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基于USB传输的便携式心电监护系统的设计与实现

作　者: 龚莹岚
导　师: 赵秋生
学　校: 天津医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 医学模式心电图监护闪速存储器液晶显示模块通用串行总线干扰抗干扰
分类号: R318.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 243次
引　用: 1次
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内容摘要

早在1977年,美国精神病学家Engel正式提出生物—心理—社会医学模式。他指出健康和疾病的概念应该是生物、心理、社会多方面的综合因素。建立“以患者为中心”的医疗服务模式和相应的诊疗系统真正体现了生物—心理—社会医学模式的科学内涵。因此,传统医学仪器的便携化设计与实现,已经成为现代医学仪器发展的必然趋势,能够推进医学模式的转变。本论文基于对心电监护系统的体系结构和功能要求的分析,论述了采用通用串行总线协议(USB)进行数据传输的心电监护系统的设计与实现。系统采用微处理器AduC812单片机,利用其内部A/D转换器进行数据采集,同时扩展了闪速存储器,点阵图形液晶显示模块和键盘等外围电路,并配有USB接口。软件采用ASM51汇编语言编写。由于外界环境的干扰繁杂多样,因此在本系统的开发实现过程中,系统的抗干扰性设计显得尤为重要。硬件上主要从电源、放大器输出、印制电路板、输入端保护等方面防止引入干扰。软件抗干扰主要采用指令冗余、程序陷阱、程序运行监视器等方法。系统从硬件和软件两方面采取的一系列抗干扰措施,在实际电路中取得了较好的效果。系统的主要功能实现对患者心电进行监护和初步分析、实时存储、实时显示心电信号并对异常心电信号报警以及与PC工作站进行通信等。患者可随时将已存储的心电数据通过USB接口传送至工作站进行分析,使医生能够及时诊断,提供治疗方案;同时,可以对所有信息存档,便于对病情发展和药物疗效进行观察和评价。本系统以其小巧、低成本、低功耗、功能实用等特点,适合在各级医院推广使用。

全文目录

中文摘要  7-8
英文摘要  8-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题来源  10-11
  1.2 现有心电检测设备的类型及分析  11-14
    1.2.1 常规心电图机  11-12
    1.2.2 动态心电图仪  12-14
  1.3 心电监护仪的发展方向  14
  1.4 本人工作概要及论文章节安排  14-16
第二章系统的总体设计  16-23
  2.1 便携式心电监护智能仪器的设计原则  16-18
  2.2 便携式心电信号采集系统的一般功能要求  18
  2.3 系统的设计选型  18-21
    2.3.1 单片机最小系统的选型  19
    2.3.2 系统通信方案的设计  19-20
    2.3.3 采用CMOS集成电路  20-21
    2.3.4 采用表面安装元件  21
  2.4 系统的总体设计  21-23
    2.4.1 系统硬件组成及工作原理  22
    2.4.2 系统软件的设计  22-23
第三章系统的硬件设计  23-44
  3.1 ADuC812单片机介绍  23
  3.2 存储器设计  23-26
    3.2.1 ADuC812的存储器结构  23-24
    3.2.2 闪速存储器技术  24-25
    3.2.3 闪速存储芯片W19B(L)320ST/B  25-26
  3.3 采集子系统  26-30
    3.3.1 采集子系统概述  26-27
    3.3.2 采集子系统概述  27-29
    3.3.3 ADuC812的ADC控制特性  29-30
  3.4 人-机交互  30-35
    3.4.1 LED和键盘  30-32
    3.4.2 液晶显示技术  32
    3.4.3 液晶显示模块  32-33
    3.4.4 点阵图形液晶显示LCM16032ZK模块  33-35
  3.5 电源设计  35-38
    3.5.1 DC-DC变换器  35
    3.5.2 DC-DC升压转换器JY501C  35-36
    3.5.3 电源监控电路  36-37
    3.5.4 其它电源  37-38
  3.6 硬件的抗干扰设计  38-42
    3.6.1 环境干扰的来源及后果  38-39
    3.6.2 系统在硬件设计中所采取的抗干扰措施  39-42
  3.7 系统硬件调试环境  42-44
第四章系统的软件设计  44-64
  4.1 程序设计语言的选择  44
  4.2 软件开发环境  44-45
  4.3 程序设计  45-60
    4.3.1 系统程序流程  45-48
    4.3.2 键盘管理  48-50
    4.3.3 LCD液晶显示程序设计  50-58
      4.3.3.1 指令系统  50
      4.3.3.2 内部RAM说明  50-51
      4.3.3.3 液晶模块的初始化  51-54
      4.3.3.4 字型的显示  54-55
      4.3.3.5 图形的显示  55-58
    4.3.4 其它功能的软件实现方法  58-60
  4.4 软件抗干扰设计  60-64
    4.4.1 数据采集误差的软件抗干扰  60-62
    4.4.2 程序执行过程中的软件抗干扰  62-64
第五章系统通信接口的设计  64-80
  5.1 各种接口简介及应用  64-65
  5.2 USB总线协议  65-73
    5.2.1 总线拓扑结构  65-66
    5.2.2 USB的物理层  66-67
    5.2.3 USB的传输类型  67-69
    5.2.4 USB的数据格式  69-73
  5.3  带并行总线的USB接口器件-PDIUSBD12  73-77
    5.3.1 PDIUSBD12的特性  73-76
    5.3.2 D12 SMART套件  76-77
  5.4 USB设备的开发步骤  77
  5.5 硬件电路  77-78
    5.5.1 接口电路  77-78
    5.5.2 振荡电路  78
  5.6 软件与调试  78-80
第六章结论与讨论  80-85
  6.1 系统测试结果  80-82
  6.2 讨论  82-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间发表的论文  89-90
附录 1  90-91
附录 2  91-92
附录 3  92-94
附录 4  94

基于USB传输的便携式心电监护系统的设计与实现

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