能會(huì)導(dǎo)致軟件的奔潰；本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)體積還不夠 小，后期將電路板重新布局，并把藍(lán)牙模塊集成到系統(tǒng)中；系統(tǒng)功耗還不足 夠低，后期和采用更低功耗的 MCU 和藍(lán)牙模塊，優(yōu)化系統(tǒng)功耗性能。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試，本系統(tǒng)能正確檢測(cè)心電波形，可看到清晰的 QRS波群，并且能有效濾除雜波的干擾。第5章 總結(jié)與展望 本文研究工作總結(jié)心電圖機(jī)是心電臨床檢查中的常用設(shè)備，醫(yī)生可通過(guò)心電檢查的結(jié)果對(duì) 患者的心臟情況作出診斷。圖 45 心電波形 本章小結(jié)本章主要介紹了藍(lán)牙的發(fā)展歷程以及藍(lán)牙的協(xié)議，并且論證了系統(tǒng)采用 藍(lán)牙作為無(wú)線傳輸模塊的可行性。打開(kāi)系統(tǒng)軟件即可看到心電波形。用串口調(diào)試工具可看到藍(lán)牙收到的數(shù)據(jù)。此時(shí)可以看到藍(lán)牙正在進(jìn)行 自動(dòng)連接，如圖 44 所示。通 過(guò) AT 指令，對(duì)藍(lán)牙設(shè)置通信波特率為 38400，數(shù)據(jù)位為 8 位，一位停止 位，沒(méi)有奇偶校驗(yàn)位。軟件界面如圖 43 所示。表 41 常用的 AT 指令設(shè)置：功能AT 指令模塊應(yīng)答說(shuō)明測(cè) 試 是 否 進(jìn) 入 AT 模式ATOK當(dāng)模塊返回 AT時(shí) 表 明 已 進(jìn) 入 AT 模式模塊命名AT+NAMEPara11.+NAME=Para1OKPara1：設(shè)備名稱(chēng)AT+NAME Para1=Error_Code命 名 成 功 則 返 回模 塊 名 稱(chēng) ， 否 則返回錯(cuò)誤代碼波特率設(shè)置AT+BAUDPara11.+BAUD=Para1OK=Error_Code設(shè) 置 成 功 則 放 回波 特 率 代 碼 ， 否則返回錯(cuò)誤代碼主 從 模 式 設(shè) 置AT+ROLE Para11.+ROLE=Para1OK=Error_Code返回 Para1 ： 0從設(shè)備1主設(shè)備PIN 碼設(shè)置AT+PIN Para11.+PIN=Para1=Error_Code返回Para1：配對(duì)碼 藍(lán)牙與 MCU 連接設(shè)計(jì)中采用的藍(lán)牙模塊為串口類(lèi)型的，可直接和藍(lán)牙連接，因此將藍(lán)牙 的 數(shù)據(jù) 發(fā)送端（ TDX ） 與 數(shù)據(jù) 接收端 （ RDX ） 和 單 片 機(jī) 的 數(shù) 據(jù) 接 收 端（RDX）和發(fā) 送端 （ TDX）連接 ，地 線 （ GND）和電源（ VCC）與藍(lán)牙模 塊上對(duì)應(yīng)的引腳連接好即可，同時(shí)應(yīng)設(shè)置好相應(yīng)的波特率，便可與 MCU 正 常通信。如果它被接到高電位上，那么藍(lán)牙會(huì)工作在主模式，此時(shí)只能搜索從模 塊，不能被其他模塊搜索；若接到低電位上，藍(lán)牙工作在從模式，這時(shí)藍(lán)牙 不能搜索其他模塊，只能等待連接。如果 這個(gè) 接口被接到 高電位上，則允許通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行工作角色設(shè)置；如果接到了低電位，則 只能 通過(guò) 硬件 對(duì)其 設(shè) 置 ， 用軟件發(fā)送 AT 指令 修改 工作 角色 雖 然會(huì) 立即 生 效，但是重新上電后模塊又會(huì)進(jìn)入硬件所設(shè)定的角色。設(shè)置工 作角色有兩種方法，第一種為硬件設(shè)置法，另一種為軟件設(shè)置法。 AT 指令介紹本設(shè)計(jì)使用的 LM01 藍(lán)牙能夠工作在兩種狀態(tài)，第一種為指令狀態(tài)， 這需要在模塊進(jìn)入透?jìng)髑安拍苡孟卤硭镜?AT 指令對(duì)其進(jìn)行控制，使用者 可以通過(guò)有線連接的方式對(duì)藍(lán)牙的屬性進(jìn)行配置，同時(shí)也可以控制藍(lán)牙的工 作方式，例如是否自動(dòng)搜索、連接到指定地址、藍(lán)牙主從模式設(shè)定等；在另 一種即工作在透明傳輸?shù)臓顟B(tài)下，模塊能夠進(jìn)行搜索，檢測(cè)附近的藍(lán)牙從模 塊并建立連接，或者連接到指定的藍(lán)牙地址，在該狀態(tài)中，藍(lán)牙忽略所有指 令，即使發(fā)送了控制指令，藍(lán)牙也會(huì)將該指令當(dāng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而且會(huì)按 照已經(jīng)存儲(chǔ)在模塊內(nèi)的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行通信。 模 塊 能 夠 使 用 UART、USB、SPI、PCM、SPDIF 等接口，最關(guān)鍵的是能夠使用藍(lán)牙的 SPP 協(xié)議，而且價(jià)格便宜，集成度高，還有低功耗的優(yōu)勢(shì)。由于 本 系 統(tǒng) 采 用 了 藍(lán) 牙 電 纜 替 代 協(xié) 議 ， 這 個(gè) 協(xié) 議 能夠 提 供 波 特 率 為38400 赫茲的通信，能夠符合數(shù)據(jù)傳輸所需要的要求。 由于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為 7 通道，系統(tǒng)采樣所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)每秒大概 279 字節(jié)，在 數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中還需加上藍(lán)牙通信中的信息，所以系統(tǒng)所產(chǎn)生的總數(shù)據(jù)為 每秒 450 字節(jié)。 所 以， 在 測(cè)量 時(shí) 應(yīng) 選取 較 高的 采樣 率 才 能保 證 心電 圖 采集 的質(zhì) 量，但是，較高的采樣頻率所帶來(lái)的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的數(shù)據(jù)，而且藍(lán)牙的速度達(dá)不到傳輸大量數(shù)據(jù)的要求。利用藍(lán)牙 的電纜替代協(xié)議，數(shù)據(jù)在主機(jī)和心電采集電路板通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行傳輸。這也是本系統(tǒng)所使用的主要協(xié)議，它還能對(duì)使用 串口通信的設(shè)備提供服務(wù)。通過(guò)該協(xié)議可以查詢到設(shè)備的類(lèi)別以及設(shè)備所能提 供的服務(wù)種類(lèi)，從而建立起設(shè)備的連接。邏輯鏈路控制適應(yīng)協(xié)議是藍(lán)牙基帶的高層協(xié)議， 藍(lán)牙鏈路管理器接收到 高層的控制信息后，不是向自身的基帶部分分發(fā)控制信息， 而是與另一臺(tái)設(shè) 備的鏈路管理器進(jìn)行協(xié)商管理。管理設(shè)備的連 接 狀態(tài)例如激活模式 、休眠 模式 、 保 持 模 式 等 。當(dāng)藍(lán)牙在發(fā)送數(shù)據(jù)的期間，藍(lán)牙的基帶會(huì)把來(lái)上層收到的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)其信道進(jìn)行編碼的方式，將信號(hào)傳輸?shù)缴漕l模塊從而把數(shù)據(jù) 傳輸 到 接 收 方 ；藍(lán)牙 在 接 收 數(shù) 據(jù) 的 時(shí) 候 ， 與 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 的 方 法 相 反，藍(lán)牙能夠把下層收到的數(shù)據(jù)上傳給基帶，然后藍(lán)牙的基帶會(huì)對(duì)接收的數(shù) 據(jù)進(jìn)行信道編碼并發(fā)送到上層。除此之外的協(xié)議要面向?qū)嶋H的情 況來(lái)制定，例如 Profiles 則限定了組成藍(lán)牙的協(xié)議棧，這樣就為全球兼容性 打下了基礎(chǔ)，下面闡述藍(lán)牙的常用協(xié)議。 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán) 牙 核 心 協(xié) 議 是 由 各 大 通 信 商 通 過(guò) 研 究 后 共同 約 定 的 藍(lán) 牙 專(zhuān) 用 協(xié) 議 組 成。自從藍(lán)牙被發(fā)明以來(lái)，這種新型的無(wú)線技術(shù)一直被看好，各種需要無(wú)線 連接的領(lǐng)域都大規(guī)模使用藍(lán)牙作為無(wú)線模塊，因此藍(lán)牙被運(yùn)用在智能汽車(chē)、 智能家居、計(jì)算機(jī)和手機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中。第4章 藍(lán)牙無(wú)線模塊設(shè)計(jì) 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán) 牙 （ Bluetooth ） 無(wú) 線 技 術(shù) [17] ， 這 種 技 術(shù) 一般 運(yùn)用 在 短 途 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 輸中，本系統(tǒng)利用了藍(lán)牙的透?jìng)鞴δ?，從而達(dá)到不需要連接線的效果的同時(shí) 又能保證數(shù)據(jù)正確傳輸，可以減少使用實(shí)體的數(shù)據(jù)線。圖 36 5V 與7V 穩(wěn)壓電路 本章小結(jié)這章主要描述本設(shè)計(jì)中的中央處理器 和供電設(shè)計(jì)電路。這一系列的固定負(fù)電壓集成電路電壓穩(wěn)壓器應(yīng)用廣泛， 它可以消除 噪聲和解決單點(diǎn)連接所帶來(lái)的問(wèn)題。在輸出端的電容對(duì)于保持輸出電壓的穩(wěn)定性起 著重要的作用，由于使用鉭電容，能有效提高了回路的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。圖 34 12V DCDC 電源模塊 +5V 與+7V 穩(wěn)壓電路經(jīng)過(guò) 優(yōu)化 后 的電 源， 由于 電壓 仍然為 12V 所以 還需要將其轉(zhuǎn) 換為+5v和+7V 的 ，為后面的 心電放大 部分和模 數(shù) 轉(zhuǎn)換芯片 提供正常 工作所需的 電源。由于 本設(shè)計(jì) 中 具有模擬 電路， 對(duì)電 源波紋 的 抑制要 求很 高，因此 在 電源外圍電路設(shè)計(jì)中，添加了電容進(jìn)行濾波。 將 從 電 源 適 配 器 的 直 流 12V 電 壓 轉(zhuǎn) 換 為177。本系統(tǒng)采用了金升陽(yáng) 12V DC DC 電 源 模 塊 。 電源模塊設(shè)計(jì) 12V DC/DC 電源設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了 12V 輸入電壓設(shè)計(jì)，由于放大器需要177。通過(guò)這個(gè)接口利用開(kāi)發(fā)軟件可以對(duì)芯片的 FLASH 存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行編碼，從而無(wú)需在生產(chǎn) 期間對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程，大大加快了研發(fā)速度。其工作原理是 SP706REN 模塊的 6 腳和 MCU 的WDT 端口連接，在軟件中令 MCU 周期性地向復(fù)位模塊的 6 腳上發(fā)出高電位信號(hào)，假如 MCU 的程序運(yùn)行不正常并且進(jìn)入了死循環(huán)狀態(tài)，如果 沒(méi)有人 工干預(yù)，處理器是不會(huì)自動(dòng)調(diào)整恢復(fù)的，在這個(gè)時(shí)候，看門(mén)狗電路則起到了 保護(hù)程序正常運(yùn)行的作用，它因?yàn)闊o(wú)法接收 MCU 的高電平脈沖則會(huì)向處理 器的 RST 端口傳送低電平信號(hào)，強(qiáng)制 MCU 的程序重新恢復(fù)到最初狀態(tài)， 這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。這款能夠在處理器運(yùn)行不正常時(shí)向處 理器發(fā)送特定的信號(hào)就叫做看門(mén)狗系統(tǒng)，這個(gè)信號(hào)能夠?qū)⑻幚砥鲝?qiáng)制復(fù)位， 從而避免了系統(tǒng)陷入死循環(huán)但不會(huì)自動(dòng)復(fù)位的狀態(tài)。這將會(huì)導(dǎo)致 MCU 停留在奔潰的代 碼中，而且不能調(diào)整到正常的運(yùn)行情景。 在 控 制 電 路 設(shè)計(jì) 中， 選取 的 片 外 晶 振 作 為 系 統(tǒng)的 振蕩器 ，電路圖 31 中的 Y403 晶體振蕩器與 C11 電容和 C12 電容組成的電路可使串口的波特率更精 確，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于采用了 128 位的接口以及優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)能 夠提高指令在較高波特率時(shí)的執(zhí)行速度 LPC2138 電路設(shè)計(jì)MCU 控制電路能夠采用來(lái)自外部的晶振或者外部的時(shí)鐘源，內(nèi)部的鎖 相環(huán)路能夠控制系統(tǒng)運(yùn)行頻率，從而加快系統(tǒng)的運(yùn)行。第3章 MCU 及電源電路設(shè)計(jì) MCU 電路設(shè)計(jì) LPC2138 特性LPC2138 是 經(jīng) 常 使 用 的 嵌 入 式 系 統(tǒng) 芯 片 ， 該 芯 片 具 有 實(shí) 時(shí) 仿 真 的 優(yōu) 勢(shì)，和 32 位 ARM7 處理器的跟蹤，他在保證了性能的同時(shí)又能使系統(tǒng)更節(jié) 能，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)相比于復(fù)雜指令集來(lái)說(shuō)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化， 精簡(jiǎn)指令集 原則 的 使用 使 得 相 關(guān) 的解 碼 機(jī)更 為 優(yōu)化[16] ，大 大 縮短 了 解碼 時(shí) 間， 因 此不 需要太昂貴的 MCU 就能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。設(shè)計(jì)了心電 檢測(cè)電路，因檢測(cè)時(shí)可能會(huì)受到環(huán)境等其他信號(hào)的干擾，因此又設(shè)計(jì)了 濾波 電路和右腿驅(qū)動(dòng)電路。圖 211 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 本章小結(jié)本章主要通過(guò)敘述心臟活動(dòng)電位的產(chǎn)生部位，以及一個(gè)完整心電波形的 各個(gè)階段的主要區(qū)分方法和主要特征，闡述了心電信號(hào)采集的生理基礎(chǔ)；介 紹了心臟導(dǎo)聯(lián)創(chuàng)立的發(fā)展歷程，只有了解這些歷程才能更好地設(shè)計(jì)心電采集 系統(tǒng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的每個(gè) 模擬信號(hào)輸入端都能被獨(dú)立編程，同時(shí)還能更高的性能，大幅降低功耗，擁 有更小的封裝尺寸。 以及 0V 至 +10V 。 10V ，177。這款 AD7327 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片具有 8 個(gè)轉(zhuǎn)換通道，十二位帶符號(hào)，雙極 型，采用 了 連 續(xù) 逼 近 型 AnalogtoDigital Converter 設(shè) 計(jì) 。圖中輸入信號(hào)LLB、LAB、RAB是經(jīng)過(guò)緩沖器后的心電信號(hào)。圖中放大器，可以檢測(cè)50Hz的 頻率干擾，將該干擾信號(hào)給患者，從而消除不必要的信號(hào)。所以，為了消除這種干擾信號(hào)，需要設(shè)計(jì) 一款在防止共模信號(hào)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響的同時(shí)可以避免患者直接接地的電 路。R176C177R177R139R140C1736R1737V4R1897緩沖器Ⅱ輸出Ⅱ輸入帶通濾波器5 U108A8C189C139+7V圖29 濾波放大電路 右腿驅(qū)動(dòng)電路在檢測(cè)的過(guò)程中，患者如果直接接地可能會(huì)導(dǎo)致患者觸電，從而對(duì)患者 造成傷害，所以需要防止人體的直接接地。CB1 CB2R124 R125 R126 R1277VC13442 61 7 Ⅰ導(dǎo)聯(lián)RA 3LA8+7VU103A C1355 U103B（a）CB7 CB8R157 R158 R159 R160RA R121