单片机实现三导联远程心电监护
一种基于单片机的心电监测系统实验案例设计
20FEATURES中国医疗设备 2021年第36卷 06期 V OL.36 No.06引言《单片机原理与接口技术》课程是生物医学工程专业开设的一门非常重要的专业课程[1-3]，该课程旨在培养学生单片机应用系统的软硬件设计和调试的能力，进而提高学生的实践能力和工程应用能力[4-5]，为以后学习医疗设备专业课程奠定基础。
因而，在教学过程中对实验设计的专业背景要求较高[6-7]。
随着我国人口老龄化程度持续加深导致心脏病的防控形势日趋严峻[8-10]，传统医用心电监测仪不仅价格非常昂贵而且使用场合有限。
因而，便携式心电仪的研制是生物医学工程专业学生需要解决的实际问题。
基于该专业背景问题，本研究设计了一个能测量受试者心电图（Electrocardiogram ，ECG ）信号并在Android 手机APP 上实时显示的监测系统，为该课程提供一个实验教学案例设计，引导启发学生进行应用型医疗器械设计开发，训练学生解决生物医学工程专业实际问题的能力，提升岗位任职能力。
1 实验内容与任务根据学生能力的不同，实验教学设计了基本任务、进阶任务及拓展任务三个层次的内容与任务。
1.1 基本任务（1）考虑运动或远程电极放置产生的各种噪声的情况一种基于单片机的心电监测系统实验案例设计雷涛，陈荣庆，李钊，张林媛，夏娟娟，路国华空军军医大学 军事生物医学工程学系，陕西 西安 710032[摘 要] 目的 设计一个能测量受试者心电图（Electrocardiogram ，ECG ）信号并在Android 手机上实时显示的监测系统，为《单片机原理与接口技术》课程教学提供一个实验案例设计，促进实验教学水平与教学质量。
方法 利用全集成式ECG 信号调理模块，实现对心电信号的提取、放大、滤波及右腿驱动输出至单片机主控模块。
利用单片机的ADC 、定时器及全双工异步串行通信的功能，将信号调理模块采集的心电信号转换为数字信号，通过CH340 USB 转串口模块传输至Android 程序，将信号实时显示。
基于单片机的远程心电监测系统设计
当今心血管疾病已成为发病率极高的常见病之一，极大威胁人们的生命。设计一种性能可靠、价格低廉、体积较小的新店采集与远程传输系统对心血管病的监测和预防具有重要意义。
远程心电监测是只通过通信网络将远端的生理和医学信号传送到监测中心进行分析，并给出诊断意见的一种技术手段。它是随着计算机技术、通信技术等相关技术的迅速发展，心电图监测技术也逐渐应用到远程医疗领域中来，使得医院为心脏病患者的远程保健服务成为可能。
[6]朱红松，孙利民。无线传感器网络技术发展现状。中兴通讯技术，2009年，第15卷，第5期。
研究的目标、内容和拟解决的关键问题
研制一种功能强大、成本低的远程心电监测系统，可实现远程医疗心脏病患者。该系统前端采用FPGA控制，采集和存储人体的新店（EGG）信号，通过串口将心电数据传入计算机，并在LabVIEW软件平台下实现心电信号的显示和远程传输系统。其中大部分功能是由软件设计实现，以便于后续功能扩展。可将该系统广泛应用于医院、社区、家庭、户外监护，帮助医生及时诊断病人。
为设计一款体积小、功耗低、处理速度高的心电监测终端，本系统采用TI公司生产的MSP430F499单片机作为微处理器，该单片机的工作电压在1.8-3.6V之间，带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性的12位A/D转换器，串行通信软件有异步UART和同步SPI两种模式可选。该单片机具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器，为电路的设计节省不少空间。本系统的硬件主要包括心电信号采集模块、RS232通信模块和GPRS传输模块。其中信号采集分为心电前置放大电路、滤波电路、主放大隔离电路和电平抬升电路。监测终端采集到的心电信号通过MSP430单片机进行信号处理后，可以通过GPRS模块传输到远端的医疗中心，为医生提供患者的心电数据。
单片机远程监测系统的设计及实现
单片机远程监测系统的设计及实现简介单片机远程监测系统是一种利用单片机技术和网络通信技术实现远程监测的系统。
该系统具有实时监测、数据采集、远程控制等功能，广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、智能家居等。
本文将介绍单片机远程监测系统的设计原理、硬件搭建以及软件实现。
一、设计原理单片机远程监测系统的设计原理包括硬件部分和软件部分。
硬件部分主要包括传感器、通信模块以及单片机芯片等组成。
软件部分则是编写单片机程序，实现数据采集、通信和控制等功能。
1. 传感器传感器是单片机远程监测系统的核心部件，用于采集被监测的物理量。
根据监测需求，可以选用不同类型的传感器，如温湿度传感器、气体传感器、光照传感器等。
传感器将采集到的模拟信号转换为数字信号，通过单片机进行处理。
2. 通信模块通信模块是实现单片机与远程服务器之间数据传输的关键部件。
常用的通信模块包括以太网模块、WiFi模块和GSM模块等。
通过通信模块，单片机可以将采集到的数据发送到远程服务器，并接收服务器发送的控制命令。
3. 单片机芯片单片机芯片是单片机远程监测系统的处理器，主要负责数据采集、数据处理和控制功能。
常用的单片机芯片包括51系列、AVR系列和STM32系列等。
通过编写单片机程序，可以实现数据采集、通信和控制的功能。
二、硬件搭建单片机远程监测系统的硬件搭建包括传感器的连接、通信模块的连接以及单片机芯片的连接。
1. 传感器连接将传感器与单片机连接，需要根据传感器的接口类型选择合适的连接方式。
例如，对于模拟输出的传感器，可以通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，然后与单片机连接。
对于数字输出的传感器，可以直接通过数字接口连接到单片机。
2. 通信模块连接通信模块主要通过串口与单片机连接。
将通信模块的串口接口连接到单片机的相应串口引脚上，并根据通信模块的规格进行相应的设置。
3. 单片机芯片连接将单片机芯片与传感器和通信模块连接，可以通过引脚或者片内模块进行连接。
基于单片机控制的人体健康监测系统设计
摘要本系统设计的是基于单片机控制的人体健康监测系统，本系统需要检测人体的三个健康体征：心跳、体温、血压。
由硬件和软件两部分组成。
首先是心跳检测，利用压电传感器将检测到的心跳信号转换为电信号再通过集成运放转换成单片机可以接收的信号。
其次是温度检测，利用一线口温度传感器DS18B20进行温度检测，由于该芯片采用单总线模式，在编程过程中严格按照该芯片的读写时序进行温度检测。
再次是血压检测，利用压力传感器BP01将血压转换成为电信号，通过ADC0809模数转换器转化为数字信号通过单片机处理显示出来。
另外还包括单片机电源电路、超限报警电路、复位电路以及键盘电路。
本系统的研究于开发有利于人体健康检测的需要，对日常生活的改善有很多好处，具有很高的实用价值。
关键词单片机8051；DS18B20；BP01；A/D转换毕业设计(论文) AbstractAbstractThis system design is the human body health monitor system whichcontrols based on the monolithic integrated circuit, this system needshealthily to examine the human body three health body drafts:Palpitation, body temperature, blood pressure. Are composed by the hardware and the software two parts. First is the palpitation examines, will examine the palpitation signalusing the piezoelectric pick-up to transform into the electricalsignal transports again through the integration puts transforms thesignal which the monolithic integrated circuit will be allowed toreceive. Next is the temperature examination, uses mouth temperature sensorDS18B20 to carry on the temperature examination, because this chipuses the single main line pattern, strictly carries on the temperatureexamination in the programming process according to this chipread-write succession. Is the blood pressure examination once more, transforms into usingpressure transmitter BP01 the blood pressure the electrical signal,transforms through the ADC0809 modulus switch for the digital signaldemonstrates through monolithic integrated circuit processing. Moreover also includes the monolithic integrated circuit powercircuit, ultra limits the alarm circuit, repositions the electriccircuit as well as the keyboard electric circuit.This system research is advantageous to the development to the humanbody health examination need, has very many advantage to the dailylife improvement, has the very high practical valueKey wordMonolithic integrated circuit 8051; DS18B20; BP01; A/D transformation毕业(论文) 目录目录中文摘要及关键字 (I)英文摘要及关键字 (II)绪论 .................................................................................................................................. - 1 - 1. 总体方案 ..................................................................................................................... - 2 -1．1方案论证及系统工作原理 .............................................................................. - 2 - 1．2 总体方案图 ..................................................................................................... - 2 - 2硬件设计 ....................................................................................................................... - 3 - 2．1主控芯片MCS—51介绍................................................................................ - 3 - 2．2 ADC0809的介绍............................................................................................. - 8 - 2．3心跳检测原理设计 ........................................................................................ - 10 - 2．4温度检测的原理及设计 ................................................................................. - 11 - 2．5血压检测电路原理及设计 ............................................................................ - 15 - 2．6其他电路设计 ................................................................................................ - 17 - 2．7 硬件总电路图 ............................................................................................... - 17 - 3．软件设计 .................................................................................................................. - 18 - 3．1主程序流程图 ................................................................................................ - 18 - 3．2 子程序流程图 ............................................................................................... - 19 - 3．2．1心跳检测流程 ................................................................................... - 19 - 3．2．2温度检测流程图 ............................................................................... - 20 - 3．2．3血压检测流程图 ............................................................................... - 21 - 3．3主程序清单 .................................................................................................... - 22 - 3．4子程序清单 .................................................................................................... - 25 - 3．4．1心跳子程序： ................................................................................... - 25 - 3．4．2温度检测子程序： ........................................................................... - 27 - 3．4．3血压检测子程序： ........................................................................... - 31 - 结论 ................................................................................................................................ - 33 - 致谢 ............................................................................................................................ - 35 - 参考文献 ........................................................................................................................ - 36 - 附录一 ............................................................................................................................ - 37 - 附录二 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
单片机在医疗器械中的应用技术
单片机在医疗器械中的应用技术随着科技的不断进步与医疗领域的快速发展，单片机作为一种重要的电子技术，已经广泛应用于医疗器械的研发与生产中。
单片机具有体积小、功耗低、集成度高等特点，能够提高医疗器械的安全性、精确性和可靠性。
本文将介绍单片机在医疗器械中的应用技术。
一、心电监护仪中的单片机应用心电监护仪是一种常用的医疗器械，用于检测和记录患者的心电信号。
单片机在心电监护仪中的应用主要体现在信号采集、信号处理和数据显示等方面。
1. 信号采集：心电信号采集需要高灵敏度的电极和精确的模拟信号处理电路。
单片机可以通过模拟到数字转换技术（ADC）将模拟信号转换为数字信号，提高信号采集的准确性和稳定性。
2. 信号处理：单片机可以对采集到的心电信号进行滤波、放大和分析处理，以提取和识别心电波形。
同时，单片机还能够通过算法处理心电信号，实现心率分析、心律失常监测等功能。
3. 数据显示：单片机通过LCD显示模块可以将处理后的心电数据以可视化方式展示给医生和患者，并且可以通过串口与外部设备进行通信，实现数据的传输和存储。
二、血压监测仪中的单片机应用血压监测仪是用于测量患者血压的医疗器械。
单片机在血压监测仪中的应用主要集中在血压测量、数据处理和结果显示等方面。
1. 血压测量：单片机可以控制血压监测仪的气袋和压力传感器，实现自动充气、测量和放气等功能。
同时，单片机还可以根据测量结果进行自动校准，提高血压测量的准确性。
2. 数据处理：单片机可以对测量到的血压信号进行滤波、放大、数字化等处理，以得到准确的血压数值。
同时，单片机还可以根据测量数值进行分析和比较，实现高血压和低血压的自动诊断和提醒功能。
3. 结果显示：单片机可以通过LCD显示模块将测量结果以数字或者曲线图的形式显示给医生和患者，同时还可以通过串口和存储卡等方式实现数据的传输和存储。
三、呼吸机中的单片机应用呼吸机是一种用于治疗呼吸疾病的医疗器械。
单片机在呼吸机中的应用主要涉及控制算法、气流调节和报警系统等方面。
单片机在医疗器械中的应用
单片机在医疗器械中的应用随着科技的不断发展和创新，单片机作为一种高性能的微型计算机芯片，在医疗器械领域中扮演着重要的角色。
单片机具有体积小、功耗低、易于集成、稳定可靠等特点，使其成为医疗器械中的理想选择。
本文将探讨单片机在医疗器械中的应用，并对其在不同医疗设备中的功能和优势进行介绍。
一、心电监护仪中的单片机应用心电监护仪作为一种用于测量和记录心脏电活动的医疗设备，可以帮助医生及时了解和诊断患者的心脏情况。
单片机在心电监护仪中起到控制、数字信号处理、通信和显示等多个方面的作用。
通过单片机，心电信号可以被准确地采集、处理和显示，给医生提供更准确的心脏数据。
二、血压监测仪中的单片机应用血压监测仪是一种常见的医疗器械，用于测量患者的血压数值。
单片机在血压监测仪中起到控制和测量处理的作用。
通过单片机，血压信号可以被准确地采集和分析，在显示屏上展示患者的实时血压数值，并能通过蓝牙等无线通信方式传输给医生，实现远程监护。
三、呼吸机中的单片机应用呼吸机是一种医疗设备，用于辅助或代替患者的呼吸功能。
单片机在呼吸机中起到控制、监测和调节气流等作用。
通过单片机，呼吸机可以实时监测患者的呼吸频率和潮气量，并根据患者的情况，自主地调节氧气浓度和气流速度，为患者提供个性化的呼吸支持。
四、体温计中的单片机应用体温计是一种用于测量人体体温的医疗设备，具有迅速、准确和非侵入性等特点。
单片机在体温计中起到控制、采集和显示的作用。
通过单片机，体温信号可以被精确采集并进行数字处理，然后在液晶屏上显示出患者的体温数值，让医生能够快速了解患者的体温情况。
综上所述，单片机在医疗器械中具有不可替代的作用。
它为医疗设备提供了稳定可靠的控制、数据处理和通信能力，使得医生能够更加准确地了解患者的生理指标，为医疗诊断和治疗提供有力的支持。
随着科技的进步，相信单片机在医疗器械中的应用将会越来越广泛，为人们的健康事业做出更大的贡献。
基于51单片机的心电监测系统
1引言虚拟医学仪器充分利用计算机丰富的软硬件资源，仅增设少量专用软、硬件模块，便 可实现传统仪器的全部功能及一些传统仪器无法实现的功能，同时缩短了研发周期。
本系 统由两部分组成：以 C8051F320单片机为核心的数据采集装置和以PC 机为平台的分析处理系统。
设计中充分考虑数据采集装置体积小、功耗低、操作快捷的要求，因此全部采用 SMT 封装的元器件。
PC 监护终端通过 USB 接口接收数据，传输速率高；采用图形编程语言 LabVIEW 编写显示、存储、分析处理等功能程序。
该系统可实时监护并提供心动周期，心 率等参数，也可进行数据的存储回放，为心血管疾病的诊断提供依据。
系统的软件开发和 硬件与上位机软件的集成测试表明，系统运行稳定可靠，取得了预期效果。
2系统硬件设计该系统由C8051F320数据采集模块和 PC 机两部分组成，如图1所示。
PC 机C8C51F220图1系统框图数据采集模块主要由心电采集电路和基于 C8051F320单片机的DAQ 接口卡构成，如图2所示。
C8O51F32OPC 机 |USB ------------ MQ 接口卡部分图2数据采集模块框图该模块通过C8051F320片上A/D 转换器采集经预处理的心电信号，再将其由 USB 总线传输至PC 机显示。
PC 机部分主要是软件设计，包括通过 C8051F320单片机片上USB 主机API 函数和LabVIEW 软件编写数据采集图形用户界面；实现接收、显示和处理由数据采集模块 通过USB 接口发送采集数据的程序。
LabVIEW 应用程序和C8051F320应用程序均采用 SILICon Laboratories 公司的USB Xpress 开发套件的 API 和驱动程序实现对底层 USB 器 件的读写操作。
心电信号属于微弱信号，体表心电信号的幅值范围为1~10 mV 。
在测量心电信号时存UbVlEW 应用稈序|API$駆动程序机**USBg 件心采电人体 心电采集电路部分0620的端肢大手动 liSBl电平 抬升A/D 转换I在很强的干扰，包括测量电极与人体之间构成的化学半电池所产生的直流极化电压，以共模电压形式存在的50 Hz 工频干扰•人体的运动、呼吸引起的基线漂移，肌肉收缩引起的 肌电干扰等。
单片机在医疗监护设备中的应用与安全性研究
单片机在医疗监护设备中的应用与安全性研究在医疗行业中，单片机作为一种高效、灵活的嵌入式系统，得到了广泛的应用。
本文将探讨单片机在医疗监护设备中的应用，并重点关注其安全性问题。
一、单片机在医疗监护设备中的应用单片机在医疗监护设备中具有以下几个方面的应用：1. 心电监护设备：单片机可以用于实时采集心电信号，并进行信号处理和分析。
通过将单片机与心电监测电极和显示器相连接，可以实现对心跳、心律等指标的监测和显示。
2. 血压监测设备：单片机可以通过与血压计相连接，实现对血压参数的监测和记录。
单片机可以采集和处理血压信号，并利用内置的算法实现血压测量和分析。
3. 呼吸监护设备：单片机可以用于实时监测患者的呼吸信号，并进行信号处理和分析。
通过与呼吸传感器相连接，单片机可以实现对呼吸频率、呼气浓度等指标的监测和显示。
4. 温度监测设备：单片机可以通过与温度传感器相连接，实现对体温的监测和记录。
单片机可以采集和处理温度信号，并根据预设的温度范围进行报警或控制其他医疗设备。
5. 脑电监护设备：单片机可以用于实时采集脑电信号，并进行信号处理和分析。
通过将单片机与脑电电极和计算机相连接，可以实现对脑电图的监测、分析和记录。
二、单片机在医疗监护设备中的安全性问题单片机在医疗监护设备中的安全性问题备受关注，主要有以下几方面的考虑：1. 数据安全性：医疗监护设备中所采集的患者数据包含了隐私信息，如病历、个人身份等。
单片机在数据采集和处理过程中，需要采取安全措施，确保数据的机密性和完整性，避免数据泄露和篡改。
2. 病因安全性：医疗监护设备在实时监测患者身体指标的同时，也参与了对患者身体状况的控制和调节。
单片机作为控制中心，需要确保输出指令的准确性和安全性，避免因为系统错误导致患者的不良反应或加重病情。
3. 系统可靠性：医疗监护设备所使用的单片机系统需要具备高可靠性和稳定性。
一旦系统出现故障，可能会导致监护设备无法正常工作，从而影响医疗效果和患者的安全。
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用单片机实现三导联远程心电监护系统1 引言
随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类躯体健康的要紧因素之一。
而心电图则是治疗此类疾病的要紧依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。
常规心电图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，历时仅为几s～1 m，只能猎取少量有关怀脏状态的信息，因此在有限时刻内即使发生心率失常，被发觉的概率也是专门低的。
因此有必要通过相应的监护装置对患者进行长时刻的实时监护，记录患者的心电数据。
又由于心脏病的发生具有突发性的特点，患者不可能长时刻地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的监护，因此研发相应的便携式无线心电监护产品就显得更加重要。
目前虽讲国内已有成型的无线心电监护产品，但其采纳的方案大差不多上“采集器+发送器（PDA或手机）”，这必定导致其价格昂贵，
且PDA或手机的其他功能关于绝大部分患者完全没有必要，因此到目前为止国内有用的无线心电监护产品领域依旧空白。
本文所述的远程心电监护系统是在医院的提案基础之上，进行充分调研之后设计的总体方案，要紧实现如下功能：三导联心电信号采集；无线传输紧急情况下40 s的心电数据及诊断结果；24小时心电图连续记录；通过高速USB上传心电数据至PC机；紧急呼叫。
2 系统总体设计
作为便携式手持远程移动终端，在设计时应充分考虑其体积小，功耗低，存储容量大和处理速度高的要求，因此在CPU的选择上十分慎重。
通过资料收集和反复比较，最终选择了Samsung公司推出的基于ARM920T内核的S3C2410处理器，该处理器资料丰富，性价比高。
采纳RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：体积小，功耗低，成本低，性能高；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；大量使用寄存器，使指令执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。
能够看出基于ARM的嵌入式处理器是便携式手持终端的最佳选择，因此在设计系统方案时首先定位在该系列处理器上。
S3C2410处理器基于ARM920T处理器核，采纳0.18 μm制造工艺的32位微操纵器，采纳五级流水线和哈佛结构，最高运行频率为203 MHz。
该处
理器具有：独立的16 KB指令Cache和16KB数据Cache、MMU、支持TFT的LCD操纵器、NAND闪存操纵器、3路UART、4路带PWM的Timer、丰富的I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口、IICBUS接口，以及2个USB主机和1个USB设备等丰富的外围设备。
S3C2410提供了一套较完整的通用外围设备，且使整个系统的功耗最低，从而免去了添加、配置附加外围接口的苦恼，有效地缩小了线路板的面积，这也正是本系统选择该处理器的重要缘故。
系统的整体结构如图1所示，以S3C2410为核心，外扩了8 MB的NOR FLASH、64 MB的NAND FLASH以及16 MB的SDRAM等存储芯片，通过GPIO口扩展了键盘、LCD和蜂鸣器等人机接口单元，对外提供USB和UART等通信接口，同时连接了Siemens公司的MC35模块，以实现无线传输和紧急呼叫功能。
从系统的总体功能结构来看，可将系统划分为5个模块：电源模块、心电数据采集模块、数据无线传输模块、图形用户界面模块、数据存储治理模块。
图1 系统总体结构
2.1 电源模块
系统采纳单节1700 mAh锂离子可充电电池供电，但随着电量的释放，电压也在不断降低，变化范围为4.2~2.75 V。
而本系统中分不需要一个4.3 V的MC35工作电压、一个3.3 V的I/O电压、一个1.8 V的CPU核电压和一个1.8 V的CPU职守电压。
为了满足系统的要求，电源电路中必须同时具备升压稳压器和低压差线性稳压器。
为了解决该问题系统采纳1个开关型升压DCDC稳压器、1个3.3 V 极低压差线性稳压器和2个带有Shutdown引脚的1.8 V低压差线性稳压器来组成供电系统，供电方案如图2所示。
图2 电源模块方案
2.2 心电数据采集
由于心电图信号的检测是属于强噪声背景下的超低频（0.5～100 Hz）微弱（0.1～5 mV）信号检测，具有微弱性、稳定性、低频特性和随机性等特点，故要求前置级应满足高输入阻抗、高共模抑制比（CMRR）、低噪声、低漂移和高安全性。
微弱的心电信号受到来自人体内外的多种干扰，其特征被淹没在复杂的信号之中，为了使其特征突出，就有必要对其进行预处理。
系统采纳的心电信号采集原理如图3所示。
其中前置级采纳差动放大电路，其放大倍数为22.4倍；后级放大电路的放大倍数为37倍，则总放大倍数为828.8倍。