心电信号在线检测和分析系统的设计与实现

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无线心电监护系统的设计与实现的开题报告

无线心电监护系统的设计与实现的开题报告
一、课题背景
心电监护系统是指通过贴在患者胸部的电极，采集心脏的电信号，并将信号传输到监测设备上进行分析和诊断的一种医疗设备。

随着科技的不断发展，无线心电监护系统逐渐成为医疗领域的趋势。

这种系统相比传统的有线心电监护系统，不仅方便了医生的操作，减轻了患者的痛苦，还可以实现远程监控，提高了医疗设备的实用性和可靠性。

二、课题研究内容
本课题旨在设计和实现一个简单的无线心电监护系统，主要包括以下研究内容：
1. 硬件设计：包括心电信号采集电路和无线传输模块的设计，通过贴在患者胸部的电极采集心电信号，再通过无线传输模块将数据传输到监测设备上。

2. 软件设计：包括心电信号处理算法的设计和实现，通过对采集到的心电信号进行分析，实现心电图的绘制、诊断等功能。

3. 系统集成测试：将硬件和软件进行集成测试，验证系统的稳定性和可靠性。

三、预期成果
本课题的预期成果包括：
1. 设计和实现一个无线心电监护系统的原型，能够准确采集心电信号，并实现心电图的绘制和诊断功能。

2. 检验系统的性能和可靠性，验证数据传输的稳定性和精确性。

3. 研究和总结无线心电监护系统的设计和实现方法，为类似研究提供参考。

四、研究意义
设计和实现无线心电监护系统，不仅可以方便医生的操作，为患者提供更好的医疗服务，也能够提高医学研究的精度和效率。

此外，无线心电监护系统的研究和应用也有着重要的医学意义，能够有效地帮助医生诊断心脏疾病，对于预防和治疗心脏疾病具有重要的意义。

一种单导联心电检测前端设计

一种单导联心电检测前端设计摘要随着人们对健康的重视，智能化医疗设备作为一种辅助检测工具，有助于对老人、小孩、军人等各类人群的生理参数进行实时检测和分析。

本单导联心电检测前端设计通过结合单导心电及WIFI传输技术，将采集的心电信号和心率信号实时传输到云平台或手机APP，供医生及时查看和辅助诊断，从而进一步实现心血管疾病预防和诊断的家庭化、便携化，降低医疗诊断、治疗和监护的成本。

其设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出心率，对患者进行高质量的实时心脏监护，未来还可以通过心电大数据的深度学习来实现智能诊断功能。

关键词：心电检测、单导联、无线传输、心脏监护、可穿戴设备、实时检测中图分类号：TN806引言受新冠疫情的启发，为了便于医生快速获取患者的心电、心率信息，也方便人们家用检测，本项目通过单导心电和WIFI传输技术，采用FFT滤波、中值滤波去除基线，得到准确可靠的心电波形数据，并将心电信号实时传输到云平台或手机APP，供医生即刻查看和辅助诊断，对患者进行高质量的实时心脏监护，从而降低疾病突发风险，提高病情管控效率。

本设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出准确的心率，同时保存心电数据文件，可以对心电检测历史进行回放以及后期的诊断处理。

1系统硬件设计一种单导联心电检测前端包括心电采集模块、WIFI模块、电源模块、单片机处理模块。

心电采集模块用到的芯片为ADS1292，和单片机之间采用SPI进行通信。

WIFI模块和单片机之间采用串口通信。

整体硬件设计图如图1所示。

图1 整体硬件框图1.1心电采集模块设计本系统采用TI公司生产的用于生物电势测量的模拟前端ADS1292，该芯片低功耗，具有24位双通道采集，32引脚，TQFP封装。

ADS1292每通道功率仅335W,内置有右腿驱动放大器、持续断线检测和测试信号，并且拥有非常灵活的断电以及待机模式。

基于ZigBee无线网络的心电监测系统的设计与实现

，
ｎｅｔｎ－Ｏｏｖｒｏｍｅｔｏｓｐｒｂｌｃｉｌｅｃｏｈｅｏｅｍｓ，ｓａｐｐｒｏｓｓｔｐｅｒｏｐｅａｎＣＧｍｏｎｔｒｎｓｓｅｈｉＥｉｉｇｙｔｍｂｅｄｏａｓｏｎｇＢｗｉｅｓｎｅｗｏｋＴＺｉｅｅｒｅｌｓｔｒｏ
．
ＺｉｅｇＢｅｗｉｌｓｎｔｋｒｅｓｅｗｏｒｗａｇｉｅＭｅｗｈｌｔｄｉａｎａｈｉｖｅｓｖｎ．ａｎｉｈｅｅｓｇｎｅ，ｄｃｅｅｍｅｎｏｍｏｔｉｇｏｔｅｔｆｎｉｎｓｆｏｒｗａｒｏｎｏｍｐｕｅｒｓｃｔｉａｃｏｍｃ
王青吴小培
（安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室，安徽合肥２０３）３０９
摘要
传统的有线心电监测系统导线连接复杂、可移动和扩展性差的缺点。为了克服这些问题提出了一种基于ＺｉＢｅ不ｇｅ无线网络的心电监测系统。为实现这个目标，首先完成了心电信号的采集和处理电路的设计详细介绍了具有模数转换功
关键词：电，ｉＢｅ模／转换，换时间，线网络心Ｚｇｅ，数转无
Ａｂｔａｔｓｒｃ
ＴｒｔｎａｂｌＥａｄｉｏｌｃａｅＣＧｍｏｔｉｇｙｔｍｈｈｓｉｎｉｎｓｓｅｏｒａｓｔｅｄｉａｄｖｎａｇｅｏｄｌｘｉｌｙｐｒｃｌｂｉｔｎｄｏｐｌｘｗｉｎａｔｓｆｂａｆｂｉｅｉｏｏｓａａｌｙａｃｍｅｒｃｏ — ｔｉｅ

电能质量监测与分析系统设计与实现

电能质量监测与分析系统设计与实现电能质量是指电力系统中电流、电压和频率等电参数的波动程度，它直接关系到电力系统运行的安全、稳定和可靠性。

为了提高电能质量的监测和分析能力，设计并实现一套电能质量监测与分析系统是十分必要和重要的。

一、系统设计1.需求分析：在设计之前，需明确系统所需要具备的功能和性能。

基本功能包括实时监测电能质量、记录电能质量事件、分析电能质量异常等。

性能要求包括高精度监测、快速响应、可靠稳定等。

2.硬件设计：搭建合适的硬件平台是系统实现的基础。

首先，选择适用的电能质量监测仪器，如电能质量分析仪、波形记录仪等。

其次，确定合适的信号采集模块，兼容不同类型的信号输入。

另外，还需要选择合适的嵌入式处理器、存储设备和通信接口等。

设计硬件时需考虑设备之间的兼容性、稳定性和扩展性。

3.软件设计：系统的软件设计包括上位机和下位机两部分。

上位机主要负责与用户交互，提供数据分析和显示功能。

下位机主要负责数据采集、信号处理和存储等任务。

软件设计应注重用户友好性、稳定性和可扩展性。

同时，还要考虑系统的并发性和可靠性，确保能够处理大量实时数据。

二、系统实现1.硬件实现：根据设计方案，选购和配置合适的硬件设备。

确保设备的可靠性和兼容性，按照规范进行安装和调试。

硬件实现需要注意设备之间的连接和传输，确保信号的稳定和准确性。

2.软件实现：根据软件设计方案，进行软件代码的编写和测试。

上位机软件需要具备数据分析、图表绘制等功能，以便用户能够直观地了解电能质量情况。

下位机软件需要负责数据采集、信号处理和存储等任务，确保数据的准确性和完整性。

3.系统集成：硬件和软件都要进行充分的测试和调试，确保系统的稳定性和可靠性。

将采集的数据与实际情况进行对比分析，不断优化算法和算法参数，提高系统的性能。

4.用户培训和技术支持：系统实现后，需要对用户进行培训，使其能够熟练操作系统并正确解读分析结果。

同时，建立健全的技术支持体系，及时响应用户的问题和反馈，不断改进系统的功能和性能。

心电信号采集及分析系统设计

能够记录病人24小时活动过程中的动态心电数据，给医生提供具有诊断价值的资料，对于心脏功能的评价，心脏病的早期诊断非常有益，所以心电监护仪在其中发挥着至关重要的作用。
本课题采用MSP430149单片机作为核心器件，主要完成对心电信号的24小时不间断采集、传输、存储、显示等功能。
关键词心电信号；动态心电图；MSP430单片机
KeywordsECG signal；dynamic electrocardiogram（DCG）；Holter；msp430；
第3章心电检测电路设计
3.1
由于人体的心电信号有微弱、低频、易受干扰、不稳定、随机等特点，因此对动态心电图的心电放大器的设计有很苛刻的要求。
1．增益
由于心电信号非常微弱，只有0．05～5mV，而心电放大器增益的常规设计要求心电在正常输入时，即输入为1mV时，输出电平达到1V左右(A/D转换器的最大输入电压为3.3V)，所以心电放大器的放大倍数很高，为1000倍左右。
Abstract
Cardiovascular disease is one of main diseases that threat human health．and the early diagnosis and treatment are effective ways that prevent heart disease。In the late 1950s in U.S. a scientist called Holter have invented the first such dynamic electrocardiogram instrument, people called Holtermonitor or Dynamic electrocardiograph, this technology can be realized in clinical "long" and "dynamic" of ECG records, known as HOLTER.

物联网环境下可穿戴心电监测系统设计与实现

物联网环境下可穿戴心电监测系统设计与实现随着物联网技术的发展，越来越多的智能设备进入了人们的日常生活中。

其中，可穿戴设备逐渐成为人们关注的热点，尤其是在医疗领域中的应用日益广泛。

可穿戴心电监测系统作为一种新型的医疗设备，可以实现对心电信号的监测和记录，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。

本文将介绍物联网环境下可穿戴心电监测系统的设计与实现。

一、可穿戴心电监测系统的概述可穿戴心电监测系统是一种通过传感器采集心电信号，并将信号通过蓝牙等无线传输方式发送到手机或云端进行存储和分析的设备。

它的出现为患者提供了一种方便、快捷、高效的心电监测方式，也为医生提供了更多的监测数据和参考信息，从而更加精准地对疾病进行诊断和治疗。

二、可穿戴心电监测系统的硬件设计可穿戴心电监测系统的硬件设计主要包括信号采集、信号放大、滤波、数模转换等部分。

其中，信号采集是整个系统的核心部分。

在信号采集过程中，需要通过心电电极将人体的心电信号采集到系统中。

为了使信号质量更好，电极的放置有一定的技巧。

一般来说，电极应该放在胸部和手腕处，胸部的电极取ECG标准导联的V1、V2、V4、V5、V6和手腕的电极分别对应左右手。

为了保证信号的准确性，每个电极的位置应该尽可能准确地放置在指定的位置上。

信号采集完成后，需要经过信号放大、滤波等处理，使信号质量更好，减少干扰。

为了避免信号传输过程中的干扰和失真，也需要进行数模转换。

这些硬件设计中的每一个环节都需要进行细致的考虑和优化，在实际设计过程中需要根据实际的需求和条件进行选择和调整。

三、可穿戴心电监测系统的软件设计除了硬件设计之外，可穿戴心电监测系统的软件设计也是不可忽视的一部分。

软件设计主要包括信号处理、数据存储、界面设计等几个方面。

信号处理是整个系统的核心功能，其目的是将采集到的心电信号进行处理和分析，从中提取出有用的信息。

数据存储是整个系统的另一个重要功能，其目的是将采集到的数据进行存储和管理，方便后续的分析和查询。

智慧医院心电图系统设计方案

智慧医院心电图系统设计方案智慧医院心电图系统设计方案一、需求分析随着医疗技术的发展，现代医院对于心电图系统的需求越来越高。

智慧医院心电图系统的设计需要满足以下需求：1. 心电信号采集：系统能够实时采集病人的心电信号，并将其显示在监护仪上。

2. 心电数据传输：系统能够将心电数据传输到医生的电脑终端，并支持实时监控和存储心电图数据。

3. 心电信号分析：系统能够对心电信号进行分析，自动检测和诊断心脏疾病，提供有效的诊断结果。

4. 快速响应：系统能够在病人出现心脏紧急情况时，提供快速响应和告警功能，以便医生及时处理。

5. 数据共享：系统支持不同医院之间的数据共享，方便医生进行远程查看和诊断。

二、系统设计基于以上需求，我们设计了以下智慧医院心电图系统的方案：1. 硬件设备- 心电信号采集装置：负责采集病人的心电信号，将其转换为数字信号，并发送给监护仪。

- 监护仪：接收并显示心电信号，并将数据传输给服务器。

- 服务器：负责存储心电图数据，并进行分析和诊断。

- 电脑终端：医生通过电脑终端查看心电图数据，进行诊断和记录病人信息。

- 告警系统：监测心电数据，当心脏紧急情况发生时，发送告警信息给医生和护士。

2. 软件系统- 数据传输与存储：设计一个专门的数据库用于存储心电图数据，实现数据的实时传输和存储。

- 心电信号分析：设计算法对心电信号进行分析，检测心脏疾病，并自动诊断病情。

- 医生电脑终端应用：提供一个电脑应用程序，医生可以通过该程序查看和诊断病人的心电图数据，并记录病人信息。

- 远程访问与共享：设计一个远程访问系统，支持医生在其他医院通过网络查看和诊断病人心电图数据。

三、系统实施在系统实施过程中，我们需要考虑以下几个方面：1. 网络架构：建立局域网和互联网，确保心电图数据能够实时传输和存储。

2. 安全性保障：系统在数据传输和存储过程中要保证数据的安全性，防止数据泄露和篡改。

3. 系统集成与测试：各个硬件设备和软件系统的集成与测试，确保系统能够正常运行。

心电信号采集与心电波形实时显示模块的设计

摘要本课程设计心电信号采集和心电波形显示，采用AT89C51作为控制器，通过对人体标准三导联信号的采集以及放大滤波等处理，传至控制器实现数据的处理，进而在液晶屏上显示波形以及实现计算心率等功能，设计内容分为硬件部分和软件部分。

硬件部分由模拟采集部分和数字处理部分组成。

模拟采集部分由前置放大级、二阶高低通滤波器、光耦隔离、一级放大、50Hz陷波电路、增益可调二级放大组成，数字处理部分有AT89C51控制器、A/D转换、LCD160128液晶显示、按键处理模块、阈值报警等构成并且前置级浮地，数字电源和模拟电源分开供电，减少相应的干扰。

软件部分需要将单片机与ADC转化部分相连，在8位的ADC进行系统的配置后，进行数据的转化。

进行数模的转化。

通过建立坐标的方法进行波形的实时显示。

另外可以构建心率算法实现其他心率计算等其他功能。

设计完成后进行仿真，制作样机，软硬联调后测试预期的性能指标。

关键词：心电信号AT89C51 心电波形目录1.基本原理 (1)1.1心电信号的特点 (1)1.2心电检测的原理 (1)2.系统总体设计 (1)2.1系统总体框图 (1)2.2系统功能描述 (2)2.2.1 前置放大 (2)2.2.2 保护电路 (2)2.2.3 屏蔽驱动 (2)2.2.4 高通滤波 (2)2.2.5 一级放大 (2)2.2.6 光电隔离 (2)2.2.7 DC-DC转换 (3)2.2.8右腿驱动电路 (3)2.2.9 50Hz陷波器 (3)2.2.10 低通滤波器 (3)2.2.11 二级放大 (3)2.2.12 A/D转换 (3)2.2.13 阈值报警 (3)2.2.14 LCD显示 (3)3.系统模块设计 (4)3.1模拟电路设计 (4)3.1.1前置放大器设计 (4)3.1.2高通和低通滤波器、50Hz陷波器设计 (6)3.1.3一级放大和二级放大设计 (9)3.1.4光电隔离设计 (11)3.1.5 DC-DC转换设计 (12)3.2数字电路设计 (13)3.2.1 A/D转换和阈值报警 (13)3.2.2 LCD模块显示设计 (14)3.2.3数字电源设计 (15)3.2.4按键电路 (15)参考文献 (16)附录一：总原理图 (17)1.基本原理1.1心电信号的特点心电信号频率低，幅值微弱，常常混杂其它的生理信号。

心脏健康监测系统的设计与实现

心脏健康监测系统的设计与实现可以包括以下几个主要步骤：
1. 传感器选择：选择合适的传感器来监测心脏相关的生理信号。

例如，心电图（ECG）传感器可以用于记录心电图波形，脉搏波传感器可以检测脉搏波形，血氧传感器可以测量血氧饱和度等。

2. 数据采集与处理：通过传感器采集心脏相关的生理信号，并进行数据处理。

这包括信号滤波、噪声消除和数据压缩等步骤，以提高数据质量和准确性。

3. 特征提取与分析：从采集的生理信号中提取有用的特征，并进行进一步的分析。

常见的特征包括心率、心律失常、ST段变化等。

可以利用机器学习算法进行自动识别和分类，以及预测心脏疾病风险。

4. 用户界面设计：设计直观友好的用户界面，使用户能够方便地查看和分析监测结果。

界面可以包括实时心电图显示、报警功能以及记录和分享数据的能力。

5. 数据存储与云平台：将监测数据存储到数据库或云平台中，以便长期跟踪和分析。

通过云平台还可以实现远程访问和分享数据，方便医生和用户之间的交流和协作。

6. 安全和隐私保护：确保系统的安全性和隐私保护，采取合适的加密和身份验证措施，防止未经授权的访问和数据泄露。

7. 系统集成与验证：将各个模块进行集成，并进行系统级的验证和测试。

确保系统的稳定性、可靠性和准确性。

需要指出的是，心脏健康监测系统的设计与实现应遵循相关的医疗设备法规和标准，确保其安全有效地应用于临床和家庭环境中。

同时，与医疗专业人员的密切合作和反馈也是设计与实现过程中的关键因素，以确保系统能够真正满足用户的需求，并提供有效的心脏健康监护。

心电信号采集及系统设计

微弱信号检测课题报告心电信号采集—噪声分析及抑制指导老师：宋俊磊院系：机电学院测控系班级：学号：姓名：【目录】【摘要】 (3)第一章 (4)1.1人体生物信息的基本特点[1} (4)1.2 体表心电图及心电信号的特征分析[4] (5)1.3心电信号的噪声来源[7] (6)1.4 心电电极和导联体系分析 (7)1.4.1系统电极选择[8] (7)第二章硬件电路设计 (8)2.1 心电信号采集电路的设计要求 (8)2.2 心电采集电路总体框架 (9)2.3采集电路模块 (10)2.4 AD620引入的误差 (11)2.4.1 电子元件部噪声 (11)2.4.2集成运放的噪声模型： (13)2.4.3 AD620的噪声计算 (14)2.4.4 前置放大电路改进措施 (15)2.5 滤波电路设计 (17)2.6电平抬升电路[14] (20)2.7心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15] (21)结论 (22)附录：参考文献 (23)【摘要】心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。

在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。

在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。

针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。

设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。

人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。

为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。

运用一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，对心电信号进行测量。

关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，噪声分析第一章1．1人体生物信息的基本特点[1}人体的生物信号测量的条件是很复杂的。

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Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2020, 10(9), 1631-1638 Published Online September 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/csa https://doi.org/10.12677/csa.2020.109172

文章引用: 吴可翰, 吴沁然, 管娇艳, 韦欢, 王蓓. 心电信号在线检测和分析系统的设计与实现[J]. 计算机科学与应用, 2020, 10(9): 1631-1638. DOI: 10.12677/csa.2020.109172

心电信号在线检测和分析系统的设计与实现吴可翰1，吴沁然1，管娇艳2，韦欢1，王蓓1 1华东理工大学信息科学与工程学院自动化系，上海

2华东理工大学信息科学与工程学院计算机系，上海

收稿日期：2020年9月3日；录用日期：2020年9月17日；发布日期：2020年9月24日

摘要生物电信号诸如心电信号与人体健康状况息息相关。本课题以心电信号为研究对象，设计并实现了心电信号在线检测和分析系统。首先，采用了AD8232模块，实现心电信号的实时检测、滤波和放大；其次，分别采用差分阈值法和K-means算法对心电信号进行分析，计算得到心率变化；最后，设计了面向用户的人机交互界面，将检测到的信号和分析计算结果，实时反馈给使用者。

关键词心电信号，心率变化，在线检测和评估，可视化界面

The Design and Implementation of a Real-Time Detection and Analysis System for ECG Signal

Kehan Wu1, Qinran Wu1, Jiaoyan Guan2, Huan Wei1, Bei Wang1 1Department of Automation, School of Information Science and Engineering, East China University of Science

and Technology, Shanghai 2Department of Computer Science, School of Information Science and Engineering, East China University of

Science and Technology, Shanghai

Received: Sep. 3rd, 2020; accepted: Sep. 17th, 2020; published: Sep. 24th, 2020

Abstract The neurophysiological signals such as ECG (Electrocardiogram) are closely related to human health. 吴可翰等 DOI: 10.12677/csa.2020.109172 1632 计算机科学与应用

In this study, a real-time detection and analysis system for ECG is designed and implemented, with ECG as research object. Firstly, the AD8232 module is adopted to realize the real-time detection, fil-tering and amplification of ECG signals. Secondly, the difference threshold method and the K-means algorithm are used to analyze the ECG signals, and the heart rate variance is calculated. Finally, a user-oriented interface is designed to illustrate the detected signals and the analysis and calculation results for users.

Keywords ECG, Heart Rate Variance, Real-Time Detection and Analysis, Visualization Interface

1. 引言近年来，随着生活水平的逐步提高，青少年的身体素质却呈现下降趋势，大学生群体的心血管疾病发病率也在逐年上升，给个人及社会造成了沉重的医疗负担[1]。短时间内的剧烈运动往往会使得心脏承受巨大的压力，进而在体锻活动或体能测试中，对身体造成较严重的损伤。对青少年、青年的特殊群体，若能给予正确的健康指导和干预，帮助学生形成理想心血管健康行为，对心血管疾病的早期预防具有重大意义[2]。医院的高精度心电信号采集设备，价格昂贵、使用复杂且体积庞大，不适合个人使用。市面上已有的电子类产品具有便携性的特点，也具备了一定的心率辅助记录功能，但其附加功能也较多。与目前已有的产品不同，本文旨在有针对性地设计心电信号在线检测和分析系统，其主要功能包括了心电信号的实时获取，心率的在线分析与评估，并开发了人机交互界面，便于受试者知晓心率状况，也支持受试者保存波形，以便日后进行更深入的分析，全面了解自身的健康状况。

2. 系统的设计框架本文所设计的系统主要由心电信号的在线检测、心电信号的在线分析、以及面向用户的人机交互三部分所构成。系统的整体设计框架如图1所示，从AD8232模块获取心电信号，在MEGA328p芯片进行预处理，并在LCD1602中初步显示出心率。随后芯片将心电信号通过串口传输给上位机程序，上位机程序对心电信号进行波形预处理、波形绘制、特征提取等操作，将得到的心率分析结果显示在屏幕上反馈给受试者。

2.1. 心电信号的在线检测心电信号的在线检测部分通过AD8232模块来完成。AD8232心电检测模块是由亚德诺公司生产的一种常见的生物电信号调理模块，通过左臂、右臂、右腿三处的电极输入信号，获取被测者的心电信息。AD8232集一级放大、带通滤波、二级放大、电压抬升于一体，具有良好的小信号放大能力，其中专用的仪表放大器具有共模抑制功能，并能获得100倍以上的差模信号增益，较为适合生物电信号之类的小信号检测[3] [4]。在本课题中，我们选用了AD8232模块，将其作为主要的信号检测方式，用于心电信号的检测、滤波吴可翰等 DOI: 10.12677/csa.2020.109172 1633 计算机科学与应用

和放大。AD8232模块的电路设计如图2所示，在实验中将图中的LA、RA和RL引脚分别使用电极片连接在左臂、右臂和右腿处来获取心电信号，将图中的SIGNAL OUTPUT连接MEGA328p以输出心电信号。通常来说，心电信号的频谱集中于0.5~100 Hz。因此，利用一个下边带为0.5 Hz，上边带为40 Hz的带通滤波器可以初步实现频率筛选。其具体实际应用为：当LO+引脚和LO−引脚同时输出为低电平时读入信号。

Figure 1. A real-time detection and analysis system for EKG 图1. 心电信号在线检测和分析系统

Figure 2. Circuit design of AD8232 图2. AD8232 电路设计

2.2. 心电信号的在线分析 2.2.1. 心电特征图3给出了典型的心电信号波形，从中可以观察到QRS波段。其中，R点是心电图振幅最大的一点。识别R点并观察一个R-R间期(一般是0.6~1.2 s) [5]，也就能够得到QRS波在心电信号中出现的次数，即心跳次数。心率的常见单位是bpm，即一分钟心脏跳动的次数。吴可翰等 DOI: 10.12677/csa.2020.109172 1634 计算机科学与应用

Figure 3. Typical waveform of ECG 图3. 心电信号典型波形

一般认为心率在60~100 bpm区间内属于正常范畴[6]，但考虑到系统分析误差和不同人的身体素质差异，我们将最低心率的阈值稍稍降低一点，以保证测试结果的合理性。本课题中，我们将心率最低值设置为50。而运动时心率升高是一个显著特征，但是过高的心率会给我们的身体带来过多的负荷，不同人群运动时最高报警心率的差异非常大，这无法用简单地放宽阈值来保证合理性，因此我们会在进行实验分析前对受试者做分类，并对不同人群设置不同的最高值，其最大值选取标准参照表1，以此作为心率分析和评价的依据。

Table 1. Equations for calculating the maximum heart rate in different subjects [7] 表1. 不同受试人群的最大心率计算公式[7]

运动者状态最大心率计算公式健康男性训练 206 − 0.71 × age 健康男性非训练 212 − 0.775 × age 健康女性训练 216 − 0.88 × age 健康女性非训练 208 − 0.7 × age 非健康男性训练 198 − 0.41 × age 非健康男性非训练 209 − age 非健康女性训练 196 − 0.9 × age 非健康女性非训练 210 − 0.66 × age

2.2.2. 心率分析本文用两种方法对心率进行计算，差分阈值法和K-means算法。其中，差分阈值法主要用于在线分析环节；K-means算法主要用于后期的整体分析环节。在上位机中，心率的计算采取了差分阈值法。其具体处理方式为：将当前串口获取的数据与前一个获取的数据求差，当差分的结果大于某一预设数值且当前串口的数据也大于某一设定的阈值，则当前数据有可能是所要检测的R波波峰。为防止R波在上升过程中就已经超出设定阈值而导致系统误判，在找到可能是R波波峰的点后再进行一次判断，如果串口数值开始下降，则该点确实为R波波峰所在处。最后，计算得到R波波峰间的时间间隔，将其作为一次心跳的时间，即可推算出当前的瞬时心率。将实验过程中的心电信号保存后，可利用历史数据进行心率变化情况的整体分析。这里采用了