基于MCU的心电监护系统的设计

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心血管疾病是临床常见的三大疾病之一,严重威胁着人类健康。在全世界每年导致上千万的患者死亡,在我国,每年也有几十万人死于心脏疾病。因此,运用心电监护系统来监测和诊断心血管疾病具有十分重要的意义。通常医院使用的心电图机可以获得短时间的心电图(Electrocardiogram,ECG),诊断已成为常态的心脏疾病。然而心脏疾病具有隐蔽性和偶发性的特点,平常工作生活时没有征兆,当发病到医院检查时症状可能又消失了。这导致了医生无法及时检测到异常心电图,延误了病情的诊断和治疗。同时,传统的心电监护仪体积大、功耗高、且价格昂贵,也限制了其使用和推广。近年来,随着生物医学技术、电子技术、通信技术和计算机技术的飞速发展,心电监护系统的研究也取得了很大的进步。本课题设计的基于MCU(Micro Control Unit,微控制单元)的心电监护系统,能够实现ECG信号的采集、处理、存储以及在PC机显示测量结果等功能。主要需完成硬件电路的设计与实现和软件程序的编写这两项工作。硬件电路设计包括模拟电路设计和数字电路设计两大部分。首先要了解心电信号的基本原理和特征,以便确定系统的设计标准。模拟电路主要实现ECG采集处理功能,由前置放大电路、右腿驱动电路、带通滤波电路、后级放大电路和50Hz陷波电路等组成,通过电路的仿真验证了ECG采集处理的可行性;数字电路主要实现单片机控制功能,由C8051F320单片机、SD卡和USB接口通讯电路等组成。软件程序编写包括单片机端软件设计和PC机端软件设计。单片机通过软件编程将ECG模拟信号转换成数字信号、向SD卡存储数据及与PC机进行USB通信;PC机应用LabVIEW软件实现虚拟仪器的显示及控制功能,并借助USBXPress开发套件实现与单片机的USB通信。本课题对以上各项工作进行了认真的研究。设计并制作了心电监护系统的硬件电路,通过仿真和实验,验证了系统的可行性,实现了ECG信号的实时采集、处理和传输;LabVIEW软件提供了良好的人机交互界面,可以观察ECG信号和设置用户信息。本系统体积小、价格低、操作方便,基本达到了预期设计要求。通过对系统的进一步研究和完善,相信可以满足人们心电监护的需要,使其成为具有重要的经济价值和社会意义的医疗仪器。
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