低功耗的心电信号采集硬件电路的研究与设计
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心电监测系统是以人体心电信号为对象,主要完成对微弱心电信号的数据采集、信息传输和波形显示,研究以及设计低功耗、低成本监测系统有极大的经济价值和社会意义。文章中根据搜集大量数据资料得到的人体心电信号特征,并以无线传输网络为依托设计了一款对心电信号实时监控的辅助性医疗设备。本设计采用TI公司的高性能、低功耗的CC2431微处理器为核心进行终端节点设计、路由器节点设计和协调器节点设计,这些节点分别作为信号采集以及数据在无线网络传输的硬件支持,以便于信息能够及时、稳定地传输到控制中心,并实验验证了终端节点的低功耗和准确性。根据zigbee协议内容,深入细致地分析了zigbee的架构及其各个层级之间的关系、各层在建网和数据传输过程中发挥的作用,成功地摸清了其建网过程,理清了软件设计流程,同时也清晰地认识到终端节点、路由器节点和协调器节点在网络中的功能。本系统不仅能够运用在医疗领域,还可以应用于军事、体育等领域,因此心电信号实时监测系统只是系统的分支,其最大的特点是便携性、功耗低,能够使用户的数据信息在任意境况下都可以及时、准确地以无线传输方式到达医疗控制中心或者家庭私人特护服务中心,给医生准确判断患者病情提供了依据。
摘要 | 第3-4页 |
Abstract | 第4页 |
1 绪论 | 第7-12页 |
1.1 课题的研究背景及意义 | 第7-8页 |
1.2 国内外研究现状 | 第8-10页 |
1.2.1 WBAN研究现状 | 第8页 |
1.2.2 WSN研究现状 | 第8-10页 |
1.2.3 WSN与WBAN相结合研究现状 | 第10页 |
1.3 论文研究内容和目标 | 第10-11页 |
1.4 论文组织结构 | 第11页 |
1.5 本章小结 | 第11-12页 |
2 心电监护系统关键技术研究 | 第12-26页 |
2.1 无线体域网关键技术研究 | 第12-15页 |
2.1.1 无线体域网体系结构 | 第12-13页 |
2.1.2 无线体域网的特性 | 第13-14页 |
2.1.3 无线体域网的关键技术 | 第14-15页 |
2.2 zigbee无线传感器网络概述 | 第15-20页 |
2.2.1 WSN(Wireless Sensor Network)常用通信技术比较 | 第15-16页 |
2.2.2 Zigbee协议 | 第16-19页 |
2.2.3 Zigbee无线传感器网络拓扑结构及关键技术 | 第19-20页 |
2.3 分析心电信号特性 | 第20-25页 |
2.3.1 心电信号的产生 | 第20-21页 |
2.3.2 心电信号的特点 | 第21-23页 |
2.3.3 心电信号干扰分析 | 第23-25页 |
2.4 本章小结 | 第25-26页 |
3 总体方案设计 | 第26-30页 |
3.1 设计原则 | 第26页 |
3.2 整体结构 | 第26-27页 |
3.3 信号终端采集节点设计要求 | 第27-28页 |
3.4 路由器节点总体设计 | 第28-29页 |
3.5 协调器总体设计 | 第29页 |
3.6 本章小结 | 第29-30页 |
4 硬件设计 | 第30-53页 |
4.1 心电导联 | 第30页 |
4.2 生物医学电极安放位置 | 第30-35页 |
4.2.1 标准导联 | 第31-32页 |
4.2.2 单极肢体导联 | 第32-33页 |
4.2.3 加压单极肢体导联 | 第33-34页 |
4.2.4 单极胸导联 | 第34-35页 |
4.3 信号放大电路 | 第35-41页 |
4.3.1 前置放大以及右腿驱动电路 | 第35-40页 |
4.3.2 右腿驱动(DRL driven right-leg) | 第40-41页 |
4.4 滤波电路 | 第41-46页 |
4.4.1 滤波电路 | 第42页 |
4.4.2 高通滤波 | 第42-43页 |
4.4.3 工频滤波 | 第43-45页 |
4.4.4 低通滤波 | 第45-46页 |
4.5 主放大电路与电平匹配 | 第46-47页 |
4.6 信号处理与传输模块 | 第47-52页 |
4.6.1 处理器芯片介绍 | 第47-50页 |
4.6.2 路由器节点设计 | 第50-51页 |
4.6.3 协调器节点设计 | 第51-52页 |
4.7 本章小结 | 第52-53页 |
5 软件设计 | 第53-60页 |
5.1 终端采集节点的程序设计 | 第53-57页 |
5.1.1 信号采样与处理 | 第53-56页 |
5.1.2 数据传输软件设计 | 第56-57页 |
5.2 路由器节点软件设计 | 第57-58页 |
5.3 协调器节点软件设计 | 第58-59页 |
5.4 本章小结 | 第59-60页 |
6 采集系统实验 | 第60-67页 |
6.1 硬件电路检测 | 第60-66页 |
6.1.1 增益 | 第60-61页 |
6.1.2 设备要求 | 第61页 |
6.1.3 滤波器的设计 | 第61-65页 |
6.1.4 低功耗、低成本 | 第65-66页 |
6.2 本章小结 | 第66-67页 |
7 结论 | 第67-69页 |
7.1 主要结论 | 第67页 |
7.2 后续展望 | 第67-69页 |
参考文献 | 第69-72页 |
攻读硕士学位期间发表的论文 | 第72-73页 |
致谢 | 第73-75页 |
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