心电采集电路的设计与实现毕业设计论文.docx

心电采集电路的设计与实现毕业设计论文.docx

《心电采集电路的设计与实现毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《心电采集电路的设计与实现毕业设计论文.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

心电采集电路的设计与实现毕业设计论文

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

心电采集电路的设计与实现

摘要

随着社会进步，科技发展，人们所受到的心血管疾病的威胁不但没有下降反而有所增加，比如白领猝死等问题。

因此，有必要也有需要设计一款心电采集设备，时时监测个体的心脏工作状态，预防心脏疾病的发生。

心电信号（简称ECG）一般受到基线漂移、工频噪声及肌电噪声的干扰。

由于ECG信号是强噪声下的低频微弱信号，因此在提取ECG信号时必须进行滤波及放大处理。

本课题设计了一款ECG信号采集电路，实现对ECG信号的提取。

主要工作如下：

查阅相关文献,全面分析了解ECG信号特征，为论文工作的展开做准备。

结合ECG信号的特点，提出ECG信号采集电路总体设计方案。

设计硬件电路。

分为电源模块、放大模块和滤波模块.其中滤波模块包括80Hz低通滤波、0.5Hz高通滤波及工频陷波器。

使用Multisim10.0仿真放大与滤波电路，进行调试。

用面包板搭建各电路模块并分别调试，然后总体调试。

测试通过后用万用板焊接，最终保证电路能够正常工作。

绘制PCB板，焊接电路及调试电路，保证电路稳定工作。

本课题设计的ECG采集电路能够提取到稳定的ECG信号，虽然仍受到部分噪声干扰，但是总体来说所得到的ECG信号还是比较清晰稳定的，可以运用于以后扩展功能，如特征值提取及预防猝死等应用。

【关键词】心电信号低频信号噪声干扰硬件电路

ABSTRACT

Withsocialprogressandtechnologicaldevelopment,peoplearesubjectedtothethreatofcardiovasculardiseasehasnotdecreasedbutincreased.，suchaswhite-collarssuddenlycatchthedeath.Therefore,itisnecessarythatweshoulddesignanECGacquisitionsystemtoconstantlymonitorthestatusofindividualcardiacworkandpreventionofheartdisease.

ECGsignals（abbreviatedECG）aregenerallydisturbedbybaselinedrift,industrial-frequencynoiseandinterferenceEMGfrequencynoise.SincetheECGsignalisweaklow-frequencysignal,sowhenextractingtheECGsignal,filteringandamplificatoryprocessmustbecarriedout.ThispaperdesignedanECGsignalacquisitioncircuittoextracttheECGsignals.Themainworksarelistedasfollows:

SearchingrelevantliteraturespreparesandcomprehensivelyanalyzingtheECGsignalcharacteristicsaredoneforthelaunchofthepaperwork.

CombiningwiththecharacteristicsofECGsignal,thedesignofECGsignalacquisitioncircuitprogramwasproposed.

Hardwarewasdesigned.Itincludedthepowermodule,amplifiermoduleandfiltermodule.Filtermoduleincludes80Hzlow-passfilteringand0.5Hzhigh-passfiltering.

TheamplificationandfilteringcircuitweresimulatedwithMultisim10.0,thendebugged.

Everycircuitmodulewassetupwithbreadboard,debugged.Thenallmodulesweredebugged.Afterthetest,universalplateswereweldedtoultimatelyensurethatthecircuitworksproperly.

PCBboardwasdrawn;Circuitsweresolderedanddebuggedtoensurecircuitstability.

ThedesignedECGacquisitioncircuitofthispassagecanextractastableECGsignal,.Thoughtherestillaremanynoises,overall,theobtainedECGsignalisquiteclearandstable,appliedtofutureexpansioncapabilities,suchasextractingeigenvalues,preventingsuddenlydeathandotherapplications.

【Keywords】ECGLow-frequencysignal NoisejammingHardwarecircuit

第一章绪论

第一节课题研究的背景

《中国心血管病报告2012》（以下简称《报告》）指出我国心血管病现有患者2.9亿，每10秒钟就有一人死于心血管疾病，估计我国每天死于心血管疾病的人数为9590人。

《报告》披露了心脑血管病医疗费用调查结果，2011年，我国心脑血管住院人数为1289.6万人次，占同期总住院人次的12%，平均增长速度为9.4%。

2011年，因急性心肌梗死次均住院费用为16793元，因颅内出血次均住院费用为11802元，脑梗塞次均住院费用为7325元。

目前，我国心血管病死亡率高于日本和西方发达国家，其中死亡率4倍到6倍于日本、美国与法国三国。

《中国心血管病报告》被称为我国心血管病流行趋势、防治现状与临床研究方面的权威综合报告[1]。

心血管疾病，也是西方国家人口的重要死亡原因，其中，心脏猝死又是心血管疾病中最主要的死亡原因。

心脏猝死指由心脏病变原因导致的急性症状发作后，没有人为或外伤的因素，不可预料地心脏射血功能的突然终止。

患者在10秒钟左右意识骤然丧失，4分钟左右可导致不可逆性脑损伤，随后几分钟内即发生生物学死亡，10分钟后患者就没有任何生还的希望。

在这过去的十年里，古月、高秀敏、马季……这些我们耳熟能详的名字也先后因心脏猝死而离世。

但是心脏性猝死在心脏疾病研究课题中具有非常大的挑战性。

据统计，一年中，美国超过四十万人、全球有数百万人的死亡与心脏猝死有关[2]。

所以人们迫切希望有一种可以快速、准确，并且先进的心脏类疾病的诊断技术，以便在心脏病突发前，当心脏刚开始出现异常时，就能够准确快速地检测出，及时发出警告提醒患者，或告知其家属，以达到引起大家对患者心脏病病发可能性的关注。

这样就可以预防心脏病病发，或者为患者心脏病病发的治疗争取尽可能早的时间，从而能更好的保护患者生命。

纵观历史和现在，设计一款心电采集设备都是很有必要的。

本课题主要是设计心电采集硬件电路，尽量提取出更加清晰有效的心电信号。

第二节研究动态

1903年，荷兰生物学家W.Einthoven第一次使用弦线型电流计，并用光学放大原理，在感光板上记录下世界上第一个实用心电信号。

在此后的一百多年的时间里，心电检测经历了弦线型、电子管放大与数字化几个阶段变化。

综合多方面的资料信息来讲，在心电监护中，心电信号采集经历了由单导联到多导联地发展历史；由最开始的几个心拍记录，到几秒钟心电数据记录，再到全天后的心电检测；由单一静态心电记录，到如今动态心电信号获取；由心电信号简单记录，到动态心电检测以及自动化分析的变化过程。

总而言之，随着科学技术综合发展，心电信号的采集越来越方便，也越来越精确，越来越趋于智能化[3]。

信号采集主要完成信号提取、放大信号、提升信噪比。

心电信号一般只有毫伏级，最大幅值只有4个毫伏，所以ECG信号非常微弱且极易受到干扰，甚至可能完全被背景噪声湮没。

所受到的噪声一般源于供电系统，人体自身分布电容、人体呼吸及肌肉颤动，放大器的温漂、零漂，以及接触电极电阻等。

文献显示，噪声大体可以分为：

工频干扰，基线漂移和肌电干扰。

常用的心电信号去噪方法有两种：

采用经典的硬件电路完成。

这种方法能够滤除不同于心电信号频率的噪声，但是噪声是随机的，不能避免的存在与有用的心电信号频率相同的噪声，而这种频带内的噪声是不能被完全滤除。

但针对本课题，硬件电路即能满足要求，可以把大多数噪声滤除掉，显现出比较清晰有效的ECG信号波形。

还有一种就是采用软件滤波。

但一般将ECG信号输送到MCU以前都要先进行硬件滤波，这样可加快传送速度，减小占用内存和空间。

而本课题不用到中央处理器，故只需硬件处理就可以了。

ECG信号去噪是ECG信号采集的重点。

能否成功将噪声滤除决定着能否得到比较理想的心电信号。

第三节研究意义及应用前景

随着科技发展、社会进步，人们的生活水平逐渐提高，生活方式也发生了改变。

由于生活节奏加快、竞争更加激烈等原因使得各种疾病的发病率上升、发病年龄逐渐年轻化，因此健康这一话题成为社会关注的焦点。

其中最常见疾病是心脏类疾病，它已经严重威胁到民众的健康与生命安全。

就目前国内情况来看，全民教育水平进一步提高、收入大幅度增长、健康知识更加普及，民众越来越多地

关注个人的身心健康。

比如关注个人的时时身心状态，预防危险性恶性突发病症的发生，如果一但发生，就能够有效预警并能保证有充足的时间采取紧急救助。

这也就促使无线体域网（WirelessBodyAreaNetwork,WBAN）概念的提出，并为这提供广阔的前景，这势必是未来医疗界的发展趋势，并且逐渐走进寻常百姓家，为百姓们了解自己的身体健康状况提供参考。

医学传感器被佩戴在人体体表或植入人体体内，用于监测病人的生理电信号，然后使用低功耗射频设备发送这些监测数据到数据汇聚中心，然后对数据进行处理或者传送到远程医疗监控中心。

具体说WBAN主要提供一个集成软硬件的环境智能（AmbientIntelligence）平台，并为未来的普适健康医疗监控系统的发展创造必备条件。

WBAN特别强调用于穿戴式或可植入的生物传感器，要满足小尺寸、低功耗及可无线通信。

这些传感器节点把采集到的人体重要生理信号（如体温、心电信号和血压等）、人体动作信号和所处的环境信息进行处理或传输[4][5]。

为了检测人体的时时生理状态，所以被测人要时时穿戴这些生理信号检测设备，但同时又不能影响人的正常生活。

因此要求这些检测设备微型化、轻量化，再更进一步要做到数据的无线传输[6]，这是发展趋势。

另外日常生活中人体大部时间是活动的，这也会产生一些与别的非生理信号中包含的不相同的噪声，因此在噪声处理方面有更高的要求。

本课题主要是实现理论上的应用