基于嵌入式系统的便携式心电监护系统的研制

论文摘要

心血管疾病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。在我国,因心血管疾病致死人数占死亡总人数的44%。而心电(ECG)监护系统可有效检测小概率异常心脏活动,对心血管疾病的预防、诊断和治疗具有重要意义。传统心电监护仪因其体积大、功耗高、无法随身携带、监护费用高昂等特点,而存在较大的应用局限性。便携式心电监护系统的大范围普及有助于促进心血管疾病的防治及康复工作。本文针对市面上便携式心电监护系统的不足,提出了一款具有三种工作模式:动态心电监护模式、床侧心电监护模式以及远程心电监护模式的便携式心电监护系统总体设计方案。并对该系统中最为重要的便携式心电监护仪的软硬件设计开发工作进行了详细说明。本文所设计的便携式心电监护仪基于ARM7内核的嵌入式系统,实现了心电信号实时采集、放大、存储、传输、心率计算、5种常见心律失常诊断以及自动与手动设置报警功能。便携式心电监护仪采用键盘进行命令输入,LCD显示屏进行图形用户接口(GUI)界面显示,SD卡接口和以太网接口实现心电数据传输。便携式心电监护仪硬件部分采用3.3V电压的供电方案,大幅降低系统功耗;软件部分设计了改进的R波检测差分阈值算法,提高了心率计算模块的可靠性。在便携式心电监护仪原型机制作完成后,本文对其各项功能进行了相应测试工作。测试结果显示,该便携式心电监护仪较好的满足了系统设计要求,各项功能正常、性能良好。最后,对本文相关研究工作进行了总结,并给出了今后可行的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 系统总体设计方案
• 2.1 体表心电信号医学基础
• 2.1.1 心电导联
• 2.1.2 典型心电信号波形
• 2.1.3 心电信号主要干扰与噪声
• 2.2 系统设计要求
• 2.2.1 心电信号处理相关性能指标
• 2.2.2 便携性设计要求
• 2.2.3 其他设计要求
• 2.3 系统总体设计方案
• 2.3.1 系统功能描述
• 2.3.2 系统组成结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 嵌入式系统硬件设计
• 3.1 嵌入式系统选型
• 3.2 模拟电路设计
• 3.2.1 心电电极与导联线
• 3.2.2 前置放大电路
• 3.2.3 右腿驱动电路
• 3.2.4 后级放大与高通滤波电路
• 3.2.5 低通滤波电路
• 3.2.6 工频陷波电路
• 3.2.7 电平提升电路
• 3.3 数字电路设计
• 3.3.1 嵌入式最小系统
• 3.3.2 ADC电路
• 3.3.3 键盘控制电路
• 3.3.4 蜂鸣报警电路
• 3.3.5 LCD控制电路
• 3.3.6 SD卡接口电路
• 3.3.7 以太网接口电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式系统软件设计
• 4.1 嵌入式操作系统
• 4.1.1 嵌入式μ CLinux 开发环境
• 4.2 设备驱动程序设计
• 4.2.1 字符设备驱动程序
• 4.2.2 块设备驱动程序
• 4.2.3 网络设备驱动程序
• 4.3 应用程序设计
• 4.3.1 按键处理程序
• 4.3.2 GUI界面程序
• 4.3.3 心电采集模块
• 4.3.4 数据存储模块
• 4.3.5 心率计算模块
• 4.3.6 心律失常诊断模块
• 4.3.7 蜂鸣报警模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统功能测试
• 5.1 系统测试环境
• 5.2 系统功能测试
• 5.2.1 键盘输入与GUI界面测试
• 5.2.2 心电实时采集与存储测试
• 5.2.3 心率计算及心律失常诊断测试
• 5.2.4 心电数据传输测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢