低功耗便携式人体生理信号监测系统

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1、东北大学硕士学位论文低功耗便携式人体生理信号监测系统姓名：韩丽敏申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：韩清凯20060101东北大学硕士学位论文摘要低功耗便携式人体生理信号监测系统摘要目前，医院常用的人体生理信号监测设备多为功能完备的大型微机系统，无法适应医疗改革兴起的社区医院要求，也无法满足日益增长的家庭需要。因此，开发适用于社区医院与家庭医疗的低功耗便携式人体生理信号监测系统具有十分重要的意义。本文以TI公司的MSP430系列单片机MSP430F149为核心控制器，设计开发一种低功耗便携式人体生理信号监测系统。该监测系统充分考虑社区医疗与家庭医疗的应用背景，以低功耗、便携式为设计

2、基本原则。结合实际需要，从硬件和软件两方面进行系统设计：分别对心电信号和脉搏信号进行相应的消除干扰预处理；对心电数据进行必要的压缩。在硬件方面，选用MSP430F149为系统的主芯片，该系列芯片以低功耗著称，供电电压在1．8V～3．6V之间，并且具有低功耗的睡眠模式，某些模块在非工作状态下可进入睡眠模式，以达到降低功耗的目的。A／D接口采用单片机芯片自带的12位高精度A／D转换器，既可以满足系统采样要求，又可以减少外界干扰；为了达到长时间监护目的，系统扩展FRAM存储器与FLASH存储器分别用于数据缓存与海量存储，两种存储器相互补充，解决了存储容量与可擦写次数的问题；为使下位机与上位机之间完

3、成数据通讯功能，系统采用CP2101芯片实现下位机与上位机之间的数据通讯功能，该芯片自带上位机驱动程序，可将单片机内部的RS232接口转换成USB接口。由LCD8位数字液晶屏，配合按键，实现数据显示、时间调整、时间显示等液晶显示功能，并采用指示灯提示目前工作状态。在软件方面，下位机部分作为一个独立的工作系统，主要具有数据采集、存储、显示、通信的功能。依据低功耗设计的原则，程序采用模块化结构，各子模块均独立工作，任一子模块如需进入工作状态，可直接从中断状态唤醒：上位机部分在vc++环境下采用异步串行通讯方式。采用WindowsAPI函数实现对下位机上传数据的接收，并对心电与脉搏数据进行图像显示

4、，同时通过数据观察窗口观察上传的数据。本文针对人体生理信号的特点，对心电与脉搏信号的主要干扰源进行分析和分别进行预处理。对心电信号，分别介绍了去除50Hz干扰的方法和去除基线漂移的方法，应用一种可同时去除50Hz工频干扰与基线漂移的数字滤波器算法；对脉搏信号，采用两点直线法去除基线漂移，并用加权移动平均滤波法实现平滑东北大学硕士学位论文处理。对于ECG(electrocardiogram)采样所得到的大量动态数据，受监护终端存储器容量及移动通信网络传输带宽和传输延迟的限制，监护过程中产生的大量数据必须进行压缩后才能够存储和传输。对此，本文对心电数据进行压缩处理。考虑到单片机的运算量有限，采用

5、一种抗50Hz干扰的无损心电数据压缩方法，利用单片机自带的硬件乘法器，对处理后的波形进行压缩。关键词：低功耗；便携式；人体生理信号；监测系统；预处理算法：压缩算法东北大学硕士学位论文ABSTRACTInspectingSystemofHumanBodyPhysiologicalSignalsBasedonLowPowerConsumptionandPortableAbstractGenerallyspeaking，mostofthesystemswhichinspecthumanbodyphysiologicalsignalsinhospitalsarebaseduponPC．Theysee

6、msoponderousandinconveniencethatcouldnotbeusedinthecommunityhospitalswhichhasbeendevelopingrecentlyduetomedicaltreatmentreform，meanwhile，theycouldnotbeusedinhouseswhichhaveincreasingdemandoilhealthcareinpresent．So，exploitingakindofsystemwhichinspecthumanbodyphysiologicalsignalthatcouldbeusedintheco

7、mmunityhospitalsandhousesmakesgreatsense．ThesystemisbasedonMSP430F149whichisoneofMSP430serialsingle-chipsbelongstoTICorporation．Lowpowerconsumingandportabilityorethemostimportantguidelineswhendesigning．Comb