便携式心电图仪器设计
心电图数据采集系统设计

目录摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1引言 (3)1.2 本课题研究意义 (3)第二章本课题主要硬件设计内容 (10)2.1心电信号采集 (11)2.1.1带通滤波电路 (13)2.1.2工频陷波电路 (14)2.1.3主放大电路 (15)2.1.4 A/D转换 (16)2.1.5 ADC0809内部功能与引脚介绍 (16)2.1.6 AT89C51与ADC0809的接口 (18)2.1.7 时钟源设计 (19)2.1.9 复位电路设计 (19)1.1.10 显示电路 (19)第三章系统主要程序设计 (20)第四章系统原理图 (26)总结 (27)参考文献 (28)摘要心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。
据统计,心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病,世界上心脏病的死亡率仍占首位。
因此,对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视,准确地进行心电信号提取,为医生提供有效的辅助分析手段是重要而有意义的课题。
随着电子技术的迅速发展,医用心电信号采集系统近年来己在临床诊断中逐渐应用。
首先,设计心电采集模块,包括心电前置放大器、带通滤波电路、线性光耦放大电路、50 Hz陷波电路、35 Hz陷波电路及电平抬升电路,A/D 转换电路输出显示电路等。
其次,由于越来越多的研究者发现心电图中变化与大多数心血管疾病都有着紧密的联系,因此,本课题设计了心电信号检测方法,包括心电信号的采集,放大以及波形的液晶显示。
在论文当中,设计的电路能够有效的抑制了各种干扰,检测出良好的心电信号。
论文的研究工作基本上达到了设计的要求,为进一步的产品开发打下了良好的基础。
关键词:心电信号;数据采集;A/D转换;单片机;LCD显示第1 章绪论1.1 引言心电信号是人类较早研究并应用于医学临床的生物电信号之一,它比其他生物电信号更易于检测,并具有一定的规律性。
自1903 年心电图引入医学临床以来,无论是在生物医学方面,还是在工程学方面,心电信号的记录、处理与诊断技术均得到了飞速的发展,并积累了相当丰富的资料。
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。
一种无线便携式心率血氧检测仪的设计

Design of a Wireless Portable Heart Rate and Blood
Oxygen Detector
作者: 杨森杰[1];林锦锋[1];马凯创[1];邱斌[1]
作者机构: [1]桂林理工大学信息科学与工程学院,广西桂林541004
出版物刊名: 科技创新与应用
页码: 47-49页
年卷期: 2020年 第28期
主题词: 心率;血氧饱和度;无线便携;智能化
摘要:心率与血氧含量是反映人体健康的关键生理指标,传统心率血氧检测仪存在穿戴不方便、抗干扰能力差以及智能信息化不高的局限性。
针对以上不足,设计一种基于STM32微处理器和Android系统的便携式无线传输心率血氧检测仪,该系统采用MAX30102传感器实现人体生理血氧和心率信号的采集,通过STM32F103C8T6单片机对信号进行实时采样及信号处理,通过
ESP8266 WiFi模块构建无线传输网络,利用Java语言在Eclipse平台设计APP上位机用于心率血
氧生理数据的实时显示与存储,方便用户实时了解自身的生理参数变化及便于对生理数据进行后
期分析研究。
实验结果表明,该系统APP上位机能够远程无线接收并实时显示心率血氧数据曲线,智能化水平较高并具有较强的实用性。
基亏MSP430F1611的便携式12导心电数据采集系统设计

多道 心 电 图机 , 可连 接 至 电脑 对 数 据 处 理 显 示 、 印 、 析 及 诊 断 , 大 方便 心 电 图检 测 。 并 打 分 大
关 键 词 : 电 图 ;MS 4 0 6 1 P ;I 心 P 3 F1 1 ;S I 2 C;A D 转 换 ;便 携 式 /
中 图分 类 号 : H 7 . T 7 22
第 1 7卷
V0 .7 11
第4 期
No4 .
电子 设 计工程
El cr nc De in En ie rn e to i sg g n e ig
20 0 9年 4月
Ap .0 9 r2 0
2导 心 电数据 基亏 MS 4 0 1 1 P 3 F 6 1的便携 式 1 采集 系统 设 计
Z HENG Xiowa a - n,L Yu -e g V np n ,MA Jnz o g i—h n
(o c 如 o hs a Si c n nier g Z eghuU i ri, h nzo 50 1C ia fP yi l c n eadE gnei , hnzo n esy Z eghu4 0 0 , hn ) c e n v t
郑 晓婉,吕运 朋, 马金 中
( 州 大 学 物 理 工 程 学 院 河 南 郑 州 4 00 ) 郑 5 0 1
摘 要 : 对 目前 静 态心 电 图机 体 积 较 大 , 针 不便 于 携 带 出诊 的 问题 , 计 一 种 基 于 MS 4 0 1 1 设 P 3F 6 1的 便 携 式 l 2导心 电数
Ab t a t Co sd rn h r b e t a h G sto l r e t oe t e a q ii o y tm f1 -e d EC d t s d o sr c : n i e g t e p o l m h t e EC i o a g o t t, h c u st n s se o 2 l a G aa b e n i t i
基于JAVA手机便携式心电监护分析仪的ECG信号采集模块设计

基于JAVA手机便携式心电监护分析仪的ECG信号采集模块设计李远;蒋稼欢;章毅;唐俊铨;刘玉梅【摘要】目的:设计一种基于JAVA手机的便携式心电监护仪的心电信号采集模块.方法:心电采集模块采用低功耗51单片机为控制核心,通过心电信号的采集、放大、滤波、A/D转换以及红外通讯接口5个模块,实现心电信号的采集及与JAVA移动手机之间的通信.结果:设计的采集模块具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、增益可控等优点,可实现心电信号无失真采集和与手机间进行红外线通信.结论:该心电信号采集模块成本低、体积小、耗电少,适合患者自身携带和医务工作者使用.%Objective To design an ECG(electrocardiogram) acquisition module of JAVA cell phone-based portable ECG monitoring analyzer. Methods The functions of this acquisition module included ECC signal collecting, amplifying, filtering, A/D conversion and infrared data communication, which were controlled by the low-power-consumed 51 series microcontroller and achieved the ECG signal collation and communication with JAVA cell phone. Results This module showed the features of high input impedance, high common mode rejection ratio(CMRR) lower noise and controllable amplifying multiple, which could achieve the functions of ECG distortion-free collection and infrared data communication with telephone. Conclusion The system has the advantages of lower cost, small volume, low power consumption and being easy to carry .【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2011(032)001【总页数】5页(P18-22)【关键词】心电监护;单片机;红外数据通信;手机【作者】李远;蒋稼欢;章毅;唐俊铨;刘玉梅【作者单位】400030,重庆,重庆大学生物工程学院;402160,重庆永川,重庆医科大学附属永川医院中心实验室;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH772.2Abstract ObjectiveTo design an ECG(electrocardiogram)acquisition module of JAVA cell phone-based portable ECG monitoring analyzer.MethodsThe functions of this acquisition module included ECG signalcollecting,amplifying,filtering,A/D conversion and infrared data communication,which were controlled by the low-power-consumed 51 series microcontroller and achieved the ECG signal collation and communication with JAVA cell phone.ResultsThis module showed the features of high input impedance,high common mode rejectionratio(CMRR)lower noise and controllable amplifying multiple,which could achieve the functions of ECG distortion-free collection and infrared data communication with telephone.ConclusionThe system has the advantagesof lower cost,small volume,low power consumption and being easy to carry.[Chinese Medical Equipment Journal,2011,32(1):18-22]Key words ECG monitoring;singlechip;infrared data communication;cell phone随着科技的进步和社会的发展,现代医疗已从过去的疾病治疗转为预防、保健和提高身体素质[1]。
便携式医疗监护仪数据采集终端的设计

便携式医疗监护仪数据采集终端的设计
于仁师;侯大成;李静
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2007(000)010
【摘要】介绍了一种基于单片机C8051F300控制的便携式医疗监护仪数据采集终端的硬件设计.主要包括:心电、脉象、体温的数据采集、数据处理及其显示.本系统分别采用普通的Ag/AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器分别采集心电信号、脉象信号和体温信号.并通过干扰抑制电路、滤波放大电路,获取清晰的生理参数信号.经实验证明,该终端可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理参数数据,并可以完成短距离内的无线通信与数据显示.
【总页数】4页(P38-41)
【作者】于仁师;侯大成;李静
【作者单位】莱阳农学院信息学院,山东青岛266109;山东航空集团信息技术中心,山东青岛266109;青岛科技大学自动化学院,山东青岛266042
【正文语种】中文
【中图分类】TN3
【相关文献】
1.便携式医疗监护仪数据采集终端的设计 [J], 李静;杨洲
2.便携式医疗监护仪器网络化接口的设计 [J], 张明;王礼平
3.基于ZigBee的便携式数据采集终端的设计 [J], 冯乐雯
4.便携式医疗监护仪的研制 [J], 吕英俊;杨雪
5.一种便携式数据采集终端的设计与实现 [J], 黄鹏良;陈钟荣;李杰
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便携式心率监测仪文献

文献综述一、目的和意义便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。
未来,还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。
多年来,心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用,它们所记录的心脏活动时的生物电信号,已成为临床诊断的重要依据。
目前,检测心率的仪器虽然很多,但是体积大,功耗大,不易于携带。
有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差,开发成本高,价格昂贵,即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。
如果心率监测的仪器能够做到体积小,制作成本和销售价格低、操作简单,能被普通家庭患者接受,这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。
因此,设计一种成本低廉,可随身携带,可长时间记录,显示和存储心率值,可和微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。
基于此,本文探究研发了一种体积小,操作简单,适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。
二、国内外现状心电监护(ECG Telemonitor)的历史,可以追溯到上世纪初。
1903年,“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线,记录了世界上第一份完整人体心电图,这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。
其后数十年间,伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行,心电采集和监测技术得以迅猛发展。
最早,医务人员对ECG的监测和需求,是从危重病人抢救开始的。
1933年Hooker首次进行实验动物心脏复苏,通过密切观察心脏跳动状况,来总结和判断病人的危重抢救效果。
1943年Claude Beek首次在手术室内实施电除颤,开始ECG的监测和临床应用。
1952年Zoll首次推出心脏起搏术,通过对心脏功能未完全恢复的病人进行起搏、监护,使病人得以康复。
1956年体外除颤仪问世,提高了危重病人抢救的存活率。
1960年Kauwenhoven报道胸外心脏按摩有效,心脏复苏技术日渐成熟。
1960年研发的持续床边ECG监测仪,能够适时不断地监护病人的ECG状况,使得心脏病人及危重病人得以密切和连续的被观察,同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连续的分析和判断。
基于OMAP3530的远程心电监护系统设计

邮局订阅号:82-946120元/年技术创新测控自动化《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于OMAP3530的远程心电监护系统设计Design of a remote ECG monitor system with OMAP3530(兰州大学)马建林张少华郭淼马义德MA Jian-lin ZHANG Shao-hua GUO Miao MA Yi-de摘要:本设计以远程、无线心电监护为背景,依托TI 的双核处理器OMAP3530设计了一种远程便携式无线心电监护系统。
该系统能完成日常心电监护、心电信号分析与报警、心电数据的存储与查询等功能。
系统利用电信CDMA 网络,在任何有该类网络覆盖的区域均可以正常工作。
关键词:心电检测;OMAP3530双核处理器;远程监护;便携式监护系统中图分类号:TP368文献标识码:B Abstract:In this paper,an ECG monitoring system was designed based on TI's OMAP3530dual-core processor.The key points ofthe system were remote,wireless and portable.Routine ECG,ECG analysis,ECG alarm,ECG data storage and ECG data query can be realized by this proposed system.It operates in any situation where CDMA network exists.Key words:electrocardiogram(ECG)detection;OMAP3530dual-core processor ;remote monitoring ;portable monitoring system文章编号:1008-0570(2012)10-0091-02引言近年来,随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快、饮食结构的改变以及人口老龄化问题的加重,心血管疾病的发病率迅速上升,已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。
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便携式心电图仪器设计
现代科学的发展,导致越来越多人开始重视自己的身体健康,他们往往会想在空余时间使用健身运动等方式来锻炼自身。
你会发现,在健身房中健身达人或者是教练都会叮嘱新手去关注自己的心率节奏。
一般来说,人的激烈的锻炼会造成心脏血压的上升,心率变化从而加剧。
而心率恰恰就作为人们运动的警戒和灯塔,运动状态下,心率的平稳状态、是否处于正常范围内都是健身人士应该注意的地方,不管你健身的目的是为了什么,而这更多的是与自身体重、体制等的相关。
与此同时,心率的表现也能让人们能及时发现身体的异样。
心率不定往往会造成。
心脏、心血管等疾病。
但往往是如此致命的病,检测其的方式就很简单。
而心率检测的作用,就是作为一个实时监控并且在危急时刻能警报你的装置,由此可得出便携式心电图仪对人们的作用十分重要。
在系统设计上,本设计采用了以STM32芯片中的F103系列芯片来作为总处理终端,在通过BUTTERWORTH滤波等之后将放大的心率信号进行除杂、去噪,也相对的对电路进行了优化。
用一块OLED屏幕将个人的动态心率进行纪律以及同步在屏幕中显示出来,其显示的内容将包括心率的单独显示已经更显而易见的图标模式。
利用心跳脉搏波形的特点以及心电图的基础将平均心率计算出来,从而展示出心率的“脉象图谱”。
一、总体设计
该设计在基于STM32控制板外,另一个主要的板块就是做到如何去采集到心率数据的样本。
采用MAX30102,其在简易便携式心电图仪中使用量非常的大,是一个优质的心率监测器传感器。
MAX30102利用其本身含有的LED和光电检测端来检测信号的接收,以显示心率数据。
1.1心率脉象图谱原理及实现
1.1.1 心电图
当人体血液流动进入心脏时,血液的流向以及血压都会对心脏内壁造成压迫,从而使心脏肌肉形成了周期性的收缩与放松。
而脉冲信号就是由于心脏肌肉收缩,并且在左右压差下传递产生的周期性的电信号。
但是人体是一个导体,并且心脏
脉冲也会血液中产生传播规律,而这就是脉搏的产生。
1.1.2 心率的算法
通过肌肉收缩和放松造成了的血液流通管道的搏动以及血浆压力的周期性变
化时,可通过在身体某些部位放置一个电极来实现,
心率的计算方式为在得到两个相邻峰的值之间的差值之后,需要进行心率换算。
将每秒心率换算成每分钟心率,每分钟心跳的公式是:
每分钟心跳= 心率间隔(s)*60
1.1.3 脉象图谱的分析方法
采用时域分析法还原心率值的准确测量,该方法是指在某时段将该一数据样
本波形进行主观性的分析。
在分析层面主要是弄清楚波型运动幅度的高度跟心率
脉动的时相之间的相性关系。
将会在波形的两个最值峰之间的差值、对应变量时
间(t)、心率脉象图是收缩面积以及其舒张期面积的不同等上收集到相关的资
料进行分析比对,会更贴近心脉图的自然生成。
1.1.4 脉图的判别方法
脉图的判读方法有多种。
每个时间段内都指代了不一样的内容,比如在一个
心脉跳动周期t内,将波形的不同形态分为t1、t2、ts等。
心脏整个收缩放松
的时期分为4个部分,t4心脏处于收缩阶段,而t5则处于放松阶段。
在心脏内
室血液流入动脉时,我们用t1来表示,这段时间脉图沿y轴快速上升,直到最
高峰,这段波幅被称之为主波幅;这时心脏跳出射血期,血管压强降低,波形沿
y轴开始缓慢下降,到达途中W点处时,正好是距离整个波幅2/3的高度。
随后
由于少量血液倒流造成的其他波幅类似于h3都是比较重要的波幅凸起。
在心脏
还是处于舒张期时,也就t5阶段,会在两个阶段中间形成一个落差低估,也就
是图中的h4。
随后缓慢的波形凸起与降中峡高度只差则被称之为重拨。
另外,整个t4时期的面积在图中用As表示了,t5时期则用Ad表示。
1.1.5光电容积脉搏波(PPG信号)
PPG信号的生成与人的皮外组织的部分不可被吸收光线有关,这部分光线在日常状态下都是在皮肤上造成漫反射自然流失。
该信号的的显示就跟心电图波形相似,由各种信号波形组成。
我们从下图的信号采集图中可以观察到,电信号的穿透有交直流周期交替显示,随着时间的流逝,这个周期性的电信号被相关接收器接收了之后会形成的连续信号便是我们称为的PPG信号。
当中的交流信号部分就是我们日常能感受到的心跳信号,能清晰的看到一高一低的峰值[10]。
二、硬件选型
2.1 MAX30102心电模块
MAX30102是一个经过多重优化的优秀传感器,能测量心率等多样信息。
在结构上,MAX30102包含了检测模块和数据处理模块,检测模块下拥有LED、数据接收器等部分,数据处理部分主要包含了寄存器、数据传输等。
在该系统中,便利用了MAX30102对样本进行心率检测并进行数据处理。
给MAX30102提供的工作电压根据其工作书显示应为1.8V和3.3V,并可以通过软设备对其进行供电,待机电流可以忽略不计。
这种情况下,能允许电源始终保持连接状态。
2.2 OLED显示
与传统的屏幕显示技术是需要用到TFT背光玻璃板才能运行不一样,OLED屏幕显示的原理是利用了有机电激光显示。
它的显示是利用一块涂抹有有机涂料的玻璃片,利用电流流过形成的感应造成类似于LED一样的发光显示。
这个基础上不会像传统显示屏一样笨重,在工艺上做到更小、更省、更好。
在另一个角度上来理解,就相当于省下了更多的资源。
OLED被广泛的运用在有屏电子产品中,它的轻便性、可视性以及低成本低耗的高品质是LCD所不能媲美的。
2.3蓝牙模块
HC-05蓝牙模块有适用性强,数据传输性能较好的特点。
一般的厂商在其低
价且易融入板子的情况下会大量应用该模块。
在在本系统中,蓝牙可以通过串口
从而在电脑上进行简易的数据显示。
2.4数据读取流程
数据读取基本是靠中断引脚触发主控芯片中断,触发中断后由主控芯片进行
读取MAX30102的中断寄存器,从而判断是由哪个触发。
例如温度中断就读取温
度值,过一段时间再发送采集温度指令然后过一段时间产生中断,这样重复进行。
心电不用发送指令,当FIFO数据快满了后就会发出中断提醒单片机读取,进入
待机和省电模式将会关闭这些功能。
结论
在这个系统设计上,采用了以STM32芯片中的F103系列芯片来作为总处理
终端,在通过BUTTERWORTH滤波等之后将放大的心率信号进行除杂、去噪,也相
对的对电路进行了优化。
数据显示方面将用到一块OLED屏幕将个人的动态心率
进行纪律以及同步在屏幕中显示出来,其显示的内容将包括心率的单独显示已经
更显而易见的图标模式。
利用心跳脉搏波形的特点以及心电图的基础将平均心率
计算出来,从而展示出心率的“脉象图谱”。
在设置MAX30102的手指检测上,当其固定不稳时,检测到的数据是除此之外,系统中对于信号处理部分并没有做到过于完美以至于会出现信号断崖式中断
的状态。
在检测过硬件保证其正常性下把该以原因定在软件系统设计的不完善上。
言下之意,该系统的改进空间十分大,现阶段缺陷还是会有很多,包括其精密程度,稳定程度等都仍需要有所优化。
参考文献
[1]陈景霞,肖琳,路铭.基于STM32 NUCLEO的便携式心电图仪设计.现代信息
科技 2019 (3):150-151,154.
[2]涂颖,刘会衡.基于STM32的心率实时监测系统.电子制作.2019.(7):11-
13
[3]陈孝英, 杨济民.基于STM32心电便携式心电图仪的研制[J].电脑知识与技术(15).
[4]刘劲松,朱纯午,杨莉.一种基于STM32和PPG技术的腕戴式心率计设计.
电子技术应用 2016.42.(10):62-64,68
[5]王毅,杨志,黄晓英,聂云浩,徐建.基于STM32单片机的人体心率采集系统.电子世界.2016. (20)P51-52
基金项目:2022年哈尔滨剑桥学院大学生创新创业训练计划项目(项目编号X202213303125)阶段性研究成果。