基于低功耗蓝牙的心电监护系统的设计与实现

摘要

随着无线通信技术的迅速发展和智能手机的广泛普及，移动医疗产品迅速获得了市场的青睐。移动医疗打破了传统医疗在院就诊的方式，患者可以利用智能手机和无线网络，随时随地监护自我健康水平，并可以向千里之外的医院监护中心请求医疗救助。心血管疾病是全球范围内造成生命威胁的重要原因，因此日常心电监护已经成为了检测和预防心血管疾病的重要手段之一。随着低功耗蓝牙技术的推出，移动医疗监护系统的研究仍然是近年来持续的研究热点。将低功耗蓝牙技术应用于医疗监护系统中，不仅为患者带来了极大的灵活性，更从根本上解决了移动医疗产品的电池功耗问题。
　　本文基于目前最新的低功耗蓝牙技术和最受欢迎的智能手机iOS平台，以处理人体生理信号中最具代表性的心电信号为主，设计实现了一套心电信号获取、传输、实时显示、实时分析，记录和警报为一体的移动心电监护系统。
　　主要研究工作如下:
　　第一，完成心电信号采集端硬件电路设计。本文采用IBA201 ECG单芯片采集系统实现心电信号的捕获，滤波放大以及A/D转换等处理。利用CC2540低功耗蓝牙片上系统，完成数据格式转换和心电数据的无线传输。
　　第二，通过对低功耗蓝牙技术的学习，实现了心电信号采集端和智能手机用户端的蓝牙通信和数据传输。通过低功耗蓝牙规范中定义的心率服务实现了心率数据的传输;通过基于GATT的自定义ECG协议实现了心电数据的传输。
　　第三，选择Apple公司的iPhone4S作为智能手机开发平台，在智能手机上完成心电实时监护分析软什的设计。监护端软什的主要功能包括:蓝牙连接的建立、心电数据的接收、数据的本地存储，波形的实时显示等。采用了基于滤波和自适应阈值的实时心电分析算法，并移植到智能手机上，实现心律不齐等心脏疾病的初步诊断。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 低功耗蓝牙技术在医疗健康领域的应用

1．1．3 智能手机在移动医疗领域的应用

1．2 国内外发展现状与市场前景

1．2．1 国内外发展现状

1．2．2 市场前景

1．3 课题的研究目的和主要内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第2章 无线移动监护系统的结构

2．1 系统方案设计

2．2 采集端系统的设计

2．3 采集端和智能手机平台之间的通信方式

2．3．1 短距离无线通信技术概述

2．3．2 短程无线传输技术的比较

2．4 智能手机平台的选择

2．4．1 主流移动操作系统概述

2．4．2 Apple iOS系统

2．5 本章小结

第3章 信号采集端设计

3．1 单芯片心电采集模块电路

3．1．1 IBA201单芯片ECG采集系统介绍

3．1．2 IBA201应用电路设计

3．2 蓝牙模块电路

3．3 采集端程序设计

3．4 本章小结

第4章 低功耗蓝牙技术与无线传输协议

4．1 低功耗蓝牙技术概述

4．1．1 低功耗蓝牙技术的应用领域

4．1．2 蓝牙4．0版本的低功耗特点

4．1．3 低功耗蓝牙协议栈

4．1．4 连接层

4．1．5 低功耗蓝牙的网络拓扑

4．2 采集端与iphone 4S蓝牙通信方式

4．2．1 外设扫描过程

4．2．2 连接初始化过程

4．2．3 数据传输方式

4．3 低功耗蓝牙传输协议

4．3．1 GAP协议

4．3．2 GATT协议

4．3．3 低功耗蓝牙自带的健康监护的协议

4．4 本章小结

第5章 实时心电分析算法的研究

5．1 心电信号的产生原理及波形特点

5．2 心电QRS波群检测概述

5．3 基于滤波和阈值检测的实时ECG分析算法

5．3．1 心电数据预处理

5．3．2 QRS检测规则

5．3．3 QRS阈值评估

5．4 ECG分析算法

5．5 本章小结

第6章 基于iOS平台的健康监护软件设计

6．1 iOS应用程序开发环境

6．1．1 开发工具

6．1．2 开发语言

6．1．3 开发框架

6．1．4 设计模型

6．2 系统设计

6．2．1 程序功能分析

6．2．2 功能模块设计

6．2．3 界面设计

6．3 系统实现

6．3．1 蓝牙通信模块

6．3．2 数据读取模块

6．3．3 实时波形显示模块

6．3．4 数据存储模块

6．3．5 历史记录显示

6．4 心率监护软件设计

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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