基于USB2.0接口的新型脉搏波检测系统设计

论文摘要

人体脉搏波包含了许多重要的生理和病理信息,尤其是与人体心血管系统相关的信息,所以它是生物医学检测中的一个重要的生理指标。中外医学对脉搏的研究都很重视。因此,对脉搏波的准确、快速而方便地检测,成为临床医学中的一个非常重要的研究方向。而高质量脉搏信号的获取和有效的脉搏信号处理方法对与疾病相关的参数的计算分析起着决定性的作用。本文在研究脉搏波的产生和传播的机理的基础上,开发了一套基于USB2.0通信接口的新型脉搏波检测系统,并对系统进行了测试。主要工作内容如下:（1）根据人体桡动脉的结构和中医脉诊理论,设计了一套新型三触点脉搏波传感器。该传感器采用压电原理,选用新型压电薄膜材料PVDF（聚偏二氟乙烯）设计了换能器,并结合了前端电荷放大器,用于对脉搏波的准确检测。（2）设计并开发了用于脉搏波信号调理的多级放大和滤波电路,以及以AT89S52单片机为核心的数据采集电路和以支持USB2.0接口标准的CH375芯片为核心的USB接口电路,并完成了单片机固件程序的编写,用于前端数据采集和后端的数据通信。（3）以Visual C++6.0软件为平台,设计并开发了脉搏波检测与分析系统应用软件,用于对脉搏波数据的读取、分析、波形描述和保存,以及病员信息登记、保存、查询。（4）分别在单片机和计算机里运用数字滤波算法对脉搏波信号进行滤波处理。用MATLAB软件设计了FIR数字滤波器,对读取的数据进行滤波处理,有效降低了噪声干扰,提高了信噪比。本检测系统外围电路采用大量贴片封装的芯片,体积小、重量轻、便于携带。通过USB口进行供电,不需要外接电源,并可以进行脉搏波的动态实时测量,是一种极具发展潜力的新型脉搏测量系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 脉搏波介绍
• 1.1.1 脉搏波的产生与传播
• 1.1.2 脉搏波的波形特征
• 1.1.3 脉搏波研究的临床意义
• 1.2 脉搏波检测仪器的研究现状
• 1.2.1 压力脉搏波与容积脉搏波
• 1.2.2 本仪器研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 脉搏波传感器设计与USB 接口开发方法
• 2.1 脉搏波的测量
• 2.1.1 生物医学测量技术与人体测量的特点
• 2.1.2 脉搏波的测量范围及其噪声
• 2.1.3 脉搏波的测量仪器技术指标
• 2.2 压电材料的选取
• 2.2.1 压电效应与压电材料
• 2.2.2 压电高聚物PVDF 材料
• 2.3 传感器的制作
• 2.3.1 PVDF 压电薄膜的处理
• 2.3.2 电荷放大器的设计
• 2.3.3 传感器的制作
• 2.4 USB 接口开发
• 2.4.1 USB 系统概述
• 2.4.2 USB 接口特点
• 2.4.3 USB 的数据传输和开发流程
• 第三章 检测系统设计
• 3.1 总体结构设计
• 3.1.1 全系统结构图
• 3.1.2 芯片的选取
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 信号调理模块设计
• 3.2.2 数据采集模块设计
• 3.2.3 系统接口模块设计
• 3.2.4 电源管理模块
• 3.2.5 系统电磁兼容性设计
• 3.3 软件总体设计
• 3.3.1 固件程序开发
• 3.3.2 USB 驱动程序
• 3.3.3 客户端应用软件开发
• 3.3.4 开发流程与实现
• 第四章 脉搏波信号的分析与处理研究
• 4.1 脉搏信号的噪声分析
• 4.1.1 脉搏信号的噪声分析
• 4.1.2 模拟滤波器与数字滤波器的比较
• 4.2 脉搏信号的数字滤波
• 4.2.1 滑动算术平均值滤波法
• 4.2.2 FIR（有限长冲击响应）滤波器法
• 4.3 脉搏波的分析方法
• 4.3.1 特征点分析
• 4.3.2 其它分析方法
• 第五章 系统的调试与验证
• 5.1 系统的硬件调试
• 5.2 系统的软件调试
• 5.3 全系统调试与验证
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间取得的研究成果