基于C8051F320的便携式心电监护仪设计
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摘要
动态心电监护仪(Holter)能记录病人处于正常生活、工作、活动条件下的心电变化,捕捉到初期的潜在的心脏疾病的心电信号,使心脏病的早期诊断成为可能。针对现有的Holter产品在实际应用中的局限性,本论文尝试采用目前电子技术特别是微机技术所提供的可能性,设计一种小型、轻便、具有实时ECG波形显示和ECG自动分析处理的心电监护仪。
本文介绍了一种便携式心电监护仪设计,该设计围绕具有高性能和灵活接口能力的单片机C8051F320进行。基于对心电图原理及其诊断技术的理解,设计了由前置放大器、滤波器和单片机内嵌的AD转换器组成的输入通道。所获取的心电图数据在存入串行FLASH芯片AT45DB321之前采用数据压缩技术加以压缩以节省存储容量,USB接口的设计使得心电图数据能转储到计算机上存单或进一步分析。该设计可望形成功耗低,体积小,长期记录的便携式心电监护仪产品。
Holter records human's ECG while he is spending his daily life, aiming at early detection of the hidden signs of heart disorder and prompt first aid to heart diseases. This thesis attempts to use the up-to-date technology in electronics and computer science, to develop a compact, portable Holter with functions such as realtime ECG recording, display, automatic diagnosis and treatment, to overcome the limitations of present Holter products.
This thesis describes a design of portable ECG monitor that is based on the microcontroller C8051F320 characterized of high performance and flexible interface capability. With the understanding of the principles and diagnostic technique of electrocardiograph, the input channel is constructed with preamplifier, filters and the ADC of the microcontroller. The acquired data of electrocardiograph are compressed to save memory space before being stored into a FLASH memory AT45DB321 with SPI interface. The USB interface is designed to facilitate the data transfer from the Holter to computers for archive and advanced analysis. The design may be developed to be a prototype of low-power, compact and long-term recording Holter.
本文介绍了一种便携式心电监护仪设计,该设计围绕具有高性能和灵活接口能力的单片机C8051F320进行。基于对心电图原理及其诊断技术的理解,设计了由前置放大器、滤波器和单片机内嵌的AD转换器组成的输入通道。所获取的心电图数据在存入串行FLASH芯片AT45DB321之前采用数据压缩技术加以压缩以节省存储容量,USB接口的设计使得心电图数据能转储到计算机上存单或进一步分析。该设计可望形成功耗低,体积小,长期记录的便携式心电监护仪产品。
Holter records human's ECG while he is spending his daily life, aiming at early detection of the hidden signs of heart disorder and prompt first aid to heart diseases. This thesis attempts to use the up-to-date technology in electronics and computer science, to develop a compact, portable Holter with functions such as realtime ECG recording, display, automatic diagnosis and treatment, to overcome the limitations of present Holter products.
This thesis describes a design of portable ECG monitor that is based on the microcontroller C8051F320 characterized of high performance and flexible interface capability. With the understanding of the principles and diagnostic technique of electrocardiograph, the input channel is constructed with preamplifier, filters and the ADC of the microcontroller. The acquired data of electrocardiograph are compressed to save memory space before being stored into a FLASH memory AT45DB321 with SPI interface. The USB interface is designed to facilitate the data transfer from the Holter to computers for archive and advanced analysis. The design may be developed to be a prototype of low-power, compact and long-term recording Holter.
引文
1.张迎新、雷文、姚静波,C8051F系列SOC单片机原理及应用[M],北京:国防工业出版社,2005
2.鲍可进,C8051F单片机原理及应用[M],北京:中国电力出版社,2006
3.杨金岩、郑应强、张振仁,8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M],北京:人民邮电出版社,2005
4.孙涵芳、徐爱卿,MNC-51/96系列单片机原理及应用[M],北京:北京航空航天大学出版社,1996
5.吴建刚,现代医用电子仪器原理与维修[M],北京:电子工业出版社,2005
6.全新实用电路集萃丛书编辑委员会,医疗保健应用电路[M],北京:机械工业出版社,2005
7.余学飞,医学电子仪器原理与设计[M],广州:华南理工大学出版社,2000
8.袁少英编,心电图诊断基础知识[M],天津科学技术出版社
9.杨玉星,生物医学传感器与检测技术[M],北京:化学工业出版社,2005
10.池田谦一,医用电子技术基础[M],上海科技出版社,1984
11.苏涛、何学辉、吕林夏,实时信号处理系统设计[M],西安:西安电子科技大学出版社,2006
12.吴乐男,数据压缩[M],北京:电子工业出版社,2005
13.洪庆月、周志林,心电图压缩技术[J],电子器件,1996.9
14.孙晓雷.基于SPCE061A便携式心电监护仪的研究与设计[J].长春大学学报,2007.4
15.王铁流 吴丹丹.基于单片机USB接口的数据采集存储电路的设计[J].ETime,2007.2
16.Silicon Laboratories.C8051F320/1 Full Speed USB,16k ISP FLASH MCU Family Datasheet,www.silabs.com
17.Atmel.32-megabit 2.7 Volt DataFlash AT45DB321C.www.atmel.com/literature
18.Analog Devices.Low Cost,Low Power Instrumentation Amplifier AD620.www.analog.com
19.廖济林,US132.0应用系统开发实例精讲[M]北京:电子工业出版社2006
20.李维堤、郭强编著,液晶显示应用技术[M],电子工业出版社
21.吕维雪等译,带微处理机的医学仪器的设计[M],人民卫生出版社,1983年
22.徐科军、陈荣保、张崇巍.自动检测和仪表中的共性技术[M].北京:清华大学出版社,2000.12.
23.武永成、杨玉星,“一种适于实时滤除ECG工频干扰新方法”[J],中国医疗 器械杂志,1999年第23卷第3期
24.王海滨等,“一种消除ECG信号中50Hz工频干扰的数字滤被方法”[J],中国医疗器械杂志,1997年第21卷第6期
25..董秀珍等,“心动和肺阻抗血流图同步记录仪”[J],第四军医大学学报,1987;11(2):99-101
26.I.I,Christov,et al,New approach to the digital elmination of 50Hz interference from the electrocardiogram,Med.&Biol.&Comput,1988;26:431-434
27.Joan Barry et al,Ambulatory monitoring of the digitized electrocardiogram for detection and early warning of transient myocardial ischemia in angina pectoris,The American Journal of Cardiology,1987;(90)6
28.Bruce B.Winter & John G.Webster,Driven-Right-Leg Circuit Design.IEEE Trans.1983,BME-30(1):58-62
29.唐渝等,“简单整系数递归数字滤波器及其在生物医学中的应用”[J]中国医疗器械杂志第13卷第2、4、6期
30..李翠微等,“ECG自动分析技术的发展”[J],国外医学生物医学工程分册,1994年第17卷第1期
31.姜宗义等,“一种新型有源陷波器设计”[J],中国生物医学工程学报,1997年12月第16卷第4期
32.董秀珍,“心电理论与心电诊断技术”[J],医疗卫生装备,1993年第2期
33.杨玉星等,“一种用于心电显示与分析系统的LCD监视器”[J],中国医疗器械杂志,1989年第13卷第3期
34.杨玉星等,“LCD便携式急救心电监护仪”[J],中国医疗器械杂志,1995年第19卷第2期
35.杨振野等,“一种用于便携机的多功能心电前置放大器”[J],生物医学工程学杂志,1997;14(4):400-401
36.沈振宇等,“实时动态心电监护系统”[J],南京大学学报,1993年4月,第29卷第2期
37.张力新等,“用IIR算法消除ECG基线漂移”[J],天津大学学报,1998年1月,第31卷第1期
38.杨纪成,“自动分析心电监护仪的QRS复合被检出方法”[J],生物医学工程学杂志,1991;8(1):61-65
39.罗小松等,“一种新的QRS检测技术”[J],中国医疗器械杂志,1993年第17卷第1期
40.陈为诗等,“生理信号检测中的有源工频陷波器”[J],生物医学工程学杂志,1990:7(3):238-242
41.何军,“Holter的发展和现状”[J],实用医技杂志,1997年4卷8期
42.宗伟等,“心电监护的技术发展及展望”[J],上海生物医学工程杂志,1997年第18卷第2期
43.范开泰等,“心电图的回顾与展望”[J],世界医疗器械,2000年9月第6卷第9期
44.鲁勇军,“美国专家预测医疗器械技术的未来十年发展趋势”[J],1999年8月第5卷第8期
45.胡宗泰,“我国医疗器械产业入世后的前景”[J],中国医疗器械信息,2000年第6卷第1期
2.鲍可进,C8051F单片机原理及应用[M],北京:中国电力出版社,2006
3.杨金岩、郑应强、张振仁,8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M],北京:人民邮电出版社,2005
4.孙涵芳、徐爱卿,MNC-51/96系列单片机原理及应用[M],北京:北京航空航天大学出版社,1996
5.吴建刚,现代医用电子仪器原理与维修[M],北京:电子工业出版社,2005
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15.王铁流 吴丹丹.基于单片机USB接口的数据采集存储电路的设计[J].ETime,2007.2
16.Silicon Laboratories.C8051F320/1 Full Speed USB,16k ISP FLASH MCU Family Datasheet,www.silabs.com
17.Atmel.32-megabit 2.7 Volt DataFlash AT45DB321C.www.atmel.com/literature
18.Analog Devices.Low Cost,Low Power Instrumentation Amplifier AD620.www.analog.com
19.廖济林,US132.0应用系统开发实例精讲[M]北京:电子工业出版社2006
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31.姜宗义等,“一种新型有源陷波器设计”[J],中国生物医学工程学报,1997年12月第16卷第4期
32.董秀珍,“心电理论与心电诊断技术”[J],医疗卫生装备,1993年第2期
33.杨玉星等,“一种用于心电显示与分析系统的LCD监视器”[J],中国医疗器械杂志,1989年第13卷第3期
34.杨玉星等,“LCD便携式急救心电监护仪”[J],中国医疗器械杂志,1995年第19卷第2期
35.杨振野等,“一种用于便携机的多功能心电前置放大器”[J],生物医学工程学杂志,1997;14(4):400-401
36.沈振宇等,“实时动态心电监护系统”[J],南京大学学报,1993年4月,第29卷第2期
37.张力新等,“用IIR算法消除ECG基线漂移”[J],天津大学学报,1998年1月,第31卷第1期
38.杨纪成,“自动分析心电监护仪的QRS复合被检出方法”[J],生物医学工程学杂志,1991;8(1):61-65
39.罗小松等,“一种新的QRS检测技术”[J],中国医疗器械杂志,1993年第17卷第1期
40.陈为诗等,“生理信号检测中的有源工频陷波器”[J],生物医学工程学杂志,1990:7(3):238-242
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42.宗伟等,“心电监护的技术发展及展望”[J],上海生物医学工程杂志,1997年第18卷第2期
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