基于单片机的ECG数据采集与预处理

摘要

心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。据统计，心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病，世界上心脏病的死亡率仍占首位。因此，对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视，准确地进行心电信号提取，为医生提供有效的辅助分析手段是重要而有意义的课题。随着电子技术的迅速发展，医用电子监护系统近年来己在临床诊断中逐渐应用。 本课题首先介绍了心电信号检测电路的设计，给出了心电信号采集电路具体的设计方法与部分实现电路。并采用了线性光电耦合器放大电路，对前置级运算放大电路及后置级放大电路进行光电隔离，有效地抑制了各种干扰。 其次，主要进行基于AT89C52低功耗MCU的便携式心电监护仪及其系统的研究。根据人体心电信号的特征，设计性能优良的心电信号采集系统，选用低功耗8位单片机AT89C52和大容量Flash存储器对采集的心电信号进行记录、分析及处理。所设计的监护系统带有液晶显示器，能显示所检测的心电信号，配合按键提供友好的中文菜单，操作简便，心电数据也可通过RS-232接口向上位机传送。该监护仪器能长期、连续、可靠、稳定的工作；同时还具有体积小、存储容量大、功耗低等特点，便于随身携带，使用方便。 再次，由于越来越多的研究者发现心电图中的ST段的变化与大多数心血管疾病都有着紧密的联系，因此，本课题设计了心电信号预处理方法，包括4点平均滤波、滑动平均滤波、一阶差分、二阶差分等：在此基础上，设计了基于二阶差分可变阈值检测方法来检测心电波形中的R波，计算出了较为准确的心率值。设计了心电波形特征点定位算法，对波形的特征点进行了标定，并测定ST段电平偏移，从而实现了ST段的实时分析。另外，运用自适应相干模板法的基本原理，实现了ECG信号中噪声和干扰的实时滤波，达到了预期的效果。 最后，作者指出本系统存在的一些不足以及能够改进的地方，并对心电处理系统提出展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2本课题研究意义

1.3心电分析国内外历史与研究现状

1.4本课题主要研究内容

第二章心电图基础知识

2.1引言

2.2心电的起源和心电图

2.2.1心电的产生

2.2.2心电图的组成部分

2.2.3长期心电信号的特性

2.2.4心律失常

2.3 ECG波形模式及参数的检测

2.3.1 QRS波检测

2.3.2 P波的检测方法

2.3.3 ST段检测方法

2.4心电信号的各种干扰因素

2.5本章小结

第三章信号提取放大电路设计

3.1系统总体结构

3.2模拟信号处理电路设计

3.2.1引言

3.2.2心电信号放大电路设计要求

3.2.3前置放大器设计

3.2.4工频陷波器

3.2.5低通滤波电路

3.2.6高通滤波电路

3.2.7导联脱落检测电路

3.3本章小结

第四章单片机数据采集系统

4.1引言

4.2单片机系统性能特点

4.2.1单片机选型要求

4.2.2 A T89C52单片机性能特点

4.3 A/D转换

4.3.1 12位逐次逼近式A/D转换器-AD1674

4.3.2单片机与A/D转换器接口电路

4.3.3电平提升电路

4.3.4数据采集控制及软件处理

4.4数据存储系统

4.4.1数据缓冲

4.4.2 AT29LV040大容量闪存

4.4.3程序存储器的扩展

4.5液晶显示系统

4.6 RS232串行接口电路

4.7小结

第五章ECG信号的预处理

5.1引言

5.2 QRS波检测算法

5.2.1基于滤波和阈值检测的方法简介

5.2.2心电信号采集后软件预处理方法

5.2.3阈值检测原理

5.2.4 Q波与S波定位

5.3 ST段测量

5.3.1 ST段测量方法简介

5.3.2 ST段测量的J+X算法实现

5.4自适应相干模板法实时滤波

5.4.1基本原理

5.4.2幅频响应分析

5.4.3滤波器设计

5.5本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

作者在硕士研究生阶段发表的论文