嵌入式技术及其在心电监护中的应用研究

论文摘要

随着国家经济发展,人们生活水平得到了大幅度提高。而生活水平提高正预示了心脏病患者的数量将会增加。心脏疾病已经成为威胁国人生命的主要疾病之一。因此对心脏活动的检测,以及异常活动后的实时诊断和报警尤为重要。国内所用的便携式心电系统大多是国外产品,其监护模式也是实时检测、读取、储存心电数据,定期交付监护中心进行检测,明显已经不能满足未来医疗技术发展的需要。本文根据现有心电监护系统得不足,引入了嵌入式系统技术设计了一种基于FPGA的两电极心电监护系统。系统以altera公司的EP2C8T144C8芯片为载体进行了以51IPcore为核心的集成芯片设计,据有性能强、功耗低、体积小等优点。主要内容如下:首先介绍了心电信号产生原理、心电图中各波段的意义和心电信号的提取方法,分析了心电信号的特点及其干扰因素。设计了心电监护系统的整个硬件电路,包括模拟电路、数字电路两大部分。以运放AD620和OP07设计了模拟电路中的前置放大电路、右腿驱动电路和后级放大电路,设计了0.05Hz高通滤波电路、100Hz低通滤波电路和50Hz陷波电路,用EWB软件进行了仿真,且用示波器实际检测了心电信号。以EP2C8T144C8芯片为载体,以8051ipcore为核心设计了集成的数字电路部分,对各模块进行了仿真。用c51设计了cpu控制程序和简单的诊断程序已经GPRS模块的控制程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 课题相关国内外研究现状
• 1.3 课题研究目的及其意义
• 1.4 本文研究工作的主要内容
• 1.5 关键技术及其实施方案
• 1.6 本章小结
• 第二章 有关心电信号和FPGA的基础知识
• 2.1 心电信号的产生原理
• 2.2 心电波形图分析
• 2.3 心电信号的特征
• 2.4 心电信号的干扰
• 2.5 心电电极选取、导联介绍以及两电极测量电路设计
• 2.5.1 电极选取
• 2.5.2 导联
• 2.5.3 右腿驱动电路及其抑制共模干扰的原理
• 2.6 心电信号的数字处理方法
• 2.6.1 平滑滤波器
• 2.6.2 简单整系数滤波
• 2.6.3 自适应滤波器
• 2.6.4 FIR滤波器
• 2.7 FPGA简介以及与ARM,DSP的比较
• 2.7.1 FPGA简介
• 2.7.2 FPGA与ARM、DSP的区别
• 2.8 Quartus2以及硬件描述语言介绍
• 2.9 本章小结
• 第三章 总体设计方案
• 3.1 总体设计流程
• 3.2 系统总体框图
• 第四章 测量、放大及滤波电路的设计
• 4.1 心电采集电路
• 4.1.1 信号采集前置放大电路
• 4.1.2 50Hz陷波电路
• 4.1.3 二阶巴特沃思低通滤波器
• 4.1.4 0.04Hz二阶高通滤波器
• 4.1.5 主放大器
• 4.2 实际测的心电波形
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于FPGA的IPCORE及接口设计
• 5.1 8051ipcore简介
• 5.2 MAX1106采样电路设计
• 5.3 FPGA内部硬件FIR滤波器
• 5.4 基于fir ipcore的滤波器设计
• 5.5 FPGA内部各模块的接口电路
• 5.5.1 外部RAM与8051ipcore的接口电路
• 5.5.2 8051ipcore向滤波器传输数据的接口电路
• 5.5.3 滤波器到8051ipcore传输数据的接口电路
• 5.5.4 分频器与三态门
• 5.6 GPRS模块M22A控制电路
• 5.6.1 M22A简介
• 5.6.2 M22A模块与单片机接口电路
• 5.7 本章小结
• 第六章 单片机程序设计
• 6.1 单片机主程序
• 6.1.1 定时
• 6.1.2 中断
• 6.1.3 串行口
• 6.2 MAX1106采样子程序
• 6.3 8051ipcore控制M22A发短信程序
• 6.3.1 AT指令简介
• 6.3.2 程序介绍
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果