心震信号的无感觉检测及实时显示系统的设计与实现

摘要

心脏作为人体循环系统最重要的器官，其重要性不言而喻。目前临床上普遍采用心电检测其工作情况，但该方法不利于进行长期的实时检测。
　　本文设计了一种基于心震信号的无感觉检测系统，通过与受试者紧密接触物体下方的压力传感器测量心脏的机械运动情况，并将检测到的心震信号波形及相关参数实时显示在家庭或便携式显示设备上。
　　本文设计的系统主要由信号采集模块，信号传输模块和图形显示模块三部分组成。其中，信号采集模块包括传感器电路，放大电路和滤波电路。传感器电路通过四个压力传感器传感器型号组成全桥电路来采集心震信号，再通过放大电路将微弱的心震信号放大。为了滤除高频成分及工频干扰，后端采用了低通滤波电路和陷波电路对信号进行滤波;信号传输模块将信号采集模块的模拟输出信号通过模数转换后使用串口发送至图形显示模块，这里主控芯片使用微芯公司的PIC18F2420芯片，利用对其内置的多通道10位AD及串口进行编程完成了信号的转换和传输;图形显示模块将硬件处理后的波形通过嵌入式图形库以GUI形式显示，并附加软件滤波效果。本模块采用已经在嵌入式设备中得到广泛应用的GTK+图形库作为依赖库，经过需求分析，系统设计，详细设计，编码，测试等开发流程后，完成了对GUI界面的设计与显示。
　　经过实验和测试，本系统实现了在嵌入式设备中进行心震信号采集，微弱信号放大，硬件滤波，模数转换，串口传输，软件滤波，实时显示和友好界面功能，基本达到了预期功能。由于基于GTK+图形库开发的用户界面可以轻松的实现跨平台的移植，从而支持更多的嵌入式设备，因此本文为家庭或便携式的心脏活动嵌入式监控设备研究和开发提供了设计思路，并证实了其可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 心震信号简介

1．2 国内外发展与研究现状

1．2．1 国内发展与研究现状

1．2．2 国外发展与研究现状

1．3 课题的提出及意义

1．4 本文的主要工作

第2章 系统总体结构概述

2．1 心震信号的特点

2．2 系统总体结构设计

2．2．1 信号采集模块

2．2．2 信号转换传输模块

2．2．3 图形显示界面

2．3 本章小结

第3章 信号采集模块设计

3．1 传感器电路的设计

3．2 前置放大电路的设计

3．3 低通滤波器设计

3．3．1 滤波电路设计

3．3．2 放大器芯片选择

3．3．3 低通滤波器性能测试

3．4 陷波器电路

3．4．1 陷波芯片选择

3．4．2 陷波电路设计

3．4．3 陷波器性能测试

3．5 后级放大电路

3．6 电池供电电路

3．6．1 供电电压范围的选择

3．6．2 电源滤波设计

3．7 硬件抗干扰设计

3．7．1 干扰来源

3．7．2 去耦电路

3．7．3 接地

3．7．4 电源和地的布线

3．7．5 PCB布线优化

3．8 本章小结

第4章 信号转换传输模块设计

4．1 PIC单片机简介

4．1．1 PIC18F2420资源简介

4．1．2 I／O端口介绍及分配

4．2 PIC18F2420外围电路设计

4．2．1 复位电路

4．2．2 晶振电路

4．2．3 编程调试接口

4．2．4 电源部分

4．3 模数转换电路

4．4 数据传输

4．4．1 传输方式的选择

4．4．2 USART模块介绍及其操作

4．4．3 通信协议

4．5 硬件电路实物图

4．6 本章小结

第5章 基于GTK+的图形用户界面

5．1 需求分析

5．1．1 用户界面设计需求分析中考虑的因素

5．1．2 心震信号实时测量界面需求分析

5．2 嵌入式图形用户界面

5．2．1 嵌入式Linux下的主流GUI系统

5．2．2 方案选择

5．3 GTK+简介

5．4 基于GTK+的图形界面编程

5．4．1 初始化主循环与退出

5．4．2 GTK+的信号、事件和回调函数机制

5．4．3 控件的组装与布局

5．5 心震信号实时显示界面主要控件的GTK+实现

5．5．1 菜单项

5．5．2 波形显示区

5．5．3 文本视图区

5．5．4 状态显示区

5．6 Linux下串口编程

5．6．1 串口设置

5．6．2 读写串口

5．7 软件设计及实现

5．7．1 数据采集模块

5．7．2 数据处理模块

5．7．3 图形开发模块

5．7．4 控制模块

5．7．5 系统界面展示

5．8 IDE介绍

5．9 系统测试

5．9．1 周围有人走动或跺脚

5．9．2 轻敲试验床

5．9．3 心电信号波图

5．9．4 平静时心震信号波形

5．9．5 运动后的心震信号波形

5．9．6 带有干扰的心震信号波形

5．10 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结与结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢