開題報告--基于單片機的心電圖儀設(shè)計

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目：基于單片機的心電圖儀設(shè)計</p><p><b>　　學 院： </b></p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p>　　學生姓名： </p><

2、;p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 3月 12日</p><p>　　基于單片機的心電圖儀設(shè)計 </p><p>　　一、課題的背景與意義</p><p>　　1.1國內(nèi)外的發(fā)展狀況及趨勢</p><p>　　隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展,威脅人類健康生命的疾病從

3、傳染病逐漸過渡為慢性非傳染性疾病,心血管病就是目前全球性的主要非傳染性疾病之一。預(yù)計到2020年,因心臟病等心血管疾病而死亡的人數(shù)將突破2000萬,我國和其他發(fā)展中國家,也將會在那時迎來心臟病的流行頂峰。目前在我國,由心血管疾病引起的死亡已經(jīng)占到了總死亡構(gòu)成比的40%左右[1],對人們的健康造成了極大的威脅。目前這一信號已引起人們的重視,然而與其他疾病相比,心血管疾病發(fā)作具有隨機性、突發(fā)性、危險性等特點,據(jù)北京急救中心統(tǒng)計多數(shù)患者因發(fā)病

4、于家中或工作場所而不能及時得到病癥診斷而延誤了搶救時機,從而喪失了寶貴的生命。因而人們非常期待一種便攜的醫(yī)療儀器關(guān)愛自己的生命健康。</p><p>　　不論何種原因引起的心血管疾病,疾病發(fā)展到后期大多數(shù)都會引起心電傳導(dǎo)組織及心臟肌肉細胞的結(jié)構(gòu)和生理特征發(fā)生變化,而這些變化都會使其電生理活動規(guī)則發(fā)生變化,這些變化能夠傳導(dǎo)到人體皮膚表面,因此通過放置在人體皮膚表面適當位置的電極就可以一記錄心臟活動的電位變化,進而形

5、成心電圖[2],為心血管疾病的臨床診斷提供重要依據(jù)。荷蘭Leiden大學的威廉·愛因托芬(w.Einthoven,1860～1927)教授就是依據(jù)這一原理研發(fā)出了第一臺心電記錄器[3]。目前的心電監(jiān)護設(shè)備主要分為常規(guī)心電儀和動態(tài)心電儀兩類。其中常規(guī)心電儀主要用于醫(yī)院中,這類設(shè)備能夠?qū)崟r、連續(xù)、長時間的檢測病人病理數(shù)據(jù),但其往往價格昂貴,體積笨重,不便于攜帶,很難在急救狀態(tài)下及時進行心電監(jiān)護工作,不適合普通大眾使用。而動態(tài)心電儀

6、雖價格相對合理,易于攜帶,也能實時一記錄病人的心電變化,可以捕捉病人潛在的心臟疾病心電信息[4],但由于其不具備實時分析和顯示等功能,在一些緊急特殊情況下不能對病人心電數(shù)據(jù)進行及時診斷分析[5]。</p><p>　　近年來國內(nèi)外的各個醫(yī)療儀器公司均在大力研發(fā)新式心電儀,使得心電儀市場出現(xiàn)了百花齊放,百家爭鳴的局面,各具特色的心電儀產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。目前市場上應(yīng)用較廣的便攜式心電儀主要可以分為以下幾類:</p&

7、gt;<p>　　1)心電記錄儀。這類心電儀采用電池供電,易于攜帶,可實時記錄數(shù)據(jù),但不能實時觀察分析所得數(shù)據(jù)。</p><p>　　2)手持式心電儀。此類心電儀體積較小,電池供電,攜帶方便,可實時記錄觀察數(shù)據(jù),但目前手持式心電儀多數(shù)仍為非彩色液晶屏顯示,且尺寸較小,不能多通道顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　3)具有較多功能的多參數(shù)監(jiān)護儀。這類產(chǎn)品多數(shù)采用外接電源供電,體積相

8、對較大,能夠較清晰的分析顯示數(shù)據(jù),且除具有心電監(jiān)測功能外還有其他一些人體生命參數(shù)監(jiān)測功能,操作復(fù)雜,適用于醫(yī)療機構(gòu)使用[6]。</p><p>　　這些心電儀采用的技術(shù)均較為先進,能較好的實現(xiàn)心電信號的采集及處理,同時在小型化方面取得了很大進步,且功能越來越強大,提高了其使用性能與對病情的準確診斷,代表了現(xiàn)今心電儀的發(fā)展,但仍有一些不足如:</p><p>　　1)心電儀性能較好的大部分為

9、國外產(chǎn)品,其界面操作基本為英文,中國用戶使用非常不便。</p><p>　　2)心電儀產(chǎn)品多數(shù)仍體積較大,不易于隨身攜帶使用。</p><p>　　3)手持式類心電儀顯示屏幕較小,不利于觀察操作。</p><p><b>　　4)產(chǎn)品價格偏高。</b></p><p>　　5)多數(shù)心電儀仍采用按鍵操作,對于專業(yè)性要求較高

10、的心電儀,用戶使用非常不便[7]。</p><p>　　不過隨著技術(shù)的進步,及國內(nèi)研發(fā)能力的不斷提高,這些問題將逐漸解決,心電儀市場也將迎來大眾化普及化。</p><p>　　1.2課題研究的目的及意義</p><p>　　本課題是為了設(shè)計出能夠便于攜帶，居家使用的心電圖儀，采用以MSP430</p><p>　　單片機為核心的控制方案，通過

11、ADS1298將心電信號進行采集、放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，達到低功耗、便攜式等特點[8]。</p><p>　　在我國，心血管疾病逐年上升的趨勢隨著人民生活水平的提高、肥胖人群的增加而呈現(xiàn)加速，加上人民的保健意識也逐漸增強，因此有必要設(shè)計一種體積小,易于隨身攜帶,能夠長時間檢測,實時一記錄、顯示心電數(shù)據(jù),便于觀察心電圖歷史波形,方便疾病快速診斷,價格低廉,滿足家庭需要,適合各種場合應(yīng)用的便攜式心電儀器[9]。<

12、/p><p>　　二、課題研究的主要任務(wù)和預(yù)期目標</p><p>　　2.1主要任務(wù)和要求</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是以MSP430單片機為核心設(shè)計一款具有動態(tài)監(jiān)測，實時一記錄、顯示心電數(shù)據(jù)的心電圖儀。主要對心電信號的實時監(jiān)測，實時顯示。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計達到的主要要求：</p><p>　

13、　1、學習并掌握心電圖儀系統(tǒng)設(shè)計[10]的整體思路。</p><p>　　2、學習并掌握基于MSP430單片機設(shè)計的電路系統(tǒng)。</p><p>　　3、學習上位機的顯示界面的制作[11]。</p><p>　　4、提交整個系統(tǒng)硬件原理設(shè)計，PCB板原理圖[12]以及實物演示。</p><p>　　2.2預(yù)期達到的目標</p>&

14、lt;p>　　本畢業(yè)設(shè)計最終達到的目標是設(shè)計的心電圖儀能夠在電腦上進行數(shù)據(jù)的傳送，并且能夠顯示心電波形圖，能夠達到實時監(jiān)測的目的。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計</b></p><p>　　3.1 硬件部分設(shè)計</p><p>　　3.1.1 單片機的選擇</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計采用的單片機是M

15、SP430F5529，德州儀器MSP430系列超低功耗微控制器包含多種器件，具有不同組的對象的各種應(yīng)用的外圍設(shè)備。 該體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合豐富的低功耗模式，優(yōu)化，以達到延長電池壽命的便攜式測量應(yīng)用。該器件具有一個強大的16位RISC CPU，16位寄存器和有助于常數(shù)發(fā)生器最高的代碼效率[13]。 數(shù)字控制振蕩器（DCO）允許喚醒從低功耗模式，以主動模式3.5μs（典型值）[14]。由于本次設(shè)計需要考慮到低功耗的問題，因此采用MSP430F55

16、29單片機。</p><p>　　3.1.2 心電信號采集處理模塊</p><p>　　該模塊的主要功能是對心電信號的采集與處理，基于人體心電信號的特點，需要前端模擬采集電路有足夠大的輸入阻抗、足夠高的共模抑制能力、較寬的電壓動態(tài)范圍。因此采用CMRR>100dB、輸入電壓動態(tài)范圍達±400mV、內(nèi)置EMI濾波器的ADS1298，既能達到前端模擬電路的設(shè)計要求，又可以簡化電

17、路減小儀器體積降低儀器功耗[15]。ADS1298可分為EMI濾波器、控制開關(guān)、儀表運放、Σ△24位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等部分[16]。</p><p>　　3.1.3 顯示模塊</p><p>　　本課題采用上位機進行設(shè)計心電圖顯示，對采集的心電信號進行濾波、放大、顯示[17]。LabVIEW2010開發(fā)平臺下編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為VI。VI包括三個部分：前面板程序、框圖程序。前面板程序

18、的功能是實現(xiàn)信號采集的控制、處理和直觀表達;框圖程序程序乃系統(tǒng)程序的圖形化源代碼，主要包括函數(shù)、結(jié)構(gòu)和代表前面板上各控制對象和顯示對象的端子以及連線等，用于實現(xiàn)對信號的采集處理和分析等操作[18]。利用LabVIEW2010設(shè)計的心電采集系統(tǒng)的前面板。虛擬儀器的前面板是儀器與用戶交互的可視化操作界面，用戶通過操作前面板的各種開關(guān)和按鈕，可以實現(xiàn)心電信號的實時采集、心率計算與顯示、波形存儲等各項功能[19]。</p><

19、;p>　　圖一：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3.2 軟件部分</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計的心電圖儀的軟件部分準備應(yīng)用 C語言進行編程[20.21]。</p><p>　　圖二：心電圖儀流程圖</p><p><b>　　四、預(yù)期成果形式</b></p>

20、<p>　　本系統(tǒng)是以MSP430F5529單片機與ADS1298為核心，結(jié)合ADS1298的外圍電路實現(xiàn)心電圖儀的設(shè)計。最后本設(shè)計預(yù)期的成果是設(shè)計出本系統(tǒng)的硬件電路圖，制作PCB版圖，上位機顯示心電圖，最后進行最實物演示。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計工作計劃及進度安排</p><p>　　1、第一周：了解本課題內(nèi)容，查閱相關(guān)中外資料</p><p>

21、;　　2、第二周：查閱資料，進行英文文獻翻譯</p><p>　　3、第三周：編寫畢業(yè)設(shè)計開題報告</p><p>　　4、第四周：對開題報告中提出的方案進行可行性論證</p><p>　　5、第五周：對ADS1298的前端電路設(shè)計</p><p>　　6、第六周：總體電路圖概況性設(shè)計</p><p>　　7、第七周：

22、繪制總體電路圖與PCB版圖</p><p>　　8、第八周：制作PCB版，進行電子元件的選擇</p><p>　　9、第九周：進行對SPI口的傳送部分編程</p><p>　　10、第十周：對ADS1298傳送的數(shù)據(jù)進行編程</p><p>　　11、第十一周：進行PCB版的焊接，導(dǎo)聯(lián)部分的制作</p><p>　　1

23、2、第十二周：上位機顯示的制作</p><p>　　13、第十三周：對整體程序進行調(diào)試編譯</p><p>　　14、第十四周：對整個系統(tǒng)進行演示與檢查</p><p>　　15、第十五周：撰寫最終畢業(yè)論文框架結(jié)構(gòu)</p><p>　　16、第十六周：撰寫最終詳細論文</p><p>　　17、第十七周：準備答辯<

24、;/p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 王薇,趙冬.我國心血管病及其主要危險因素的流行病學研究.首都醫(yī)科大學學報,2005 26(2):143一146.</p><p>　　[2] 吳建剛,孫喜文,孫志輝,張寶性.現(xiàn)代醫(yī)用電子儀器原理與維修「M],北京:電子工業(yè)出版社,2005.</p><p

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