基于ZigBee网络的心音信号采集系统研究与设计

摘要

心音信号是心脏收缩舒张时震动所产生的声音。反映了心脏及心血管系统进行收缩舒张时的状况，其中涵盖了心脏本身以及其与各个周边组织之间进行相互作用所产生的各种生理和物理信息。目前传统的心音信号采集器无法准确的采集到患者日常生活中的实时心音情况。本文在前者的基础上设计了一种基于ZigBee协议的无线心音信号检测系统，该系统可以随时随地的对心音信号进行采集处理并实现无线收发。并且该系统还能在低功率的条件下使检测范围扩大，使被检测者得到充分的自由和放松，从而得到较准确真实的心音信号。
　　此设计运用ZigBee无线通信技术来进行构架，包括了心音数据的无线检测部分和心音数据的预处理及特征分析部分。无线检测系统设计分为硬件设计和软件设计，主要分以下几个模块：生理参数提取的检测测量模块、数字信号的转化调理模块、信号的无线网络传输模块、信号初步数据分析模块、通信模块和后端用户信息管理模块组成。通过运用系统芯片（SoC）CC2430完成对无线传感网络节点的数据处理与传递。接着构建ZigBee星型网络，完成数据的无线传输，并利用NS2仿真软件对网络进行仿真。病人可以通过中心处理平台，向网络终端发出采集命令，通过基站与PC的通信，采集到的心脏数据就会显示在通过利用VB6.0中的MSComm控件开发设计的用户界面。因为采集到的心音信号存在一些外界噪声的干扰，需要对其进行简单的预处理及特征分析过程。预处理过程包含对采集到的信号进行分帧、端点检测以及去噪三部分。分帧是运用滑动的矩形窗对采样进行处理，端点检测运用双门限测量法进行，去噪运用的是小波算法。最后利用Mel频率倒谱系数对采集到的心音信号进行特征分析，能够很好地表达处于中低频段的心音信号特征。本文实现了心音信号的无线采集，并完成了对采集信号的预处理以及特征分析，能够对心脏疾病患者进行随时随地的监测，达到了预期的实验目标。

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第一章 绪 论

1.1 采集系统设计研究的意义和目的

1.2心音信号的研究意义

1.3心音检测技术的研究现状

1.4本文的主要内容

第二章 心音检测系统的ZigBee网络设计与仿真

2.1采集系统的ZigBee网络定义

2.2采集系统的ZigBee协议体系结构

2.3 采集系统的ZigBee网络拓扑

2.4 对ZigBee星型网络进行仿真

第三章 ZigBee无线传感器网络节点硬件设计

3.1基于ZigBee的无线传感器网络节点组成

3.2采集系统的前端采集电路设计

3.3采集系统的处理和传输电路设计

3.4采集系统的电源模块电路设计

第四章 ZigBee无线网络系统软件设计

4.1无线心音节点采集流程

4.2 A/D 转换的配置

4.3 无线通信模块程序设计

4.4无线通信流程

4.5用户界面的设计

第五章 心音检测系统测试结果处理与分析

5.1 组建星型网络

5.2心音信号的预处理

5.3 对去噪后的心音信号进行特征分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果