足球比分直播

基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf

返回
基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf_第1页
第1页 / 共78页
基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf_第2页
第2页 / 共78页
基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf_第3页
第3页 / 共78页
基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf_第4页
第4页 / 共78页
基于ARM的无线生理信号检测装置的分析.pdf_第5页
第5页 / 共78页
点击查看更多>>
资源描述:
江苏大学硕士学位论文AB STRACTPhysiological monitor can provide significant parameters evidence for clinicaldiagnosis.With the rapid development of ination technology,life science andtechnology and embedded development technology,the portable monitoringequipments are demanded increasingly in many areas outside hospital.But it isdifficult to be extended greatly because of the high cost and large volume.According to the actual needs,a portable Electrocardiogram monitor is designedin this dissertation,aimed to sample Electrocardiogram signal and detect themovement of heat precisely and exactly.It could provide assistant analysis as well.The system picks up ECG signal by sensors and amplifies and adjusts it,and then theECG signal is given to MSP430 for AD conversion.The data is sent to ARM board byBluetooth and is analyzed by the ECG processing algorithms on the Mobile Smartphone which is simulated by ARM boardIn the terms of hardware,according to the features of ECG and previousphysiological data acquisition circuit of ECG,ECG acquisition module is designedspecifically to ensure the ECG signal of body surface call be detected perfectly in thethesis.AD is convened through the ADC 1 2 module inside the MSP430microcontroller.The ECG acquisition module,MSP430 MCU and the Bluetoothmodule are integrated into what is named ECG signal box.Converted data iscommunicated with ARM board via Bluetooth.In the terms of Software,the thesis introduces the system structure andperance characteristics,the system kernel and development tools for applicationof Windows CE embedded operating system;Windows CE kernel is customized inpractical need and EVC4.0 is used to develop drive for Bluetooth,the LCD control,USB drive and touch screen control and SO on.By testing,the results showed thissystem Can achieve the desired goals,such as data acquisition,AD conveas,Bluetooth wireless communications and realtime display.ECG processing algorithm江苏大学硕士学位论文is transplanted in ARM tO analyze the wave and the fimction of alarm Can berealized in time.It Call achieve the expected results.Bluetooth technology is equipped in the monitor system,which is convenient forpeople.The application of Bluetooth technology in the medical field is still limitedcurrently.HoweveL the system testing indicates that the wireless test control byBluetooth technology is feasible.In the future,it should have a good market prospect.KEY WORDSECG,MSP43 0MCU,Bluetooth,3 C24 1 0,WirelessCommunication,Windows CEIV学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口, 在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密曩。学位论文作者签名≮羽灸邱 导师签名书z粤签字日期多卯秒.∥。J 2- 签字R期M,矿·易,,2独创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名娉级锄日期弘fo年∥月,≯日江苏大学硕士学位论文1.1课题研究背景第一章绪论随着生命科学技术、信息技术、网络技术的高速发展,家庭、社区、野外救助现场等更多领域有了对医疗监护设备的大量需求,但却面临着由于监护设备成本高、体积大不便于移动等原因而难于推广的矛盾。因此,开发出体积小、智能化程度高、稳定性好的便携式医疗监护设备就成为~种迫切的需要。在数字信息技术高速发展的当今社会,嵌入式技术已渗透到了社会的方方面面,如工业控制领域、智能交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人领域等,各种嵌入式产品不断推陈出新,与人们的生活联系日益紧密。由于嵌入式系统有着体积小、功能集中、可靠性高等优点,20世纪90年代以来,嵌入式技术己广泛应用于医学仪器领域,如CT、磁共振、加速器等大型设备;彩超、经颅多普勒、动态心电、脑电、心电等电诊设备;全自动生化分析系统及免疫测试系统等检验设备,以及CCU病房病人信息监控系统、心脏起搏器手术室的呼吸麻醉监护系统和ICU、药剂控制及配药系统等,成为现代医学电子仪器的研究热点及发展方向【lJ。今后,随着嵌入式技术的进一步发展,它还将以更快的速度应用于更广泛的领域,发挥其面向应用、软硬件可剪裁、功能强大的优势,推动社会各领域的快速发展。针对便携式生理信号检测装置向病房外更广领域推广的迫切性;嵌入式系统体积小、功能强大、成本低廉等优势和智能手机日益普及的趋势,本文基于ARM的无线生理信号检测装置的研究选用了高速、低价、高性价比的ARM9核3C2410微处理器作为主控芯片来模拟智能手机,传感器、调理放大电路、MSP430以及蓝牙集成为心电采集盒,以Windows CE嵌入式操作系统作为软件开发平台进行了嵌入式开发,实现了能够向家庭、社区等更多领域推广的便携式生理信号监护设备。实现方法为通过传感器采集心电信号通过调理放大后送给MSP430单片机进行A/D转换,转换后的数据以文件的形式通过蓝牙传送给ARM板,在其上移植心电算法,进行数据处理并实时显示波形,若心率正常不报警;心率不正常则报警,并把数据存储于SD卡通过Intemet发送给远方的专门机构江苏大学硕士学位论文进行分析、诊断,己达到早发现,早预防,早治疗的舀的。1.2国内外研究现状国内外研究人员在很早以前就开始了对人体生理参数检测系统这个领域的研究i目前,先进的产品主要来自美国的惠普、太空实验室、德国的西门子等公司,这些产品具有技术先进、测量准确、抗干扰强等优点。但由于它们价格昂贵、操作界面不符合我国国情、产品损坏后更换维护不便等因素,限制了其在国内的普及。另外,在便携式无线检测系统的研制方面,国外也仍处于不断研究、不断完善的状态。在国内,随着科研水平的提高,国产的人体生理参数检测系统已经逐渐进入国内的一些大中型医酣21。这些产品具有模块化、集成化和数字化的特点,但在便携性、准确性、稳定性及抗干扰性方面仍同国外的产品有一定差距。并且在研制多生理参数无线采集系统方面,仍然没有十分成功的产品。从以上情况看,由于国外的产品不适合我国国情,限制了其在我国国内的发展,所以,在以往国内外研究开发的基础上,研制便携式、低价位、高性能的国产人体生理参数检测系统拥有更广泛的前景,我国科技水平的提高,保证了我们完全有能力自主研制出这样的系统。未来我国人体生理参数采集系统的发展方向是向着多参数、便携性、无线性、高准确性、操作方便等多种优点于一体的方向发展,这也是我们及同行努力实现的方向。1.3生理信号检测系统的构成及原理生理信号检测系统的领域不同,功能各异,但是一般说来,其整体构成基本都是相同的,如图1.1所示引。图l一1生理信号检测系统构成1生物信号检测部分通过用于非电生物信息测量的传感器或者提取生物电信息的传感元件一生物电测量电极,把反映人体状态的生理信息如心电、脑电、肌电、心音、血压、2江苏大学硕士学位论文脉搏、血流、呼吸和体温等提取出来,转化为可以处理的电信号,供后级处理。2模拟信号调理部分由于人体生物电信号具有信号弱、频率低等特点,而且处于严重的噪声背景之中,所以需要将提取的信号进行放大、滤波、运算、恢复信号特征、抑制伪迹与干扰等,对有用的信号中感兴趣的部分,实现采样、调制、解调和阻抗匹配等。3模数转换将处理好的信号进行模数转换,以使计算机系统能够接收数字数据,从而进行后续的处理、分析、存储等。4计算机系统由PC机或者由某种核心控制芯片或处理芯片控制的计算机系统,对接收的数字信号按一定算法进行运算、处理、分析,如基线漂移的处理、信号的数字平滑滤波、信号周期、幅度的计算等,将计算结果进行显示、存储,对异常数据进行报警等。1.4论文的主要研究内容要实现生理信号检测装置的大面积推广,就必须在功能强大的基础上做到体积小、成本低、环境适应能力好、稳定性高、操作简单等。而当前一方面,随着嵌入式技术的高速发展,使我们研Nd,体积、低成本、便携、同时功能更强大的生理信号检测装置成为可能;另一方面,随着电子技术、通讯技术的飞速发展,个人数字助理PDA、掌上电脑和智能手机越来越普遍的被人们使用。基于以上情况,我们提出了一种基于嵌入式Windows CE操作系统、ARM、蓝牙和Intemet网络功能的功能完善的智能化无线生理信号的设计方案。本论文主要讨论监护服务网络中智能移动生理参数检测装置的设计和开发。研究内容按以下步骤展开1采集调理放大电路的设计2Windows CE操作系统的定制移植3MSP430中ADCl2模块的AD转换4蓝牙传输5各种驱动的编写,如,蓝牙、串口、USB、LCD、触摸屏等。江苏大学硕士学位论文第二立--Sg-嵌入式系统弟一一甘欠入瓦糸统随着现代计算机技术的飞速发展和互联网技术的广泛应用,嵌入式系统是继网络技术之后又一个新的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征,嵌入式系统已经渗透到人们的工作、生活中各个方面。目前己经广泛地应用于医疗器械、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域,并成为近年来新兴的研究热点。2.1嵌入式系统概述嵌入式系统是针对具体应用而定制的专用计算机系统,根据国际电气工程师协会IEE的定义,嵌入式系统是用来控制或监视机器、装置或工厂等大规模系统的设备的,是软件与硬件的综合体。嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适用于应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有特殊要求的专用计算机系统13J。与通用计算机不同,嵌入式系统是针对具体应用的专用系统,其发展方向是提高嵌入性能、控制能力和控制的可靠性,目的就是要把一切变得更简单、更方便、更适用。它的硬件和软件设计都遵循高效率、量体裁衣、去除冗余、力争在同样的硅片上实现更高的性能。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序四部分组成14l,如图2.1所示嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式微处理器 嵌入式外隅设备嵌入式硬件平台图2.1嵌入式系统的组成4江苏大学硕士学位论文i嵌入式微处理器嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式处理器与通用处理器最大的不同点在于,嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中,它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。目前,常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器MCU、中高端的嵌入式微处理器MPU、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器DSP和高度集成的嵌入式片上系统SOC。2嵌入式外围设备在嵌入式系统的硬件系统中,除了中心控制部件MCU、DSP、MPU、SOC以外,还有用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其它部件,这些都可以算作嵌入式外围设备。常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。存储设备主要用于各类数据的存储,常用的有静态易失型存储器RAM、SRAM、动态存储器DRAM和非易失型存储器ROM、EPROM、EEPROM、FLASH三种。目前,绝大多数通用通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用,包括RS.232接口串行通信接口、SPI串行外围设备接口、IrDA红外线接口、12C两线接口总线、USB通用串行总线接口、Ethemet以太网接口等。可用于嵌入式系统的显示设备主要包括阴极射线管CRT显示器、液晶显示器LCD、LED显示器和触摸板Touch Panel等显示装置。3嵌入式操作系统嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件,是嵌入式系统极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面GUI等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面,具有更加鲜明的特点。根据应用场合,嵌入式操作系统可以分为两大类一类是面向消费电子产品的非实时系统;另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统。实时系统Real Time System是指能够在指定或者确定时I’日J内完成系统功能,并对江苏大学硕士学位论文外部和内部事件在同步或异步时间内能做出及时响应的系统。在实时系统中,操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度,还与这些操作进行的时间有关。即,实时系统对逻辑和时序的要求都非常严格,如果逻辑和时序控制出现偏差将会产生严重后果。4嵌入式应用软件嵌入式应用软件是针对特定应用领域,基于某一固定的硬件平台,用来达到用户预期目标的计算机软件。因用户任务可能有时问和精度上的要求,故有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。嵌入式应用软件和普通应用软件的区别在于不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要,还要尽可能地进行优化,以减少对系统资源的消耗,降低硬件成本。综合上述,嵌入式系统有以下几个重要特础4】1.系统内核小。2.专用性强。3.系统精简。4.高实时性的操作系统软件。5.多任务的操作系统。6.专门的开发工具和环境。2.2嵌入式处理器分类及现状嵌入式处理器作为嵌入式系统的核心部件与通用计算机中的CPU相对应。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式处理器除了在功能上和标准处理器基本一样外,还具有体积小、重量轻、低功耗、低成本、可靠性高等优点。在应用中,一般是将处理器装配在专门设计的电路板上,在核心板上只保留和嵌入式系统相关的功能即可,包括RAM、ROM、总线接口、各种外设等,这样可以满足嵌入式系统体积和功耗大幅度减小的要求。通常将嵌入式处理器分成4类,即嵌入式微处理器Microprocessor Unit,MPU、嵌入式微控制器Microcontroller Unit,MCU、嵌入式数字信号处理器Digital Signal Processor,DSP和嵌入式片上系统System On Chip,SOC[41。1嵌入式微处理器Microprocessor Unit,MPU6
展开阅读全文
收藏
下载资源

加入会员免费下载





足球比分直播