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一款基于STM32的心电采集及分析处理系统的设计
内容导读:

随着社会的进步,经济的发展,人口老龄化的成都越来越严重,心脏病作为一种常见的慢性疾病,也是长期以来一直威胁着人类的健康,及时的发现和预防在减少心血管疾病危害中极为重要,心电图作为检测心脏疾病的主要依据,目前还是在特定的场合才能够使用,而且价格非常昂贵,仅每年就有约16万名患者接受支架手术,每年的增长率超过了20%。我国每年在心脏疾病中的耗费就达到了3000亿元。

由于场合限制和价格原因,导致病人得不到实时监控,对病人的病情诊断和治疗时极为不利的。便携式的心电图仪不仅能够实时给病人检查,还能够将病人所得到的心电图后发送给医生做进一步的判定。通过大容量的存储器件能够对患者进行长时间的监护,并记录心电数据。

1、系统设计方案

系统设计主要是便携与数据处理能力,在体积,能耗上能够符合正常的工作和生活的要求,同时不给使用者带来额外的影响。因此控制芯片采用STM32系列的F107芯片,设计的要求根据心电信号的特点,应具备放大倍数在400-1000之间,滤波器带宽为0.05HZ-100HZ,共模抑制比要大于80dB,工频信号幅值不高于心电信号的6%,误差不高于6%。

小编推荐:基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计

因此设计的系统原理结构图如图1所示。系统中采用STM32的内部采用的是ADC进行AD转换,进一步提高精度可以替换为外部的AD,控制系统采用的是外部按键和LCD触摸屏来完成。可以实时回放心电图及传送到上位机进行存储。

一款基于STM32的心电采集及分析处理系统

图1  系统原理结构图

整个系统有以下几个部分组成:

1)采集电路:准确提取心电信号,把信号处理为可以提供分析的有效信号。

2)处理电路:主要包括滤波、显示、存储、分析、传输等。

3)按键电路:完成开始、暂停等功能。

4)显示电路:完成心电图的显示与回放功能。

5)上位机设计:在PC机上进行心电信号的存储,并转换为心电图形。

6)电源电路:提供系统所需的电压。

2、硬件设计

心电图仪的硬件电路包含处理器、存储电路、通用接口等。硬件设计上需要考虑成本和便携性,因此需要考虑这些特殊要求。有针对性的去选择和设计。总体要求是,选用适合的处理器,满足计算要求即可,便于开发,避免造成开发上的浪费。注重软件设计,在软件能够解决的情况下,尽量采用软件去解决问题,简化硬件结构,降低成本。

心电信号驱动电路采用电源为3-5V,电流小于0.5mA,量程为0-4mV,信号的增益为950倍,输入阻抗为1000000M,共模抑制比为65dB。

控制系统采用STM32F107的最小系统,参照芯片手册来完成。人机交互界面采用彩色的LCD,颜色丰富,尺寸为4.7寸,TFT材质的液晶屏。

存储模块的电路设计,基于STM32有512K字节的闪存,64K的SRAM,本设计采用MicroSD卡作为系统存储器,使用SDIO作为通信接口。

电源电路采用的是ASM1117芯片,直接输出3.3V电压。

3、软件设计

软件采用的是Keil5进行ARM开发。该系统将采用模块化的编程,将分为SD卡驱动、LCD驱动、触摸驱动、采用滤波计算、控制模块驱动等。最后通过整体的整合进行统一调试。

系统软件主要分为两个大的部分:

1)下位机软件,主要是STM32的驱动程序,主要完成心电信号的采集,软件滤波、实时时钟模块、液晶显示模块和通信模块。主程序是一个while(1)的无限循环程序,不停的扫描指令,并完成相应的功能。

2)上位机软件。上位机的控制主要是读取下位机的信息,通过串口与下位机进行通讯,获得下位机采集到的心电信号和存储的心电信号,并在上位机界面上显示出来。

4、结论

本系统实现了基于嵌入式的心电图仪的开发。以低廉的成本完成了设备的开发,同时体积小,能够实现实时监测的功能。在熟悉硬软件开发环境后,采用模块化的设计,把整个系统划分为多个小模块逐步实现。

科技的高速发展,为医疗器械的发展带来了极大的机遇,利用高科技带来的技术革命去更新医疗器械是一个巨大的市场机会。嵌入式技术的发展必将为人类医疗事业带来巨大的帮助。为每一个家庭服务。

标签:ASM1117,心电采集,STM32,
来源:网络整理 作者:Les 时间:2017/12/27 11:16:00
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