目前,心血管疾病的发病率较高并且已成为世界上引起人类死亡的重要原因,所以人们希望能通过有效手段来及时发现和预防心血管疾病。现在,心血管疾病的监护主要通过以下方式(1)在医院用心电图机采集12导联的心电信号,然后通过医生来诊断病症,但其缺点是需到固定地点诊断且只能短时间使用;(2)可穿戴电子设备,如电子手环等,其缺点是只能判断心率,无法存储数据以及诊断复杂的心血管疾病。针对上述监护方式存在的问题,本文设计了可对复杂心血管疾病进行实时分析诊断的家用心电监护仪。本文从心电信号前端采集系统、SOPC心电信号后端数据处理系统以及两者之间的通信接口三个方面进行介绍。心电信号前端采集系统主要由ADS1298芯片和STM32控制器组成。ADS1298内部集成了右腿驱动、滤波、放大以及模数转换等模块,可获得12导联的心电信号。心电信号采集系统仅从人体获取Ⅱ、V2、V3、V5、aVL导联的心电信号而非传统的十二导联。一方面这五个导联的心电信号可用于获得心率以及诊断心律失常和心梗等常见心血管疾病,另一方面也可达到小型化与便携式的设计目的,方便家庭使用。SOPC心电信号后端数据处理系统使用Intel公司推出的Cyclone V系列的SoC FPGA芯片,该FPGA芯片内部集成了ARM Cortex A9处理器,有强大的数据处理能力,可实时处理心电信号数据。SOPC心电信号后端数据处理系统功能包括(1)心电信号噪声的预处理:在FPGA中通过并行处理同时对Ⅱ、V2、V3、V5、aVL五个导联的心电信号做滤波处理(2)对心电信号做算法分析:本系统中移植了同课题组同学设计的心血管疾病检测算法,包括QRS检测算法、心梗检测算法、心律失常检测算法以及心率变异性分析(3)人机交互:负责LCD显示、语音播报、数据拷贝。心电信号的采集系统与数据处理系统之间的通信采用UART协议,一方面两系统可进行直连,另一方面可使用基于UART的无线模块。对于系统功能的验证首先从人体采集五个导联的心电信号,发送到后端SOPC心电信号处理系统后,可在LCD屏上显示心率、动态心电波形以及心血管疾病的诊断结果。对于疾病诊断的验证采用MIT数据库与PTB数据库中的数据,一方面通过读取SD卡中存储的数据库中的数据进行疾病验证,另一方面通过自制的简易心电信号发生器来模拟从人体采集信号,将有疾病的数据通过UART接口发送到SOPC心电信号后端数据处理系统。经测试,本系统可准确识别出有疾病的信号,并且平均每个心拍的处理时间为37.35ms,可达到实时诊断的目的。