基于导电织物的非接触式睡眠心电测量系统设计

摘要

针对目前睡眠监测新的发展要求，使用心电等生理参数替代脑电信号进行睡眠状态分析已经成为一个重要的研究领域。
　　本设计所做设备需要为与之配套的睡眠治疗仪的调整提供必要的数据。设计中兼顾被测者的舒适性和测量的准确性，采用基于导电织物的非接触式测量这一全新的方式对人体心电信号进行提取、识别及分析，并论证其应用于睡眠分析的可行性。非接触式心电信号采集使用方便简单并可长时间测量，适合于家用测量系统以及社区医院使用。利用CC2500无线传输模块进行信号采集部件与处理部件之间的通信，降低了对使用环境的要求。
　　本设计主要负责在睡眠心电测量中提供完整的硬件平台以及部分软件功能，其中包括非接触式心电信号采集部分、心电信号调理电路、嵌入式系统软硬件设计以及部分上位机软件功能及算法。最终完成非接触式心电测量系统样机的设计，并通过人体实际测试验证系统的准确性和可靠性。
　　本设计主要就以下几个方面进行研究：
　　1）进行心电信号调理电路设计，考虑睡眠阶段所必须的舒适性问题，使用导电织物代替贴片电极进行信号采集，由于不使用导电胶或医用水凝胶极性电极进行固定，且考虑到织物本身所具有的高阻抗、形变等特性，对信号调理电路的设计提出了更高的要求。本文所做的设计包含前置放大电路、右腿驱动电路、经过多次优化的高通、低通、陷波电路以及主放大和电平调整电路，可较好地满足要求。在设计阶段使用Multisim软件进行功能仿真，使用Protel进行电路板绘制。
　　2）由于本系统要求嵌入式部分进行数据的A/D采集以及无线传输等应用，为便于实现，本设计基于LPC2148芯片构建嵌入式系统，用以进行信号采集、数据处理并使用无线模块代替数据线进行数据传输。依据功能需求和参数指标，进行嵌入式系统拓扑结构的设计，并在此基础上完成硬件的设计与软件的开发。
　　3）本系统需要匹配多种睡眠心电算法，故需要上位机软件有效提取心电信息。本设计通过对硬件电路和软件算法的优化，可有效记录心电信号的全波段波形，从而为睡眠的分析提供了良好的平台。
　　最后，设计出非接触式测量系统的样机，并实现睡眠心电的测量。分析了在调试阶段所遇到的问题及解决方法，展示所设计出的样机以及实测波形照片。

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第一章 引言

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外睡眠心电测量设备发展现状与研究动态

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 基于导电织物的睡眠心电测量原理

2.1 利用心电信号进行睡眠分析的方法

2.2 基于导电织物的睡眠心电测量所涉及到的参数分析

2.3 使用导电织物测量的原理

2.4 本章小结

第三章 系统总体结构设计

3.1 设计目标

3.2 设计原则

3.3 功能简介

3.4 方案确定

3.5 本章小结

第四章 心电信号调理电路原理及设计

4.1 信号调理电路设计目的

4.2 信号调理电路设计思路

4.3 心电信号调理电路设计

4.4 本章小结

第五章 嵌入式系统设计

5.1 系统设计目的以及总体结构分析

5.2 微控制器电路设计

5.3 I2C总线串行接口设计

5.4 UART异步串行通信接口设计

5.5 无线数据传输模块设计

5.6 嵌入式系统电源电路设计

5.7 嵌入式系统程序设计

5.8 本章小结

第六章 非接触式心电测量系统上位机软件设计

6.1 上位机软件界面及功能设计

6.2 睡眠心电测量设备所得到的信号在算法中的应用

6.3 本章小结

第七章 系统的调试、实验结果与分析

7.1 非接触式心电信号测量系统的调试

7.2 实验结果与分析

7.3 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 设计总结

8.2 前景展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间所取得的研究成果