基于无线传感网络的多导联心电监护系统的研究和设计

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心血管疾病在我国一直是人体健康的第一杀手。对于人体的心电信号的检测和监护工作,常规的医院心电设备只能进行短时间内心电图的检查,不易捕捉到人体偶发性的失常心电信号。而便携式的Holter装置只能把数据采集后存储在Flash存储器中,监护完成之后才能对心电信号进行判断,不能对心电信号进行实地数据上传监护,更无从谈起实时地分析预警。所以,研发一套便携式、低功耗、动态实时的心电监护产品显得十分必要。本文设计了一套基于ZigBee无线传感网络的多导联心电监护系统。完成了整个系统方案的设计、制定和实现工作。根据心电信号微弱、噪声干扰强等特征,进行了心电导联体系的相关研究工作,设计了前端三路心电采集部分,完成了PCB设计与调试,并最终采集到理想的心电波形信号。模数转换部分,采用了两种开放式的设计方案。一种设计方案是传统的使用MSP430内部的模拟多路器和12位的模数转换内核,实现多路心电信号的实时切换和模数转换。另一种设计方案是使用独立的高精度ADC模块,实现多路心电信号的实时切换和模数转换。本设计中采用了AD公司18位的模数转换器AD7691,通过SPI接口配合MSP430F149实现三路心电信号的同步采集工作。这两种设计方案,都能够实现多路导联信号同步切换、同步采集。在第二种设计方案中,硬件上省略了二级放大滤波电路和50Hz陷波电路,缩小了板图体积。把AD7691转化后的数字心电信号通过数字信号滤波的方式进行处理,这样,大量需要硬件处理的工作转化为用软件实现,符合系统应用所需要的低功耗、便携性需求。在研究分析各种短距离无线通信技术之后,根据本系统的应用需求和系统特点,最终选择了ZigBee无线通信技术。对ZigBee无线通信协议进行了研究,分析了初始化网络、建立网络、加入网络的过程,最终使用CC2430芯片组建了无线心电信号传感网络。通过验证,能够实现心电信号的可靠、无失真、实时传输。点对点通信距离在室内穿墙条件下可达到15m左右,室外空旷条件下可达上百米,达到了预期设计要求。系统设计完成之后,对系统进行了测试。经过测试验证,该基于无线传感网络的多导联心电系统能够连续稳定工作。该系统体积小、功耗低、便携性好、信号稳定可靠,能够满足在家庭或社区等实用环境中应用。能够实现心电信号的实时监护的工作,满足了设计初期的需求,对国内心脑血管疾病的远程监护工作有积极的推动意义。
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