基于压电电缆的非接触式心率监测仪的研制

摘要

随着经济的飞速发展，不断加快的生活节奏使得心脏疾病的患者人数在不断增多，心率作为人体最重要的生理指标，反映着人体心血管的基本健康状况，因此对心率长期监测是心脏疾病预防的首要环节。为减小监护人的监护压力，提高心率监测仪的测量速度与精度，本文设计与实现了一种基于压电电缆的非接触式心率监测系统。 本文研制的非接触式心率监测仪在不让监测者产生任何心理影响的前提下，解决了心率监测的复杂性，主要运用小波变换对监测仪采集的BCG信号进行去噪处理，重点讨论不同小波函数与不同分解尺度下信号去噪效果的差异性，选择合适的小波函数分解尺度极大地提高了心率信号提取的准确性。本监测仪还具有体动监测功能，并且设计了脑波音乐模块，用于调节人体的情绪。该监测仪与传统方式心率信号监测仪的对比结果表明非接触式监测系统在监测过程中具有更好的实时性与可靠性，实验测试结果表明，在静止状态和运动后状态下，本监测仪的心率检测整体平均误差小于±4次/分钟。 本设计中采用的蛇形压电电缆，其屏蔽性好，相对于昂贵的压电薄膜，价格低廉，易于被大众接受。此外，通过蓝牙实现了上位机与下位机的实时无线通信和数据存储，使监测仪显示直观，使用方便，而且通过无线通信技术使监测系统对人具有无约束性，符合未来心率信号监测的发展方向。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外非接触式心率监测仪研究现状

1．3非接触式心率监测仪存在的不足

1．4论文主要内容与章节安排

第二章非接触式心率监测仪总体设计

2．1监测仪设计目标与原则

2．2监测仪的性能指标

2．3监测仪总体设计方案

2．4 BCG信号监测原理及传感器选型

2．4．1 BCG信号监测原理

2．4．2传感器选型与结构设计

2．5脑波音乐调节法工作原理

2．6嵌入式操作系统概述

2．7无线通信技术概述

2．7．1蓝牙通信技术介绍

2．7．2 WIFI通信技术介绍

2．8本章小结

第三章非接触式心率监测仪硬件设计

3．1总体硬件设计

3．2数字电路设计

3．2．1数字电路供电模块

3．2．2微处理器的选择

3．2．3通信电路设计

3．2．4蓝牙模块电路设计

3．2．5 WIFI模块电路设计

3．2．6复位及晶振电路设计

3．2．7显示模块电路设计

3．2．8蜂鸣器报警电路

3．3模拟电路设计

3．3．1模数转换器

3．3．2电压基准电路

3．3．3信号调理电路

3．4 PCB电路图和实物图

3．5本章小结

第四章非接触式心率监测仪软件设计

4．1软件设计总体流程

4．2心率信号噪声来源分析

4．3基于小波变换的BCG去噪方法

4．3．1小波分析理论基础

4．3．2小波函数的选择

4．3．3小波分解尺度的确定

4．3．4信号去噪结果展示与分析

4．4心率提取方法研究

4．4．1伪周期检测原理

4．4．2心率提取结果展示与分析

4．5 STM32外围模块软件设计

4．5．1 A／D模块编程设计

4．5．2 WIFI模块编程设计

4．5．3蓝牙模块编程设计

4．5．4蜂鸣器报警模块程序设计

4．5．5脑波音乐模块程序设计

4．6 μC／OS-Ⅲ实时操作系统

4．6．1 μC／OS-Ⅲ系统在STM32上的移植

4．6．2 emWin人机界面设计

4．7本章小结

第五章系统测试及监测结果分析

5．1监测系统模块性能测试

5．2坐姿状态下心率测试结果与分析

5．3本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

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