基于穿戴式心电信号监测系统设计.pdf

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1、2015年第34卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)65DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)09--0065-04基于穿戴式心电信号监测系统设计俞文彬，谢志军(宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211)摘要：应对当前心电信号(ECG)监测系统的不足，设计了一种基于穿戴式心电信号监测系统，系统架构由AD8232生物芯片、超低功耗微控制器MSP430FR5738以及Micro—SD卡组成。详细介绍了系统软硬件的具体设计，并提出了一种动态双阈值的实时心率提取算法。通过对于本系统的功耗测试与实时心率算

2、法的验证，得出本系统具备体积小、低功耗等穿戴式设备的优越性。关键词：心电信号；AD8232；低功耗；实时心率算法；穿戴式设备中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)09--0065--04Design0fECGmonitoringsystembased0nWeara'Dl1ed．_eVl●Ce半YUWen—bin．XIEZhi-jun(CollegeofInformationScienceandEngineering，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Todealwithshortcomings

3、ofcurrentECGmonitoringsystem，designanECGmonitoringsystembasedonwearabledevice．ThissystemismainlycomposedofanAD8232biochip，ultralowpowerconsumptionMicro—controllerMSP430FR5738andaMicro．SDcard．Introducethespecificdesignsofsystemsoftwareandhardwareareintroduceddetailedlyandareahimeheartrateextracti

4、onalgorithmiSproposedwithdynamicdoublethresholdvalue．Bytestingpowerconsumptionofthissystemandbyverifyingreahimeheartratealgorithm，itisconcludedthatthissystemhasmanyadvantagesofwearabledevices，suchassmallvolumeandlowpowerconsumption．Keywords：ECG；AD8232；lowpowerconsumption；realtimeheartratealgorit

5、hm；wearabledevices0引言信号采集模块、微控制器模块、数据存储模块以及为各个模由于传统心电信号(ECG)监护仪存在体积大、价格昂块提供工作电压的电源模块组成，其总体设计框架如图1贵以及不易于携带等缺点，一些便携式心电信号监测装置所示。心电信号采集模块负责采集人体微弱的心电信号，便应运而生了。虽然已有一些便携式心电监测装置不并对其进行滤波放大处理；控制器模块对采集模块预处理仅集成了信号采集、波形显示更甚至与相应的手机APP进之后的心电信号进行AD采样，优化处理和心率计算以及行交互等功能，但是此类便携式心电装置还普遍存在的缺对其他外围电路的控制；存储器模块由Micro—SD

6、卡及其外陷是功耗较高、戴在人体身上略显突兀以及在非静止状态，围电路组成，将采集到的心电信号以文本形式存储。对于实时心率节拍的提取存在较大的误差。电源模块本文设计了一种尺寸极小、功耗超低的可穿戴式心电心电信号存信号监测系统。本系统去除了一般心电信号监测装置中属采集模块A／D~EI!；sPI接口储微控制器模块器于鸡肋功能的蓝牙通信模块，取而代之加入了Micro．SD卡模LED报警灯GPIO；；定时器模块。该系统不仅连续采集人体心电信号储存于Micro-SD图1系统总体框架图卡中，同时实时计算人体的心率，当出现心率异常时可发出Fig1Overallarchitectureofsystem预警

7、信号。2硬件设计1总体设计2．1电源模块设计本文设计的基于穿戴式心电信号监测系统主要由心电本系统中的心电信号采集模块、微控制器模块以及数收稿日期：2015-06-03}基金项目：国家自然科学基金资助项目(60902097)；宁波市自然科学基金资助项目(2013A610044)；“信息与通信工程”浙江省重中之重学科开放基金资助项目(XKXL1422)；可穿戴多生理参数监护设备研发项目(HK2014000139)传感器与微系统第34卷据存储器模块的