基于USB和小波变换的心电信号采集系统研究

论文摘要

随着计算机技术的飞速发展,计算机在医疗领域的应用越来越受到重视,研究新一代医疗监测仪器愈来愈为重点科研部门和生产厂家所特别关注;高速串行总线USB2.0技术已相当成熟,已经成为普通计算机的标准配置。应用USB2.0接口技术研制出能与计算机相连(即插即用)、实现对生物医学数据分析处理的便携式医疗监护仪器,使以往只能在大医院集中使用的医疗仪器普及到基层小医院甚至到家庭,对提高人民的健康水平具有十分重要的意义。本论文设计了一套基于USB2.0通讯的数字化心电仪,来探索医学生理信号采集高速、便捷的技术方案;并对采集到的心电信号进行软件处理,为专项数字医疗检测仪器的开发奠定基础。论文对标准I导联心电图测量做了比较详细的说明,详细讨论了以单片机为控制核心、采用USB2.0接口、A/D转换进行高速数据传输的数字化心电仪设计方案,并给出了详细的设计流程;根据心电信号的特点,本文采用了小波变换去除噪声和平滑滤波去除基线漂移;讨论了阈值消噪的原理,并进行了平滑滤波器的设计,最后利用Matlab对经数字化心电仪采集保存到PC机中的心电信号进行了仿真。实验表明基于小波变换的阈值消噪与平滑滤波比较好地达到了要求。该数字化心电仪的采样及USB通讯部分可以配合其他相应的传感器,如血压传感器、脑电传感器等,实现医疗数字化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 心电信号采集的意义
• 1.2 USB与小波变换的发展概况
• 1.2.1 USB的发展现状
• 1.2.2 小波变换的发展现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.3.1 总的构想
• 1.3.2 具体的设计工作
• 第2章 模拟模块设计
• 2.1 心电信号的产生原理和心电图特征
• 2.1.1 心电信号的产生原理
• 2.1.2 心电图及心电图特征
• 2.1.3 心电信号的特点
• 2.2 心电信号前端处理
• 2.2.1 心电图导联系统的发展
• 2.2.2 常规心电图导联系统
• 2.2.3 心电输入电极
• 2.2.4 防颤与限流
• 2.3 模拟信号处理
• 2.3.1 前置放大电路
• 2.3.2 阻容滤波放大电路
• 2.3.3 调压放大电路
• 2.3.4 50Hz工频陷波器
• 2.3.5 电源部分
• 2.4 本章小结
• 第3章 数字模块设计
• 3.1 概述
• 3.2 USB2.0接口芯片AN2131QC电路设计
• 3.2.1 AN2131QC芯片的主要功能特点
• 3.2.2 AN2131QC芯片使用要点
• 3.3 AN2131QC内置8051单片机功能选用及配置
• 3.3.1 AN2131QC内置8051单片机简述
• 3.3.2 8051单片机控制AN2131QC与AD转换软件流程
• 3.4 AD9842部分电路设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 上位机接收数据及处理
• 4.1 USB驱动程序
• 4.1.1 USB驱动模型
• 4.1.2 使用Driver Studio开发USB驱动
• 4.1.3 使用Visual C++编译驱动程序
• 4.2 上位机应用程序
• 4.2.1 打开关闭设备
• 4.2.2 调用设备IO接口
• 4.2.3 数据的保存
• 4.2.4 数据显示
• 4.3 本章小结
• 第5章 小波变换去除心电信号基线漂移与噪声
• 5.1 小波变换理论介绍
• 5.1.1 小波变换与多尺度分析理论
• 5.1.2 Mallat算法
• 5.2 小波变换用于去除心电信号噪声
• 5.2.1 小波函数的选取方法研究
• 5.2.2 小波变换阈值滤波方法研究
• 5.3 小波变换滤除基线漂移
• 5.3.1 平滑滤波的数学原理
• 5.3.2 滤波实现方法
• 5.3.3 仿真与结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录