【正文】 靜電計記錄了心動的電流圖 [4]。這樣 不僅可以節(jié)省時間，還可以 得到實時的監(jiān)護，所以研發(fā)便攜式心電監(jiān)護產品具有重要意義。 為了能夠在更多場合更方便的診斷， 各種各樣的便攜式心電圖設備 應運而生 ，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，歷時時間短， 獲取 的 信息 量很少 ，所以在 有限時間內有些非正常的情況被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。我們可以用它 在 家庭或則其他地方很方便的進行心電圖信號的測量，并根據(jù)進一步 的處理，做基本的診斷， 也 可以 把這些數(shù)據(jù) 提交到專業(yè)機構做進一步的 詳盡的 診斷。這些都可以在心臟手術和藥物的使用上提供重要的參考 [3]。這是我們對心臟基本功能及其病理研究，具有重要的參考價值 [2]。不過受限于身體各部分組織不同、距心臟的距離不同，會造成體表的不同部位的電位有所不同。 心電圖儀在醫(yī)學 領域中的應用 人類的心臟有規(guī)律性的膨脹和收縮，從而使血液的循環(huán)。在我國因心腦血管疾病每年耗費達 3000 億元，由于受測試手段的局限，預防率、治療率及控制率依然很低。根據(jù)相關部門的調查顯示，我國每年大約有近一半的死亡病例為冠心病，而且死亡率還在逐年遞增。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 目 錄 1 引言 ???????????????????? ? 1 心電圖儀在醫(yī)學領域中的應用 ????????? ? 1 便攜式心 電圖儀的發(fā)展狀況 ????? ????? ? 2 2 系統(tǒng)總體設計 ???????????????? ? 4 主要功能 ?????????????????? ? 4 系統(tǒng)設計方案 ???????????????? ? 5 3 便攜式心電圖儀的硬件設計 ??????????? 6 最小核心系統(tǒng)的設計 ?????????????? 7 處理器的選擇 ???????????????? 7 最小核心系統(tǒng)電路的設計 ??????????? 8 人機交互界面的設計 ????????? ????? 12 顯示界面設計 ???????????????? 12 按鍵設計 ?????????????????? 14 前置放大電路以及右腿驅動電路 ????????? 15 濾波電路以及陷波電路的設計 ?????????? 16 電源電路的設計 ???????????????? 18 4 便攜式心電圖儀的軟件設計 ??????????? 19 軟件開發(fā)平臺 ????????????????? 19 軟件系統(tǒng)整體設計 ??????????????? 21 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 軟件總體分析 ??????????????? 21 STM32 軟件系統(tǒng)設計流程 ?????????? 21 軟件總體流程圖 ?????????????? 23 信號采集程序設計 ?????????????? 23 數(shù)字濾波程序設計 ?????????????? 25 液晶程序設計 ???????????????? 26 5 系統(tǒng)調試結果及誤差分析 ??????????? 27 調試手段 ?????????????????? 27 測量調試以及分析 ???????? ?????? 28 采集電路的測試 ?????????????? 28 濾波算法測試 ??????????????? 29 整體測試和結果分析 ???????????? 30 結束語 ???????????????????? ? 32 參考文獻 ???????????????????? 34 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 1 1 引言 隨著社會的進步、經(jīng)濟的發(fā)展以及人們生活水平的逐步提高，我國人口老齡化程度越來越嚴重，與此伴隨的心臟病一類的疾病的 發(fā)病率也不斷攀升，人們的身體健康產生了巨大的威脅。相關數(shù)據(jù)表明，我國因心腦血管疾病死亡的人數(shù)將近占總死亡人數(shù)的一半 [1]。每年約有 16萬名患者接受支架植入手術，手術施行每年的增長率超過了五分之一。預防率是有效防治心腦血管疾病的關鍵因素，而且有效的方便的心電監(jiān)測儀器是完成這一任務的有力工具 。在心臟肌肉每次收縮之前，都會產生一股微小的生物電流，加上人體的體液能夠導電，這些微小電流可以通過體液的傳遞就會反映到人體的表面皮膚上。通過捕捉這個現(xiàn)象，將心電圖顯示出來的心電檢測儀器，根據(jù)這些人體生物電信號，我們可以從不同角度觀察心臟的活動情況。 心電圖能夠 在一定程度上 反映心律的運行狀況， 人的 心肌受損的程度、發(fā) 展過程以及心房、心室的功能結構情況 都能通過它表現(xiàn)出來。 常規(guī)心電監(jiān)護設備體積笨重、價格昂貴和不便于攜帶 ， 但是隨著社會生活水平的提高，醫(yī)療器械 家庭化開始逐漸進入我 們的 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 2 日常生活，家庭化的心電圖儀器功能沒有專業(yè)的大型的醫(yī)療設備齊全 ，但是它具有 體積小、 操作簡單的優(yōu)點 ， 同時可以在 一定程度上滿足了人們的基 本應用。 這樣也可 以避免那些行動不便的病人， 利用互聯(lián)網(wǎng)技術，把數(shù)據(jù)通過遠程傳送的方式，提 交到專業(yè)機構或指定的醫(yī)院驚醒專業(yè)診斷和分析 。而便攜式監(jiān)護裝置可以在隨時隨地的進行 實時監(jiān)護，并把數(shù)據(jù)存儲起來。 本文主要研究的 便攜式心電圖儀，即將普 通心電圖設備小型化、家庭化，具有低價位、體積小、便于攜帶和使用方便等特點 。 1895 年他開始了對心臟動作電流的進一步研究，并通過對德?阿森瓦爾氏的鏡影電流計的設計改進，提高了心電圖的質量。同時，他又制定心電圖的影線在縱坐標上波動 1cm，代表 1mV 的電位差，在 橫坐標上移動 1cm 為 秒的標準。 1912 年在他深入研究了正常心電圖的波動范圍后，提出了著名的“愛因托芬三角”理論?？傊@位 被尊稱為“心電圖之父”的生理學家對心電圖的創(chuàng)立及發(fā)展有著巨大的 貢獻。 隨著社會的發(fā)展，心電圖檢測理論越來越成熟與完善，另外機械、電子、計算機等技術的迅猛發(fā)展，帶動 了醫(yī)療器械發(fā)生了革命性變化，極大的增強了心電圖機的功能。目前各大醫(yī)療器械廠商都投入巨資開發(fā)性能更強、功能更加完善的心電設備，比如歐姆龍、北京超思、亞新、均在該領域的研究與生產上有所突破。電子病歷是信息技術和網(wǎng)絡技術在醫(yī)療領域的必然產物， 我國 衛(wèi) 生部先后在 2020， 2020 發(fā)布了關于電子病歷系統(tǒng)的規(guī)范和通知文件。 （ 2）數(shù)字化 隨著計算機科學、機械電子的迅猛發(fā)展，醫(yī)療器械的數(shù)字化程度越來越高，比如數(shù)字濾波器的使用，極大的降低了心電干擾，提高了心電判斷的準確率。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。 （ 5）遠程化 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 4 計算機技術、網(wǎng)絡通信技術的快速發(fā)展，為遠程醫(yī)療的實現(xiàn)提供了可能，將心電數(shù)據(jù)通過遠程傳輸，在遠端對心電數(shù)據(jù)加以分析處理并提出診斷結果，從而實現(xiàn)遠程醫(yī)療。 總之，科技不斷進步，人們的需求也在變化， 心電圖是記錄心臟電活動狀態(tài)的記錄，包括心臟節(jié)律和頻率以及電壓的高低等信息，可用于診斷各種心律失常、心肌病變、心肌梗塞及心肌缺血等心血管疾病。 設計符合市場需求的產品是企業(yè)生存的根本，利用 高科技帶來的技術革命去更新醫(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)護設備必將越來越普及 [6]。另外受到 50Hz 及其倍頻干擾和極化電壓的影響，對前置放大器和信號濾波電路的設計提出了更高的要求。同時便攜式設備必須是低功耗設備這限制了多數(shù)的微處理器，鋰電池供電對信號僅僅用硬件濾波還不能達到分析信號的要求，硬件濾波的一個缺點是，要想獲得更好的濾波效果， 必須設計更高的階數(shù)，而這無疑會增加系統(tǒng)的體積。采取軟件濾波即設計數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器有多種，這樣就必須尋找一種行之有效的濾波算法。主要研究工作如下： (1) 心電圖儀的硬件設計： ? 采集電路：準確提取生理信號，把信號處理為可供采集分析的有 效信號； ? 處理電路：完成信號的采集、濾波、顯示、分析和傳輸?shù)?。心電信號由電極獲取，送人心電采集電路，經(jīng)前置放大、主放大、高低通濾波，得到符合要求的心電信號，并送入到 STM32 的 ADC 進行 AD 轉換。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交互環(huán)境 ，可以通過 LCD 實時顯示和回放，數(shù)據(jù)通過USB 可靠地傳輸?shù)?PC 機，以便對心電數(shù)據(jù)做進一步的分析。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 6 信 號 采集 電 路信 號 調理 電 路處 理 器按 鍵 調節(jié) 電 路顯 示 電路 模 塊P C 通 信 圖 1 系統(tǒng)原理結構圖 整個系統(tǒng)有以下幾個部分組成： （ 1）采集電路：主要有前置放大電路、帶通濾波電路和主放大電路 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。 （ 3）按鍵電路：完成良好的人機交互。 （ 5）上位機設計：在 PC 機上處理和顯示心電波形。 3 便攜式心電圖儀的硬件 設計 便攜式心電圖儀要求具有可移動性和再開發(fā)性，不僅便于攜帶、功能盡可能的完善能夠實時對心電信號進行處理，而且要求隨著發(fā)展可以進一步升級滿足人們更多 的需求。對于這些功能，即需要相對獨立的模塊化設計，又需要良好的協(xié)調。 總體電路要遵循 ： (1) 選擇合適的處理器，盡量選擇片上系統(tǒng)（ System on Chip， SoC）設計硬件系統(tǒng)，減少硬件復雜度并降低成本。 (3) 注重軟硬件結合， 軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結構，降低能耗和設備成本。 最小核心系統(tǒng)的設計 以應用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格 綜合性要