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无线心电监护系统的研究与实现

作　者: 王领
导　师: 王亚东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 心电监护人体通信体域网 OOK调制解调 FatFs文件系统
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着全球老龄化进程的加快和人们生活水平的提高，心脑血管等慢性疾病成为危害人们身体健康的头号杀手。对心电信号等生理参数的实时采集与监测能在一定程度上减轻或预防上述慢性疾病所带来的危害。由于现代医疗电子技术的发展，高效便携式的心电监护设备和系统逐渐进入了社区医院或家庭的日常诊断中。近些年来，随着无线通信技术的发展，体域网通过在人体上佩戴或植入各种生理传感器节点，并将节点信息由无线通信发往远程终端，从而在不影响人们日常生活情况下，对人体生理信息进行不间断地实时监控和诊断，同时也使得低成本、低功耗、小体积的监护设备成为可能。目前这类系统主要是利用射频电磁波实现信号的无线传输。但是由于大气中各类电磁波的噪声影响以及信号发射的高能量消耗给低功耗、高可靠性的无线心电监护带来了挑战。本文提出了一种便携式、高可靠性、普通锂电池供电的无线心电监护系统。该系统采用人体通信技术实现无线心电监护，具有心电信号采集，传输和存储显示等功能。与传统系统相比，具有数据传输安全、可靠，高能效等优点。本文在人体通信原理和信道分析的基础上，设计了一种基于人体信道传输的半双工电容耦合型人体通信收发器：采用现场可编程逻辑器件、对数放大器、模拟比较器和带通滤波器设计了40MHz频段的OOK调制和解调电路，通过数字电路实现了8B/10B数据编解码。通过改进的SPI串行通信协议，利用ARM微处理器LPC2148实现对人体通信收发器的控制。在信号记录端，通过ARM微处理器的接口电路设计及嵌入式程序设计，实现了基于FatFs文件系统的SD卡文件存储功能，与个人电脑的USB通信功能以及其他一些辅助的存储和显示功能。同时在个人电脑端利用Visual C++设计了心电图的动态显示界面，可以实时观察接收到的心电信号。本设计中的心电信号是采用中科院深圳先进技术研究院自主研发的心电信号采集模块获得。本文在现有的心电采集技术的基础上，实现了基于人体通信技术的无线心电监护系统的设计。这为可靠、安全、低成本、低功耗便携式无线心电监护系统的设计提供了理论和实践依据。本系统集心电信号无线传输、存储和显示于一体，降低了传统心电监护系统的复杂性，推动了心电监护技术的进步，为体域网的研究奠定了良好的基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-13
  1.2 国内外研究现状及分析  13-15
    1.2.1 电脑辅助的实现方案  13-14
    1.2.2 手机辅助的实现方案  14-15
    1.2.3 个人数字移动终端的实现方案  15
  1.3 本课题的主要研究内容  15-17
第2章无线心电监护系统的实现方案  17-29
  2.1 引言  17
  2.2 背景知识介绍  17-23
    2.2.1 心电信号的产生原理及特点  17-18
    2.2.2 心电信号采集模块介绍  18-19
    2.2.3 短距离无线通信技术简介  19-23
  2.3 无线心电监护系统的实现架构论证  23-27
    2.3.1 微处理器选择  24-26
    2.3.2 人体通信的应用优势  26-27
  2.4 基于人体通信技术的系统方案概述  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章人体通信收发器的设计与实现  29-45
  3.1 引言  29
  3.2 人体通信的原理  29-32
    3.2.1 基于电流耦合方式的人体通信  29-30
    3.2.2 基于电容耦合方式的人体通信  30-31
    3.3.3 电容耦合方式的人体通信信道电气特性  31-32
  3.3 人体通信收发器的实现方案  32-37
    3.3.1 人体通信收发器的信号调制与解调  32-35
    3.3.2 人体通信收发器的数字编解码  35-37
  3.4 人体通信收发器的硬件实现  37-44
    3.4.0 总体架构概述  37
    3.4.1 滤波器模块  37-41
    3.4.2 发送器模块  41-42
    3.4.3 接收器模块  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章无线心电信监护系统的硬件实现  45-61
  4.1 引言  45
  4.2 系统硬件实现方案概述  45-46
  4.3 控制系统设计  46-48
    4.3.1 控制系统架构  46-47
    4.3.2 LPC2148 最小系统  47-48
  4.4 控制系统与人体通信的总线接口设计  48-52
    4.4.1 SPI 总线简介  48
    4.4.2 改进的 SPI 总线接口  48-50
    4.4.3 接口功能实现  50-52
  4.5 心电信号存储系统设计  52-59
    4.5.1 SD 卡特点及接口电路  52-54
    4.5.2 FatFs 文件系统移植  54-57
    4.5.3 FLASH 和 EEPROM 电路设计  57-59
  4.6 系统可视化设计  59-60
  4.7 系统电源设计  60
  4.8 本章小结  60-61
第5章系统测试结果  61-66
  5.1 人体通信收发器测试  61-63
    5.1.1 人体通信收发器硬件实物  61
    5.1.2 编码测试  61-62
    5.1.3 OOK 调制解调测试  62-63
  5.2 控制系统测试  63-64
    5.2.1 控制系统硬件实物  63
    5.2.2 USB 测试  63-64
    5.2.3 其他测试  64
  5.3 无线心电信号监护系统测试  64-66
    5.3.1 心电信号采集测试  64-65
    5.3.2 无线心电信号传输测试  65-66
结论  66-67
参考文献  67-73
致谢  73

无线心电监护系统的研究与实现

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