PAGE PAGE 18 基于LabVIEW的心率监测系统 摘要：流动中的中国，伴随着生活水平的提高一系列现代化的副产物也凸显，影响着我们的生命安全、生产生活。心电信号有自身较强的特征，实际中普遍采用较为三导联、五导联心电监护收集信号，在此文中直接给出数据，此心电监测系统以MSP430单片机为核心进行信号的转换和处理。该系统将采集到的患者的心电信号进行放大滤波处理，并将处理好的信号通过GPRS无线传输模块发送至接受者移动装置上。此系统下位机实现信号数据的采集，上位机完成数据处理、监控目的。结合实际，考虑两种情况，在室内超过额定数值时，会进行GSM通信，当身处外界的时候，一旦超过限值，会发出警报，提醒使用者。 关键词：心电信号检测 ； Labview ； 单片机 Heart rate monitoring system based on Labview Abstract: In flowing China, along with an array of modern living standards improve byproducts also highlights the impact of our life safety, production and life. ECG has its own strong characteristics, widely used in practice more three-lead or five-lead ECG signal collection, data are given in the text directly, this ECG monitoring system MSP430 microcontroller as the core switching signal and processing. The ECG acquisition system to amplify a patients filtering and processing good signal to the receiver on the mobile device via GPRS wireless transmission module. Under this system, crew realized signal acquisition data, the host computer for data processing for monitoring purposes. Combined with practical, consider two cases, in a room above the rated value, will conduct GSM communication, outside the time when the Language, once more than the limit, alerts to remind users. Key words：ECG detected ； Labview ； SCM 引言 伴随着生活水平的提高一系列现代化的副产物也凸显，影响着我们的生命安全、生产生活。心脏血管类的疾病带来的危害越来越引起我们的重视，在容易患得的疾病中，心血管疾病名列前茅心脑血管疾病是一种致残率高的疾病。一旦得上这类疾病,自己很难生活自理,给家庭造成很大的经济负担和心理压力。无数科学家、医疗研究员致力于攻克此类疾病，由于疾病的特殊性，预防优于治疗，且是否能在第一时间发现患者的发病状况是关键。一些病人刚发病时不在意，没有跟进治疗，错过了最佳诊治时机诊治机会，危及个人生命。由此可见，预防监控此类疾病的发生对维护公众生命健康的意义深远，甚至是迫在眉睫，心率监测系统实时检测心率应运而生。 技术的变化日新月异，以前用简单听诊设备在胸腔靠行医者主观经验来判断是否有疾病误差太大，效果不佳，而现在依托精密电子仪器，可信度高，避免客观误差，数据精确。电子仪器性能卓越，操作方便且有规律，节省人力物力财力。受到先进科学技术的推波助澜，各种医疗设备都有显著有效的提升，人们的目光更多的转向对疾病的预防检测上，取代了以前的发病了再治疗。在心率检测方面，心电监测系统迎合了最广大人民群众普遍而紧迫的需求。目前心率计针对不同场合，不同人群的需求，设计了多种设计形式，有可以随身携带的、有可以进行不在身边远程操作的、还有专门为医疗打造的专业性强的。通常，心率值和心率变异值是两个重要的生理参数和依据来诊断有无心脏疾病，也是研究人员进行科学研究的指向标和设备生产的资金投入重头。许多发达国家的心率测量技术已经较为成熟，近些年来，许多可佩戴式心率检测设备发展的如火如荼不断在市场上涌现，MioFuse智能手环，可以算是医学界心率监测设备的鼻祖，芬兰的PulseOn公司推出同名的心率检测器，声称准确率是世界最高。聚焦国内，心率计技术发展如火如荼，同样有琳琅满目的产品，消费市场前景ued体育官网可观，空间广阔，且价格目前算是平价产品。心率监测仪器不仅是保健器械，现在还逐渐成了运动专业装备。 1 系统知识简介 1.1 系统研究主旨简介 1.1.1研究功能目标 通过全球移动通讯系统实现对心率值远程传输、通过串行通信传输到上位机对心电进行LabVIEW监测、经过单片机再经LED显示模块来实现便携心率检测的主要功能。 1.1.2系统研究工作方向 1选取采取收集心电信号的方式方法； 2规划设计检验ECG采集调理电路； 3基于LabVIEW设计上位机软件，显示心电波形、心率的实时状态；对患者信息进行保存。 1.2心电信号采集方案 1.2.1心电信号特征 心电信号具有频率低、信号弱的特性，范畴属于生物医学，根据国际上通行的心电标准水平，正常的人体心电信号的幅度范围为10微伏~4毫伏，频率范围为0.05赫兹~100赫兹，除此之外，心电信号还具有如下特性： ①表现为微弱性。信号通常为近距离检测，且捕捉到的心电信号很微弱，有一定偶然性，至多为毫伏量级的。 ②不稳定性。信号受时间、空间、物理环境、心理状态等等一系列因素影响，表现出一定程度上的随机性、不稳定性、不可控性。 ③低频特性。以人体为代表的生物体心电的信号阈限范围较小，频率以低频为主，集中在100Hz左右。 ④强干扰性。干扰分为内在与外在两类，内部因素包含肌电干扰、呼吸干扰等；外部因素有工频干扰、其测量方式等，而且心电信ued体育官网号与干扰信号容易重叠，带来不小的挑战。 1.2.2心电信号采集方式选取 方案一：借助红外线。人的动脉中的血是以脉冲的方式进行流动的，将红外光照射到人体的主要动脉血管上，穿透血管，将血液脉冲的流动信号反馈给接收管，再经调试电路，把采集到的信号进行放大、滤波后在交由单片机处理最后得到的就是信号实时数值。此法性价比高，适用于私人在平时的自查防护。 方案二：借助电阻。电阻法的有点相比而言就是价格较低，但是误差也比较大。与程序相应的变化基于电阻动脉血流发生，但它是获得在心脏速率这一变化的时候会受制于个体差异、环境差异、温度差异，降低准确性。 方案三：心电位法。也就是平时在医院做的心电图，用的是专业的机器，测量数据精准明确，具有多种心电参数，但是心电电极的安放要求较高，需要专职人员安放，对患有心脏疾病的病人的远距离监控得益于此法。 经过反复分析对比，决定采用第三个方案 1.3 单片机型号选择 下位机微处理器的选择有以下几个方案： 方案一：采用AT89S51单片机。AT89S51是CMOS 8位单片机，具有低功耗、高性能的特点。片内含4k Bytes ISP的可擦写1000次的EEPROM，对器件的制造采用的是非易失性、高密度存储技术，具有80C51引脚结构和兼容MCS-51指令系统的性能，集成8位中央处理器和ISP Flash存储单位。 方案二：采用MSP430单片机。MSP430是16位，具有超低功耗，低电压，处理能力强，系统稳定，高性能模拟技术及丰富的片上外围电路等特点的微控制器。12 AD转换器具有内置的采样和保持的特点，特别是有第二个功能为12位AD输入端口P6实现转换模块。 MSP430的功耗比AT89S51的要低，在仪器中应用比较广泛，具有五种节电模式，有利于仪器的长时有效的使用。另一方面，MSP430f149内置的AD功能替代了AD芯片，省去了选择芯片的环节。总的来说，方案二是实现功能设计目标的最佳选择方案。 1.4 无线通信模块选择 无线通信的目的是为了完善检测的效果，起运作过程机制是：首先，通过无线通信，建立家庭与病人的身体状况反馈的机制，及时有效地把握状态，在突发状况时，可以告知家人。此外，通过无线通信模块的医院救护系统的方式，第一时间派人到医院的紧急援助请求，医院对病人可以尽可能安排，调度救护车，实施抢救，及时转移，尽快到达，不浪费宝贵的时间，保护患者的生命安全。无线传输优点明显，无需借助线缆传输，使用者可以随时随地享用红利，监控检测变得更加的强而有力。眼下，心电无线监护系统利用无线移动通信的范围广、情况多。 方案一：借助蓝牙技术。蓝牙是一个开放的，短距离无线通信技术标准。它可以在一个较小的领域，通常约10米的半径，具有良好的安全性能，低资本，低能源消耗，通过各种NFC设备可以实现资源的无缝共享。依托蓝牙心脏监测仪、心脏速率监控系统是通过与病人家属手持或医院抢救中心构建无线局域网蓝牙设备的家居系统。虽然蓝牙技术是应用普遍，抗干扰能力强，联通自由，但蓝牙技术传输距离短，不适合远距离传输。 方案二：借助Wi-Fi技术。Wi-Fi电信号频率高，实现PC、手持设备接入网络的无线通信技术。Wi-Fi技术的覆盖范围广泛（半径可达100米）而且限制少、门槛低、传输速度快、具有极佳的稳定性和可靠性、辐射小不会对人体带来过度损伤，但是随着距离的增长，信号变得越差，距离远远无法满足需求，达不到远程传输的要求、受位置的影响大。 方案三：借助GSM技术。上世纪90年代，标准的通信组织ETSI制定的国际GSM数字移动通信标准，发放标准中，最广泛使用的是GSM，设备具有GSM标准已经占据了目前全球移动通信设备市场的90％以上。 GSM具有高稳定性，强抗干扰能力，灵敏度高的优势。不断发展的网络应用的技术需求，使得移动通信技术也迈向更高的层次。 因为手机目前已经基本普及，GSM网络已覆盖全国大部分地区，盲区少，信号稳定，通信距离不受影响。且GSM短消息收发简单和非常经济的，可靠的，和GSM技术传输稳定、快速，所以采用方案三，通过两张SIM卡实现信息的发送和接受。 1.5 显示模块选择 方案一：数码管显示。数码管包括几个发光二极管，这些组装汇集成一帧“8”字形的设备。要清除LED数码管显示的数字，我们需要通过驱动电路使用的驱动电路来驱动每个段数码管，显示出我们想要的数字。清晰数码显示，能接受住强烈的阳光下测试。 方案二：LCD液晶屏显示。LCD1602是一种字符型液晶，同一时间内可以显示32个字符，可以较为方便的显示符号，数字，字母，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，虽然显示效果简单，但是其最显著的优势就是价格便宜，降低成本，而且控制简单、体积小、耗能少，超薄轻巧等优点,在便携式仪表和低功耗系统中得到广泛的应用 基于上述两个方案中，数码管比液晶耗能低，LCD1602显示丰富，价格低，有利于压缩成本，所以两个选择中第二个更好。 2硬件结构设计 2.1 结构总体 false 图2-1 系统硬件框图 2.2 信号采集调理电路 2.2.1 心电信号波形分析 false 图2-2 心电波形图 心电信号的标准对照波形是有六个波峰与波谷，分别以字母P、Q、R、S、T、U表示。标准式的心电波形如图3-2所示，可以从该图中的ECG波形基本上的变化是有规律的，由不同的频带构成的整个循环，每个频带下面描述中可以看出： ①P波：P波代表心房肌除极的电位变化。 ②P-R间期：从P波的起点至QRs波群的起点，代表心房开始除极的时间。 ③QRS波群：代表心室肌除极的电位变化。 ④S-T段：指S波的终点到T波的起点这段时间，大致反映心室肌动作电位复极化的平台期。 ⑤T波：是发生在心室复极时的电位变化。 ⑥Q-T间期：它是指QRS开始的起点到T波结束的重点终点的过程，这期间完成了心室的除极和复极全过程。它与心率速率成正相关关系。 ⑦U波:在心室复极点位变化的波形之后出现的低而宽的波形，代表心室后继电位。u波方向大体与T波相一致，U波具有较高的临床研究意义。 表2-1 心电正常值范围表 P波幅度≤0.25mv ，宽度≤0.11s PR间期 120~200ms QRS波群 0.5~2.0mv ST段 -0.05~0.3mv T波 1.2~1.5mv QT间期 340~430ms U波 0.2~0.3mv 2.2.2 心电信号调理电路 由于心电信号自身比较弱，通常单位是毫伏甚至微伏，因此是格外容易得受环境的影响。而一直对应的，我们想要得到更强的信号，不得不增强信号的强度，过滤掉干扰信号，减小噪声比，只有如此，才能提高检测检验的准确性、可靠性。这就要求对信号进行采集的电路必须具备强抗干扰能力。 处理模拟信号的作用包含内部或外部的各种干扰中提取信号，然后通过信号放大电路被转换成电平更符合提供到A

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