复合型心脉无创检测传感器的研究与设计

论文摘要

心脏病和心血管疾病已经成为威胁人类体质健康的头号疾病。心脏病和心血管疾病是由心脏及血管的功能病变而引起的各类疾病的总称。随着科研技术人员和医疗工作者对心脏和心血管方面的不断深入研究,人类已经在这些方面取得了很大的突破,各种先进的医疗仪器已经被广泛的应用于临床,如心电监护仪,多功能的无创心功能检测仪,脉搏血压计等。但是这类仪器普遍具有价格昂贵,体积庞大,导联复杂,需要专业人员操作等各种不足,难以进入家庭医疗监护领域。家庭医疗心脉监护仪器的普遍要求是廉价,便携,简单易用,但是精度没有专业仪器要求高等特点。随着个人计算机的普及,研制一种基于个人计算机的集约化复合型心脉无创检测传感器,适用于家庭的实时病理监测是本文的主要工作。根据目前的医学理论和临床试验,在众多的体表信号中,心电信号、脉搏波信号和心音信号是最易测量也最具有临床参考价值的人体生物信号。因此,如何设计一种集成了可以同步检测心电信号、脉搏波信号和心音信号的一体化复合型心脉传感器是本课题的主要难点。本文介绍了一套体积小、重量轻和低成本的便携式复合型心脉无创检测仪的软硬件设计,该仪器基于USB数据传输。论文首先介绍了复合型心脉无创检测传感器的前端设计,分析了生物电信号的产生原理,提出了外围采集电路的解决方案,实现了从复杂的外围环境和较大的噪声及极高的共模电压中提取微弱生物电信号的方法；其次,针对MCU和前端传感器的数据通信,完成了硬件电路的设计和调试。此后设计了基于USB数据采集和通信的硬件电路,同时完成了MFC上位机编写及整机调试。该复合型心脉传感系统可以同时监测人体的心电信号、心音信号和动脉脉搏波信号,可通过USB接口实现数据的传输和三路信号波形的实时显示,通过提取到得数据计算心率指标。整个系统能够直观监测和反应人体的生理健康状况。论文最后对所做的工作进行了总结,对今后的研究工作展开了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 脉搏波的研究进展
• 1.2.2 心电,心音信号的研究进展
• 1.3 论文的主要工作
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文创新点
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 复合型心脉无创检测传感器的设计
• 2.1 心电传感器前端的设计
• 2.1.1 生物电测量电极
• 2.1.2 心电图的标准导联系统
• 2.1.3 心电传感器前端电路
• 2.2 脉搏波传感器的前端设计
• 2.3 心音传感器的前端设计
• 2.4 集约化的心脉无创检测传感器的前端设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 心脉信号的数字化处理
• 3.1 心脉无创检测传感器的AD转换电路
• 3.1.1 AD转换器的类型和主要技术指标
• 3.1.2 AD0804的转换电路
• 3.2 MCU控制电路
• 3.3 USB数据采集电路的软硬件设计
• 3.3.1 USB接口的概述
• 3.3.2 USB开发类型及流程
• 3.3.3 USB数据采集卡的软硬件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 数字滤波及心率的计算
• 4.1 数字滤波
• 4.2 基于ECG波形的心率值的计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于MFC的心脉监测上位机的设计
• 5.1 引言
• 5.2 Windows程序的内部运行机制
• 5.2.1 API与SDK
• 5.2.2 Win32程序的基本流程
• 5.2.3 基于MFC的程序框架
• 5.3 基于MFC心脉监测软件的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果
• 6.1 整机系统
• 6.2 软件系统运行结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录