单片机串行通信接口技术的心电监护仪硬件设计
目录
1.绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2国内外研究的现状和发展趋势 1
1.3本文研究的主要内容 2
1.4本文研究的目的 2
1.5论文的主要章节安排和总体框图设计方案 2
2. 相关硬件模块设计方案 4
2.1心电图基本知识 4
2.1.1心电波形产生的机理 4
2.1.2心电信号波形特点 5
2.1.3移动环境心电监测常见干扰 6
2.1.4心电图导联 6
2.2心电图采集模块设计 8
2.2.1心电采集模块结构 8
2.2.2前置放大电路 8
2.2.3带通滤波及主放大电路 9
2.2.4陷波和电平抬升电路 12
3.心电控制控制模块设计 14
3.1微处理器的选型及最小系统设计 14
3.2 A/D采样模块 16
3.3 复位电路 17
3.4 时钟电路 18
3.5 LED显示模块 18
4心电无线传输模块设计 19
4.1蓝牙通讯 19
4.1.2蓝牙模块的选定与优点 19
4.1.3 蓝牙硬件模块工作方式 20
结论 22
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1.绪论
1.1 研究的背景及意义
心脏是维持生命的重要器官，维持正常的新陈代谢。根据世界卫生组织统计每年，每年约有1750万人死于心血管疾病。中国多年心血管病，发生率高，持续增长，并有年轻化的倾向。据统计，我国心血 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
管疾病目前是人们正在遭受高达28亿人，怎么早期发现以及有效治疗心脏病是广大患者和医护人员共同关心的问题。
记录心电图心肌电位的变化可以发现不同的疾病可能引起心电图相似或相同的变化。自从30年代以来人们可以通过心电电位的变化来判断病人的病情，同时它也是降低心血管事件的死亡率和残疾的有效途径。
最近监护系统已经广泛使用。常规心电图（ECG）是一个住院病人躺在医院记录心脏的电活动，反映正面的平面和水平平面的心电图变化，从多方面去看记录的时间都很短，导致我们可以得到的信息较少。而且在常规心电图检查往往难以捕捉。在人们日常的心电监测活动，对长时间不间断的动态心电图记录（DCG），全部的心电图图形都在记录之内。可以帮助专家鉴定头晕等疾病是否由心脏引起的;心肌梗塞病人康复期的检测。由此可见，它的用途是相当广泛的。而要了解这些变化和节奏之间的关系，我们就需要全天候不间断获得患者的心电数据，给医师提供拥有诊断价值的材料。因此，基于单片机串行通信的心电监护仪同时具有便携功能和实时监护功能的仪器很有意义，对心脏疾病的早期预防和心脏功能的研究也有很大的作用。
1.2国内外研究的现状和发展趋势
心电监护仪是一个重大的技术优势是具有早期诊断心血管疾病的重要仪器，研究生理与心律失常的关系，各种典型的心律失常诊断，抗心律失常治疗的客观评价等效果。1961年，美国采用了DCG技术并实施到实验当中，通过国内临床试验和相关数据表明，效果非常显著。随后推广到了全世界各地。80年代初，我国开始在大型医院采用这种技术。通过30多年的临床试验和由于制造业成本的下降技术的上升，我国的中小型医院已经基本采用了这种技术。目前，DCG技术是获取全时间和全环境。
我国很多私人医药公司由于技术革新也生产了很多心电监护仪。但是由于各种原因没有在全国普及。主要原因是:(1)心电信号采集的数据不全面降低了医生对于患者判断的准确性;(2)由于便携化智能化功能比较新颖，所以价格偏高了一些，这对于普通的工薪阶层甚至农村贫困者来说还是缺乏一定的购买力;(3)仪器虽小，有些功能还是和医院的有很大区别，又因为设计过程中存在限制性，全部功能并不能完全完善，尤其在体积、功耗以及检测实时性方面，给使用者造成了诸多不便。
根据目前便携式心电监护仪器的发展及其未来趋势，可以得出主要有以下几个发展方向:
(1)数字化及其它先进技术的灵活运用
利用先进的数字信号处理方法，心电信号处理的速度和合理的保证精度的检测。
(2)自动检测和分析诊断功能的逐步完善
现在市面上的心电检测仪器品种多样，此中大部分的机型能够自动识别检测和分析诊断，但也并非很完美。于是，自动检测的内容详细化、自动化分析诊断功能更强大将是未来心电检测仪器发展的主要趋向。
1.3本文研究的主要内容
开发出一套小体积、轻重量、低成本、高质量的便携式心电监护仪是很有必要的。将设备佩戴在人体身上，通过无线或者有线的方式传输到家庭电脑或者监护人员身边是很方便的,使得病人在家里也可以通过网络让医护人员对其进程实时监护。
1.4本文研究的目的
通过我们的研制，可以研制出一款性价比高，检测方便，携带方便的心电监护仪。同时又能输出可用的心电数据，可以让医护人员通过我们的数据快速做出准确的判断。给我们的患者带来实在实在的便利。
1.5论文的主要章节安排和总体框图设计方案
图1.1论文总体框图
为了实现心电模拟信号的采集放大；实现心电模拟信号采集的稳定性、可靠性、不失真性；第二章我们介绍了如何选用和制作采集模块，以及各个硬件电路的注意点和所能达到的功能。
为了实现心电模拟信号采集后的转换、传输；第三章我们研究选用单片机来达到我们的设计要求。
为了使单片机串口将心电数字信号传输至上位机显示，以及实现无线传输功能。第四章我们介绍了蓝牙模块的选用和调试。
同时我们的总体硬件设计是基于单片机串行通信接口技术的心电监护仪，串行通信通信线少，传输距离很远，但是速率非常慢。所谓串行通信就在在我们一根的传输线上，我们的信号一位一位的传输。同时我们的联络信号也能传输，所以我们的数据和我们的控制信号混合在一起。那么如何辨别数据和控制信号呢？这就要求我们的数据有固定的格式。有异步数据格式和同步数据格式之分。最后我们的电平也需要转换
串行通信设备常用的3种工作方式：1.全双工效率最高。2.半双工所需要
配置编程比较灵活，传输成本也较低。3.单工，一端只可以发送，另一端只可以接收。
计 算 机
单 片 机 系 统
TX RX
RX TX
GND
图1.2 串行通信
2. 相关硬件模块设计方案
2.1心电图基本知识
心脏是循环系统中重要的器官，血液通过人体心脏一收一缩从而让我们的血液在人体内流通，同时心脏会产生生物电，在我们心脏收缩之前会产生这种电流，一般很弱，这种生物电通过我们的皮肤，组织传递到全身各处。这是我们可以通过某点的导联使其形成回路从而获得电位差，变化的电流就会产生变化的电压从而形成一种变化的曲线，描述变化的电位差就构成了心电图。
1.绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2国内外研究的现状和发展趋势 1
1.3本文研究的主要内容 2
1.4本文研究的目的 2
1.5论文的主要章节安排和总体框图设计方案 2
2. 相关硬件模块设计方案 4
2.1心电图基本知识 4
2.1.1心电波形产生的机理 4
2.1.2心电信号波形特点 5
2.1.3移动环境心电监测常见干扰 6
2.1.4心电图导联 6
2.2心电图采集模块设计 8
2.2.1心电采集模块结构 8
2.2.2前置放大电路 8
2.2.3带通滤波及主放大电路 9
2.2.4陷波和电平抬升电路 12
3.心电控制控制模块设计 14
3.1微处理器的选型及最小系统设计 14
3.2 A/D采样模块 16
3.3 复位电路 17
3.4 时钟电路 18
3.5 LED显示模块 18
4心电无线传输模块设计 19
4.1蓝牙通讯 19
4.1.2蓝牙模块的选定与优点 19
4.1.3 蓝牙硬件模块工作方式 20
结论 22
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1.绪论
1.1 研究的背景及意义
心脏是维持生命的重要器官，维持正常的新陈代谢。根据世界卫生组织统计每年，每年约有1750万人死于心血管疾病。中国多年心血管病，发生率高，持续增长，并有年轻化的倾向。据统计，我国心血 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
管疾病目前是人们正在遭受高达28亿人，怎么早期发现以及有效治疗心脏病是广大患者和医护人员共同关心的问题。
记录心电图心肌电位的变化可以发现不同的疾病可能引起心电图相似或相同的变化。自从30年代以来人们可以通过心电电位的变化来判断病人的病情，同时它也是降低心血管事件的死亡率和残疾的有效途径。
最近监护系统已经广泛使用。常规心电图（ECG）是一个住院病人躺在医院记录心脏的电活动，反映正面的平面和水平平面的心电图变化，从多方面去看记录的时间都很短，导致我们可以得到的信息较少。而且在常规心电图检查往往难以捕捉。在人们日常的心电监测活动，对长时间不间断的动态心电图记录（DCG），全部的心电图图形都在记录之内。可以帮助专家鉴定头晕等疾病是否由心脏引起的;心肌梗塞病人康复期的检测。由此可见，它的用途是相当广泛的。而要了解这些变化和节奏之间的关系，我们就需要全天候不间断获得患者的心电数据，给医师提供拥有诊断价值的材料。因此，基于单片机串行通信的心电监护仪同时具有便携功能和实时监护功能的仪器很有意义，对心脏疾病的早期预防和心脏功能的研究也有很大的作用。
1.2国内外研究的现状和发展趋势
心电监护仪是一个重大的技术优势是具有早期诊断心血管疾病的重要仪器，研究生理与心律失常的关系，各种典型的心律失常诊断，抗心律失常治疗的客观评价等效果。1961年，美国采用了DCG技术并实施到实验当中，通过国内临床试验和相关数据表明，效果非常显著。随后推广到了全世界各地。80年代初，我国开始在大型医院采用这种技术。通过30多年的临床试验和由于制造业成本的下降技术的上升，我国的中小型医院已经基本采用了这种技术。目前，DCG技术是获取全时间和全环境。
我国很多私人医药公司由于技术革新也生产了很多心电监护仪。但是由于各种原因没有在全国普及。主要原因是:(1)心电信号采集的数据不全面降低了医生对于患者判断的准确性;(2)由于便携化智能化功能比较新颖，所以价格偏高了一些，这对于普通的工薪阶层甚至农村贫困者来说还是缺乏一定的购买力;(3)仪器虽小，有些功能还是和医院的有很大区别，又因为设计过程中存在限制性，全部功能并不能完全完善，尤其在体积、功耗以及检测实时性方面，给使用者造成了诸多不便。
根据目前便携式心电监护仪器的发展及其未来趋势，可以得出主要有以下几个发展方向:
(1)数字化及其它先进技术的灵活运用
利用先进的数字信号处理方法，心电信号处理的速度和合理的保证精度的检测。
(2)自动检测和分析诊断功能的逐步完善
现在市面上的心电检测仪器品种多样，此中大部分的机型能够自动识别检测和分析诊断，但也并非很完美。于是，自动检测的内容详细化、自动化分析诊断功能更强大将是未来心电检测仪器发展的主要趋向。
1.3本文研究的主要内容
开发出一套小体积、轻重量、低成本、高质量的便携式心电监护仪是很有必要的。将设备佩戴在人体身上，通过无线或者有线的方式传输到家庭电脑或者监护人员身边是很方便的,使得病人在家里也可以通过网络让医护人员对其进程实时监护。
1.4本文研究的目的
通过我们的研制，可以研制出一款性价比高，检测方便，携带方便的心电监护仪。同时又能输出可用的心电数据，可以让医护人员通过我们的数据快速做出准确的判断。给我们的患者带来实在实在的便利。
1.5论文的主要章节安排和总体框图设计方案
图1.1论文总体框图
为了实现心电模拟信号的采集放大；实现心电模拟信号采集的稳定性、可靠性、不失真性；第二章我们介绍了如何选用和制作采集模块，以及各个硬件电路的注意点和所能达到的功能。
为了实现心电模拟信号采集后的转换、传输；第三章我们研究选用单片机来达到我们的设计要求。
为了使单片机串口将心电数字信号传输至上位机显示，以及实现无线传输功能。第四章我们介绍了蓝牙模块的选用和调试。
同时我们的总体硬件设计是基于单片机串行通信接口技术的心电监护仪，串行通信通信线少，传输距离很远，但是速率非常慢。所谓串行通信就在在我们一根的传输线上，我们的信号一位一位的传输。同时我们的联络信号也能传输，所以我们的数据和我们的控制信号混合在一起。那么如何辨别数据和控制信号呢？这就要求我们的数据有固定的格式。有异步数据格式和同步数据格式之分。最后我们的电平也需要转换
串行通信设备常用的3种工作方式：1.全双工效率最高。2.半双工所需要
配置编程比较灵活，传输成本也较低。3.单工，一端只可以发送，另一端只可以接收。
计 算 机
单 片 机 系 统
TX RX
RX TX
GND
图1.2 串行通信
2. 相关硬件模块设计方案
2.1心电图基本知识
心脏是循环系统中重要的器官，血液通过人体心脏一收一缩从而让我们的血液在人体内流通，同时心脏会产生生物电，在我们心脏收缩之前会产生这种电流，一般很弱，这种生物电通过我们的皮肤，组织传递到全身各处。这是我们可以通过某点的导联使其形成回路从而获得电位差，变化的电流就会产生变化的电压从而形成一种变化的曲线，描述变化的电位差就构成了心电图。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4046.html
