基于STM32的便携式心电图仪的设计与实现

摘要

目前我国心血管病发病率及相关危险因素均有增长趋势，而心电图是其诊断的重要依据。但是，常规心电图设备具有体积笨重、价格昂贵和不便于携带的局限性，患者不可能长期待在医院，所以研发便携式心电监护产品就显得更加重要。
　　 本课题完成了基于STM32微处理器的心电采集及分析处理系统的方案设计、硬件和软件设计与实现，心电信号采集电路是其关键部分，主要完成信号的正确提取。心电处理电路主要完成信号的A/D转换、滤波、存储、通信及显示等功能。
　　 系统属于典型的生物医学信号采集处理系统，处理的对象是强噪声背景下的微弱心电信号，噪声和干扰的存在对前端采集电路提出了更高的要求。根据心电信号的特点，选用精密仪表放大器为主要元件设计了前置放大电路。为更好的降低干扰的影响，设计了右腿驱动电路、高通和低通滤波电路，成功提取了心电信息。心电处理电路通过A/D转换把模拟信号转换成数字信号送至微处理器做进一步处理，该部分电路主要包括STM32处理器电路、SD卡存储、串口通信、LCD接口电路等，选用ST公司的低成本、低功耗的Cortex-M3核处理器STM32F103VC作为控制核心。
　　 软件部分主要完成心电信号的采集、滤波、显示、存储和数据上传等功能，开发工具是IAR Embedded Workbench for ARM，采用C语言来编程。主程序通过调用各种子程序模块完成特定的功能。子程序包括系统外设初始化、信号采集、数字滤波、波形绘制、数据分析与存储、串口通信子程序等，并利用SD卡建立了文件系统。本系统首先利用MATLAB开发工具从MIT-BIH标准心电数据库读出一些心电数据进行滤波算法验证，最终采用简单整系数滤波器的设计方法，有效地抑制了噪声和干扰。另外本系统还可以通过RS232串行口与上位机通信，利用上位机强大的数据处理与分析功能对上传的数据信息作进一步的处理。上位机管理软件采用VC++6.0软件开发平台，利用MFC设计了一个实用的心电信号采集系统，该界面实现了数据采集、处理、存储、分析和显示等功能。
　　 本课题较好地完成了预期的设想，设计与实现了系统的硬件电路，完成了系统软件的编写和调试，制作了样机一台。测试结果证明，达到了设计要求。