基于STM32的MIT-BIH心电信号管理及回放系统

摘要

目前,随着人类生活习惯的改变、工作压力的增强和社会周围环境污染的加剧,心脑血管疾病渐渐成为威胁人类生命健康的主要疾病,其造成的死亡人数中约占世界死亡人数的三分之一,因此对心脑血管疾病的预防和医治成为生物医学界的重要课题.近年来随着室速/室颤识别、LOWNS分类、HRV、QT、QTd、TWA等理论检测算法的日趋成熟,心电检测算法已随之趋于完善,现代电子科学技术的日益提高、计算机软件技术的飞跃发展,移动互联网技术的广泛应用,为一种崭新的远程心电监护系统的出世奠定了良好的基础.
　　基于STM32的MIT-BIH心电信号管理及回放系统主要是用标准心电库数据文件作为样本信号进行读取研究和实时回放.采用Visual C++6.0开发工具建立一心电数据管理及回放应用软件,将读取到的原数据在上位机屏幕上波形显示,并可根据实际需要进行适当的波形调整,同时将数据下传给外部硬件设备,完成DA转换,为心电监护设备提供有效的心电数据和仿真检验.
　　本论文主要完成了以下几方面的研究工作:
　　首先解释了心电生理信号产生的基本原理,以及对国际标准心电数据库及其格式的简单说明,并介绍了MIT-BIH标准心电数据库中头文件、数据文件和本系统自添的设置文件的识读方法.具体识读过程为:首先识读原始数据的头文件,把通道数、抽样频率、采样点数、数据文件名、数据存储格式、ADC分辨率、ADC零值、第一个采样点值等读入计算机内存中;然后根据读取到的文件数据存储格式和通道数采取不同的读取方法将数据文件读取到内存中,为系统以后对原始心电数据的使用做好基础来源;最后判断是否有与该文件相对于的设置文件,有则读取设置文件,通过单通道的cu心律失常数据库文件cu01和七通道的MIT呼吸暂停数据库文件slp60为例,说明设置文件中各个值的实际意义.
　　其次是管理及回放系统的设计实现,详细介绍了系统的软件设计、硬件设计和设备驱动程序的开发.系统的软件平台是基于Visual C++6.0 MFC框架,采用了模块化设计,由四大主要模块组成,包括:数据文件的管理、实时回放、数据文件的设置和区间回放的设置等.其中,数据管理模块主要负责完成对选择的信号文件的读取和打开文件的关闭;实时回放模块主要是把选择的信号数据发送到硬件设备监护仪中,完成原始数据的D/A回放,同时,利用了多线程技术,在上位机上实时同步显示DA转化的数据波形;数据文件设置模块是对波形显示的一些调整,如需要选择的通道、波形的幅度高度、时间宽度的设置与调整;区间回放设置模块主要是对回放区间的起点终点的选定,区间数据的保存等.属性、帮助、关于为另外三个辅助模块,主要是显示打开文件的基本属性、帮助文件和系统的版本日期等.硬件平台设计采用的是意法半导体公司开发的基于Cortex-M3内核的新型32位微控制器STM32F103RE作为主控芯片,通过USB2.0接收上位机下行的数据,在定时器的触发下,由STM32的D/A模块完成接收数据的D/A实现.USB硬件设备驱动程序采用WDM模型,选用Windows XP DDK(Build2600)、DriverStudio3.2和VC6.0等作为开发工具,完成硬件设备驱动文件的生成.
　　最后介绍了系统软件平台建立过程中采用的关键技术,主要包括以下几项:上位机应用程序对USB设备的访问技术、VC多线程技术、同步通信机制、MFC屏幕绘图中的双缓冲技术和上位机程序的Release版本发布.
　　在基于STM32的MIT-BIH心电信号管理及回放系统中,上位机软件和STM32硬件设备的功能效果得到了的初步实现,同时设备驱动程序的正确生成,也使两者之间准确的完成通信与交互.系统的成功建立,为远程心电监测仪的研制奠定了较好的基础.

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第一章 绪论

1.1 研究本课题的目的和意义

1.2 国内外关于该课题的研究现状及趋势

1.3 论文的主要内容及章节安排

第二章 心电信号基本原理及标准数据库的识读

2.1心电生理信号基本原理

2.2标准心电数据库介绍及其识读

2.3本章小结

第三章 基于STM32心电数据管理系统的设计与实现

3.1系统总体设计

3.2系统硬件平台的设计

3.3系统软件平台的设计

3.4 设备驱动程序的设计

3.5本章小结

第四章 关键技术

4.1上位机应用程序对硬件设备的访问

4.2 MFC双缓冲绘图技术

4.3多线程编程

4.4应用软件程序Release发布

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研工作和发表的文章

致谢