基于STM32的自动体外除颤器系统设计与实现

摘要

据统计，我国每年约有50万以上的人猝死于突发性心脏骤停(SCA)，医学研究证明，病人若在发生突发性心脏骤停的最初几分钟内接受到电除颤抢救后，存活的机率将大大提高。由于病人发病的不确定性以及所处的场合，所以需要一种便携式，并便于非医护人员操作的除颤器来完成急救工作。自动体外除颤器(AutomatedExtemal Defibrillator，简称AED)是一种现场急救电除颤设备，可以现场实时采样监测病人的心电，对心电进行实时分析，给出是否需要为病人给予电除颤指示。这种除颤设备缩短了抢救患者的宝贵时间，提高了抢救成功率。本文的主要工作是自动体外除颤器系统的设计与实现，分为以下几点:
　　首先，根据除颤器基本原理，设计了自动体外除颤器系统的整体结构方案，依据该方案，简单描述了系统所要实现各个模块电路的功能需求，并分析了它们之间的关系。从四个方面因素综合考虑，对系统最核心的部分处理器—STM32F429BIT6给出了选择原由。
　　其次，根据系统对各个模块电路的功能需求，分析其电路原理，依次完成了:微控制器最小系统电路、高压充电电路、除颤放电电路、心电信号采集电路、经胸阻抗检测电路、人机交互模块电路、WIFI无线模块接入电路的设计及实现。
　　再次，研究了根据除颤能量计算高压储能电容充电电压的算法、心室纤颤的检测算法。对经胸阻抗检测电路建立等效模型，使用算法解决了AD5933测量小阻抗时精确度低的问题。定时调整除颤放电回路中的内部电阻，克服了除颤电流按指数形式快速下降的问题。完成了系统整体运行，高压充电、双相波除颤放电、经胸阻抗检测等算法的设计流程和软件编程。
　　最后，设计PCB制板图，完成了系统软硬件调试、测试;给出了详细的调试流程，以及系统中关键部分高压充电测试、除颤放电过程测试的详细说明;提出了一种使用示波器测量双相波除颤放电能量的方法。测试结果表明:系统的高压充电电压误差小于3％，除颤双相波电流平稳变化，无尖峰脉冲，除颤能量误差控制在14％以内，满足设计要求。下一步系统需通过动物和临床试验的验证，便可实际应用。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和目的意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究目的及意义

1．2 AED相关技术发展状况

1．2．1 除颤器的发展过程

1．2．2 电除颤波形的发展

1．2．3 心电信号处理的发展

1．3 课题研究内容

第2章 自动体外除颤器原理及系统总体设计

2．1 自动体外除颤器的基本原理

2．2 AED系统总体设计

2．2．1 系统整体结构

2．2．2 微控制器的选择

2．3 本章小结

第3章 自动体外除颤器系统硬件电路的设计与实现

3．1 微控制器最小系统电路设计

3．1．1 电源电路设计

3．1．2 时钟、复位、启动、调试电路设计

3．1．3 外扩存储电路设计

3．2 除颤高压充电电路设计

3．2．1 高压充电电路

3．2．2 高压检测电路

3．3 除颤放电电路设计

3．3．1 电桥电路

3．3．2 数控电阻桥电路

3．4 心电信号采集电路设计

3．4．1 心电信号概述

3．4．2 心电信号特征及噪声源

3．4．3 心电采集电路设计

3．5 经胸阻抗检测电路设计

3．5．1 经胸阻抗测量原理

3．5．2 经胸阻抗测量电路设计

3．6 人机交互模块电路设计

3．6．1 显示模块电路设计

3．6．2 语音模块电路设计

3．7 WIFI无线模块接入电路设计

3．8 本章小结

第4章 自动体外除颤器系统的软件设计与实现

4．1 开发环境与工具

4．1．1 STM32F429BIT6开发环境与工具

4．1．2 上位机软件开发环境与工具

4．2 自动体外除颤器系统运行流程

4．3 除颤过程软件设计

4．3．1 充电电压计算

4．3．2 高压充电程序

4．3．3 除颤放电程序设计

4．4 经胸阻抗检测软件设计

4．4．1 经胸阻抗检测算法

4．4．2 经胸阻抗检测流程

4．4．3 经胸阻抗检测程序

4．5 心电信号分析软件设计

4．6 上位机软件设计

4．7 本章小结

第5章 系统调试和测试结果

5．1 系统调试

5．2 系统整体测试

5．2．1 测试方法

5．2．2 测试结果

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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